Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Генетический анализ процесса развития симбиотических клубеньков у гороха посевного (Pisum sativum L. )

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Ворошилова, Вера Александровна

Введение.

Глава 1. Генетика развития бобово-ризобиального симбиоза (обзор литературы).

1.1. Основные этапы становления и развития симбиотических взаимоотношений между симбионтами.

1.2. Симбиотические гены бобовых растений и их классификация в зависимости от контролируемой ими стадии развития азотфиксирующих клубеньков.

1.3. Гены клубеньковых бактерий, контролирующие развитие симбиотических взаимоотношений с бобовыми растениями.

1.4. Взаимодействие генов бобовых растений и клубеньковых бактерий в процессе развития симбиоза.

Глава 2. Материалы и методы.

2.1. Растительный материал.

2.2. Условия вегетации растений.

2.3. Штаммы клубеньковых бактерий.

2.4. Гибридологический анализ.

2.5. Анализ развития инфекции корней.

2.6. Анализ развития клубеньковых примордиев.

2.7. Анализ гистологической структуры симбиотических клубеньков.

2.8. Изучение экспрессии бактериальных симбиотических генов в клубеньках растений гороха.

Глава 3. Результаты и обсуждение.

3.1. Гибридологический анализ симбиотических мутантов гороха, индуцированных на линии SGE.

3.1.1. Определение генетического контроля проявления мутантных фенотипов у Nod" мутантов, индуцированных на линии SGE.

3.1.2. Определение генетического контроля проявления мутантных фенотипов у Fix" мутантов гороха, индуцированных на линии SGE.

3.1.3. Комплементационный анализ Nod" мутантов, индуцированных на линии SGE.

3.1.4. Комплементационный анализ Fix" мутантов, индуцированных на линии SGE.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Генетический анализ процесса развития симбиотических клубеньков у гороха посевного (Pisum sativum L. )"

Биологическая азотфиксация является одним из важнейших процессов, обеспечивающих усвоение атмосферного азота живыми организмами. В настоящее время наиболее интенсивно изучается процесс азотфиксации, осуществляемый в ходе симбиотических взаимоотношений между бобовыми растениями (сем. Fabaceae) и клубеньковыми бактериями (сем. Rhizobiaceae). Интерес исследователей, направленный на изучение данного типа азотфиксирующего симбиоза, объясняется рядом причин.

Во-первых, бобово-ризобиальный симбиоз является одной из интереснейших и уникальнейших моделей для изучения взаимодействия между растениями и микроорганизмами. В ходе данного процесса инициируется программа развития нового органа растения - азотфиксирующего клубенька, как результат координированной экспрессии генов обоих симбионтов. Такой тип эндосимбиоза сформировался в ходе длительной совместной эволюции бобовых растений и клубеньковых бактерий. В процессе коэволюции возникла система сигнального взаимодействия, обеспечивающая узнавание партнеров, произошла интеграция биохимических процессов симбионтов, возникли новые варианты дифференцировки органов, тканей, клеток растения, а также самих бактерий. Кроме того, были модифицированы защитные реакции растения, в результате чего стало возможным их более тесное взаимодействие с бактериями, при сохранении контроля над микросимбионтом (Тихонович, Проворов, 1998). Таким образом, исследование бобово-ризобиального симбиоза позволяет выявить основные механизмы, лежащие в основе развития и функционирования растительно-микробных систем, а также дает возможность изучить фундаментальные и прикладные проблемы биологии и генетики развития высших растений.

Необходимость исследования бобово-ризобиального симбиоза также определяется важностью бобовых растений как сельскохозяйственных культур, выращиваемых в различных климатических поясах. В связи с этим ведутся активные исследования процесса азотфиксирующего симбиоза с целью создания комплементарных пар симбионтов, при взаимодействии которых азотфиксация осуществляется наиболее эффективно. Это особенно важно в свете произошедшего изменения основной концепции земледелия: от «интенсивного» (от англ. «intensive agriculture») с применением больших количеств дорогостоящих минеральных удобрений (в т.ч. азотных) к «адаптивному» (англ. «sustainable agriculture») с максимальным использованием биологического потенциала почв, с сохранением и, даже, повышением их плодородия.

Одним из основных направлений исследования симбиотических взаимоотношений является изучение генетического контроля этого процесса со стороны обоих партнеров. Детальное знание генетической системы, определяющей развитие симбиоза, позволит понять молекулярно-генетические механизмы взаимодействия бобовых растений с клубеньковыми бактериями, а также облегчит селекцию сортов бобовых растений и комплементарных штаммов ризобий, способных формировать высокоэффективные симбиотические системы.

