Фізіологія рослин і генетика 2018, том 50, № 4, 344-357, doi: https://doi.org/10.15407/frg2018.04.344

СТРАТЕГIЯ ДОБОРУ БУЛЬБОЧКОВИХ БАКТЕРІЙ BRADYRHIZOBIUM JAPONICUM ЗА ПОЛIПШЕНИМ СИМБIОТИЧНИМ ФЕНОТИПОМ

Воробей Н.А., Коць С.Я.

  • Iнститут фізіології рослин і генетики Національної академії наук України 03022 Київ, вул. Васильківська, 31/17

На основі аналізу відомих методів добору активних штамів ризобій представлено стратегію первинного скринінгу за симбіотичними властивостями бульбочкових бактерій сої Bradyrhizobium japonicum в умовах модельних вегетаційних дослідів за природних освітлення і температури. Сою сорту Лісабон інокулювали мутантами В. japonicum, отриманими методом транспозонового мутагенезу за використання плазмідного вектора pSUP5011::Tn5. Наведено результати селекції ризобій за господарсько-корисними властивостями (вірулентність, нодуляція, азотфіксувальна активність, стимуляція росту надземної маси рослин сої). Виявлено відмінності між транспозоновими мутантами В. japonicum за здатністю викликати утворення бульбочок на коренях рослини-хазяїна, динамікою та інтенсивністю асиміляції атмосферного азоту симбіотичними системами соя—ризобії. Зазначено доцільність проведення селекції мікросимбіонтів не лише у ранній період формування симбіотичних систем сої, а й у найактивнішу фазу їх функціонування. Це забезпечує можливість добору штамів із різними типами динаміки азотфіксувальної активності, найагресивніших та високовірулентних штамів у період становлення симбіозу. Відібрано Tn5-мутанти з поліпшеним симбіотичним фенотипом порівняно зі штамом-контролем Bradyrhizobium japonicum 634б.

Ключові слова: соя, симбіоз, азотфіксація, бульбочкові бактерії, Bradyrhizobium japonicum, азот, ефективність

Фізіологія рослин і генетика
2018, том 50, № 4, 344-357

Повний текст та додаткові матеріали

У вільному доступі: PDF  

Цитована література

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