На основании анализа известных методов отбора активных штаммов ризобий представлена стратегия первичного скрининга по симбиотическим свойствам клубеньковых бактерий сои Bradyrhizobium japonicum в условиях модельных вегетационных опытов при естественных освещении и температуре. Сою сорта Лиссабон инокулировали мутантами В. japonicum, полученными методом транспозонового мутагенеза при использовании плазмидного вектора pSUP5011::Tn5. Приведены результаты селекции ризобий по хозяйственно-ценным свойствам (вирулентность, нодуляция, азотфиксирующая активность, стимуляция роста надземной массы растений сои). Обнаружены отличия между транспозоновыми мутантами В. japonicum по способности к образованию клубеньков на корнях растения-хозяина, динамике и интенсивности ассимиляции атмосферного азота симбиотическими системами соя—ризобии. Отмечена целесообразность проведения селекции микросимбионтов не только в ранний период формирования симбиотических систем сои, а также и в фазу наибольшей активности их функционирования. Это обеспечивает возможность отбора штаммов с разными типами динамики азотфиксирующей активности, наиболее агрессивных и высоковирулентных штаммов в период становления симбиоза. Отобраны Tn5-мутанты с улучшенным симбиотическим фенотипом по сравнению со штаммом-контролем Bradyrhizobium japonicum 634б.
Ключевые слова: соя, симбиоз, азотфиксация, клубеньковые бактерии, Bradyrhizobium japonicum, азот, эффективность
Полный текст и дополнительные материалы
В свободном доступе: PDFЦитированная литература
1. Kots, S.Ya., Morgun, V.V., Patyka, V.F., Malichenko, S.M., Mamenko, P.M., Kiriziy, D.A., Mykhalkiv, L.M., Beregovenko, S.K. & Melnykova, N.M. (2011). Biological nitrogen fixation: legume-rhizobial symbiosis (Vol. 2). Kyiv: Logos [in Russian].
2. Petrychenko, V.F. & Kots, S.Ya. (2014). Symbiotic system in modern agricultural manufacture. Bull. NAS Ukraine, 3, pp. 57-66. https://doi.org/10.15407/visn2014.03.057
3. Ryabukha, S.S., Chernyshenko, P.V. & Serikova, L.G. (2012).The effectiveness of the use of chemical mutagens in the selection of soybeans. Selektsiya i nasinnytstvo, 102, pp. 60-62 [in Ukrainian].
4. Aranjuelo, I., Arrese-Igor, C. & Molero, G. (2014). Nodule performance within a chan- ging environmental context. J. Plant Physiol., 171, No. 12, pp. 1076-1090. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2014.04.002
5. Kots, S.Ya., Vorobey, N.A., Kyrychenko, O.V., Melnykova, N.N., Mykhalkiv, L.M. & Pukhtayevych, P.P. (2016). Microbiological preparations for agriculture. Institute of Plant Physiology and Genetics NAS of Ukraine. Kyiv: Logos, 48 p. [in Ukrainian].
6. Provorov, N.A. & Tikhonovich, I.A. (2014). Genetic and molecular basis of symbiotic adaptations. Biol. Bull. Reviews, 4, No. 6, pp. 211-226. https://doi.org/10.1134/S2079086414060061
7. Aghaei, K. & Komatsu, S. (2014). Crop and medicinal plants proteomics in response to salt stress. Fron. Plant Sci, 4, No. 8, pp. 1-9.
8. Provorov, N.A., Onishchuk, O.P., Yurgel, S.N., Kurchak, O.N., Chizhevskaya, E.P., Vorobyov, N.I., Zatovskaya, T.V. & Simarov, B.V. (2014). Construction of high effective symbiotic bacteria: Evolutionary models and genetic approaches. Genetika, 50, No. 11, pp. 1273-1285. doi: 10.7868/S0016675814110113. https://doi.org/10.7868/S0016675814110113
9. Spaink, G., Herman, P., Kondorosi, A. & Hooykaas, P. (2002). The Rhizobiaceae. Molecular Biology of Model Plant-Assosiated Bacteria. St. Peterburg [in Russian].
10. Rilfe, B.G., Greshoff, P.M. & Shine, J. (1980). Rapid screening for symbiotic mutants of Rhizobium and white clover. Plant Sci. Lett., 19, pp. 265-268. https://doi.org/10.1016/0304-4211(80)90082-6
11. Sirois, J.C. & Peterson, P.A. (1981). A rapid screening method for Rhizobium meliloti symbiotic nitrogenase activity. Can. J. Microbiol., 28, pp. 265-268. https://doi.org/10.1139/m82-037
12. Fedorov, S.N., Fokina, I.G. & Simarov, B.V. (1986). Evaluation of the symbiotic properties of alfalfa nodule bacteria in laboratory conditions. S.-Kh. Biology, No. 1, pp. 112-118 [in Russian].
13. Vorobey, N.A., Zaets, V.M. & Kots, S.Ya. (2012). Biotechnology of effective Tn5-mutants creation of clover nodule bacteria Rhizobium leguminosarum bv. trifolii. Biotechnologia, 5, No. 3, pp. 53-61 [in Ukrainian].
14. Grodzinskiy, A.M. & Grodzinskiy, D.M. (1964). Quick reference guide for plant physiology. Kyiv: Naukova dumka, 1964 [in Russian].
15. Hardy, R.W.F., Holsten, R.D., Jackson, E.K. & Burns, R.C. (1968). The acetylene-ethylene assay for N2-fixation: Laboratory and field evaluation. Plant Physiol., 43, No. 8, pp. 1185-1207. doi: https://doi.org/10.1104/pp.43.8.1185 https://doi.org/10.1104/pp.43.8.1185
16. Krutylo, D.V. & Zotov, V.S. (2015). Genotypic analysis of nodule bacteria nodulating soybean in soils of Ukraine. Russ. J. Genet.: Appl. Res., 5, No. 2, pp. 102-109. doi: https://doi.org/10.1134/S2079059715020057 https://doi.org/10.1134/S2079059715020057
17. Vorobey, N.A., Kots, S.Ya. & Mamenko, P.M. (2013). Realization of nitrogen fixation potential of Tn5-mutants Bradyrhizobium japonicum in symbiosis with soybean plants Biotechnologia Acta, 6, No. 5, p. 122-130 [in Ukrainian].
18. Provorov, N.A. & Vorobyov, N.I. (2014). Adaptive and progressive evolution of plant-microbial symbiosis. Russ. J. Genet.: Appl. Res., 4, No. 2, pp. 88-97. https://doi.org/10.1134/S2079059714020075
19. Bonaldi, K., Gourion, B., Fardoux, J., Hannibal, L., Cartieaux, F., Boursot, M., Vallenet, D., Chaintreuil, C., Prin, Y., Nouwen N. & Giraud, E. (2010). Large-scale transposon mutagenesis of photosynthetic Bradyrhizobium sp. strain ORS278 reveals new genetic loci putatively important for nod-independent symbiosis with Aeschynomene indica. Mol. Plant Microbe Interact., 23, pp. 760-770. doi: https://doi: 10.1094/ MPMI-23-6-0760