До недавнего времени наибольшие успехи были достигнуты в идентификации симбиотических генов микросимбионта (Fisher, Long, 1992; Fisher, 1994; Denarie, Debelle, 1996). Однако, в течение последних 30-ти лет, с началом применения метода экспериментального мутагенеза, проводились активные исследования по выявлению и характеристике симбиотических генов макросимбионта. В результате было идентифицировано около 100 генов у более, чем 10-ти видов бобовых растений (Caetano-Anolles, Gresshoff, 1991; Borisov et al., 2000). Но данное число симбиотических генов растений пока уступает количеству выявленных и охарактеризованных бактериальных генов.

Наибольший прогресс был достигнут в идентификации симбиотических генов гороха посевного (Pisum sativum L.). В настоящее время известно более сорока симбиотических генов гороха, по которым получено более ста независимых мутантов (Borisov et al., 2000). Мутации в данных генах приводят к нарушениям процесса развития симбиоза на различных стадиях. Однако, для ряда мутантов детальный фенотипический анализ выполнен не был. Проведение такого анализа позволяет выявить «элементарные» этапы развития симбиотических взаимоотношений, контролируемых одним или несколькими растительными генами.

Несмотря на тот факт, что идентифицировано большое количество симбиотических генов растений и клубеньковых бактерий, наши представления о взаимодействии этих генов в процессе симбиоза пока не достаточны. В настоящее время известно всего несколько примеров взаимодействия типа «ген-на-ген» на ранних стадиях развития бобово-ризобиального симбиоза (Lie, 1984; Davis et al., 1988; Catoira et al., 1998). Очевидно, необходимо продолжение исследований взаимодействия генов симбионтов на различных стадиях симбиотических взаимоотношений, что позволить расширить наше понимание механизмов координированного генетического контроля данного процесса со стороны каждого партнера.

Таким образом, целью данной работы являлось продолжение анализа генетической системы гороха посевного (P. sativum), контролирующей процесс образования азотфиксирующих клубеньков, а также изучение взаимодействия симбиотических генов гороха с генами микросимбионта (Rhizobium leguminosarum bv. viciae). 7

Конкретными задачами данной работы являлись:

1. Идентификация генов гороха (P. sativum), контролирующих становление азотфиксирующего симбиоза с клубеньковыми бактериями на различных стадиях, путем генетического анализа ранее не охарактеризованных симбиотических мутантов, полученных на линии SGE после экспериментального мутагенеза.

2. Фенотипическая характеристика симбиотических мутантов, индуцированных на линии SGE и сорте Finale, и идентификация стадий развития симбиоза, контролируемых выявленными генами;

3. Анализ зависимости экспрессии симбиотических генов R. leguminosarum bv. viciae от функции генов гороха, контролирующих поздние стадии развития симбиотического клубенька.

Заключение Диссертация по теме "Генетика", Ворошилова, Вера Александровна

127 Выводы.

1. Показано моногенное наследование и рецессивное проявление мутантных фенотипов растений линий SGENod"-4, SGENod"-6, SGENod"-8, SGENod"-9, SGEFix"-4, SGEFix"-5, SGEFix"-6, SGEFix"-7 и SGEFix"-8. Растения линии SGEFix"-9 несут в геноме две независимые рецессивные мутации, одна из которых определяет фенотип Fix", а другая фенотип Nod+/".

2. Установлено, что мутации линий SGENod'-l, SGENod'-2, SGENod"-3, SGENod"-4, SGENod"-6, SGENod"-8, SGEFix"-6 принадлежат к пяти группам комплементации. Мутантный фенотип растений линий SGENod"-l и SGENod'-З определяется мутацией в гене sym35, SGENod"-2 - в гене syml4, SGENod"-6 - в гене sym7, SGENod"-4 и SGENod"-8 -в гене sym38, SGEFix"-6 - в гене sym40.

3. Выявлено, что при развитии клубенька гороха меристема закладывается в виде кольца вокруг клеток, формирующих «вход» инфекционной нити в клубеньковый примордий, меристема зрелого клубенька развивается за счет активности отдельных зон первичного меристематического кольца.

4. Показано, что относительно инфекционного процесса мутации в симбиотическом гене sym7 определяют нарушения на стадии колонизации скручивания корневого волоска (Crh"), в генах syml4 и sym35 - на стадии инициации роста инфекционной нити (Iti"), в генах sym37 и sym38 - на стадии развития инфекции в клетке корневого волоска (Ith"), в гене sym34 - на стадии роста инфекционной нити в кортексе корня (Itr"), в генах sym33 и sym41 - на стадии роста инфекционных нитей в тканях молодого клубенька (Itn").

5. Выявлено, что относительно процесса развития тканей клубенька мутации в симбиотических генах sym7, syml4 и sym35 вызывают нарушения на стадии инициации кортикальных клеточных делений (Ccd"), в гене sym34 - на стадии развития клубенькового примордия (Npd"), в генах sym37, sym38 и sym41 - на стадии образования первичной клубеньковой меристемы (Pnm"), в гене sym33 - на стадии формирования вторичной клубеньковой меристемы (Snm"). Мутации, определяющие Fix" фенотип растений SGEFix"-4, SGEFix"-7 и SGEFix"-8, вызывают нарушения на стадии поддержания структурно-функциональной стабильности клубеньков (Nop").

6. Предложена гипотетическая схема ранних стадий развития симбиотического клубенька у гороха посевного (Pisum sativum L.), согласно которой гены Sym33, Sym37 и Sym38 контролируют программу развития инфекции корней клубеньковыми бактериями, гены Sym7, Syml4, Sym34, и Sym35 - программу развития клубенькового примордия и тканей клубенька, а ген Sym41 участвует в контроле обеих программ.

7. Выявлено, что симбиотические гены nodA и dctA Rhizobium leguminosarum bv. viciae экспрессируются как на ранних стадиях симбиоза: в недифференцированных клетках

128 бактерий, расположенных в растущих инфекционных нитях, так и на поздних: в азотфиксирующих бактероидах.

8. Установлено, что эндоцитоз бактерий в цитоплазму растительной клетки, контролируемый геном гороха посевного (Pisum sativum L.) Sym33, необходим для индукции экспрессии генов fnrN, nifA к fixN R. leguminosarum bv. viciae в процессе развития симбиотического клубенька гороха.

129

Заключение.

В ходе данной работы было проведено исследование генетической системы гороха посевного (Pisum. sativum L.), контролирующей развитие симбиоза с клубеньковыми бактериями. Основой для такого рода исследований являются коллекции симбиотических мутантов, полученных как при анализе спонтанной изменчивости, так и после экспериментального мутагенеза. В данной работе были изучены симбиотические мутанты гороха посевного из коллекции лаборатории генетики растительно-микробных взаимодействии ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, которая в настоящее время является самой представительной коллекцией мутантов гороха по азотфиксирующему симбиозу в мире.

В результате генетического анализа, в который были вовлечены четыре мутанта, неспособных формировать клубеньки (Nod" фенотип), и шесть мутантов, формирующих неэффективные клубеньки на корнях при взаимодействии с ризобиями (Fix" фенотип), моногенное наследование и рецессивное проявление мутантных фенотипов было показано для всех линий за одним исключением. Было обнаружено, что мутант SGEFix"-9 несет мутации в двух несцепленных симбиотических генах, одна из которых, определяет образование сниженного количества клубеньков (Nod+/" фенотип), а другая -формирование неэффективных клубеньков (Fix" фенотип) в ответ на инокуляцию клубеньковыми бактериями. Таким образом, был не только подтвержден ранее установленный факт моногенного контроля фенотипов мутантов гороха, полученных экспериментальным путем, но и была показана возможность возникновения в геноме после ЭМС-мутагенеза мутаций в двух различных симбиотических генах.

Выполненный в данной работе комплементационный анализ симбиотических мутантов гороха позволил отнести шесть Nod" и один Fix" мутант к пяти группам комплементации, представляющим ранее идентифицированые гены sym 7, syml4, sym35, sym38 и sym40. Таким образом, в результате данной работы увеличилось количество известных, независимо полученных на различном генотипическом окружении, мутантных аллелей перечисленных генов. Тот факт, что при генетическом анализе мутантов все реже идентифицируются новые гены гороха, контролирующие развитие симбиоза с клубеньковыми бактериями, свидетельствует о том, что, система изменчивости вида по данному признаку, в основном, выявлена. Однако, еще нельзя утверждать, что в настоящее время известны все симбиотические гены гороха, идентифицируемые с применением мутационного анализа. Таким образом, целесообразно продолжение исследований, направленных на экспериментальное получение новых симбиотических мутантов, генетический анализ которых позволит выявить максимальное число симбиотических генов, контролирующих процесс развития симбиотических взаимоотношений со стороны растения-хозяина.

Получение большого количества симбиотических мутантов для различных видов бобовых и их фенотипическая характеристика позволили в настоящее время идентифицировать гены, контролирующие основные морфологически различимые стадии развития симбиотических клубеньков. В этом отношении горох посевной является одним из наиболее изученных видов. Однако, проведение детального анализа процесса развития симбиоза у различных мутантов, позволяет выполнить их более тонкую классификацию, на основании которой развитие клубеньков может быть разделено на серию "элементарных" этапов, каждый из которых контролируется одним или несколькими растительными генами. Так, недавно проведенное исследование изменения концентрации внутриклеточного кальция у мутантов P. sativum и Medicago truncatula Gaertn. в ответ на действие Nod-факторов ризобий позволило выполнить более тонкое разделение одной из ранних стадий инфекционного процесса - стадии скручиваний корневых волосков (Нас) (Walker, et al., 2000; Catoira et al., 2000; 2001).

Детальное изучение фенотипов Nod" и Fix" мутантов, проведенное в ходе данной работы, показало, что процесс развития инфекционной нити и тканей клубенька находится под контролем большего числа генов растения, чем это представлялось ранее. В результате мутаций, затрагивающих такие гены, начало инфекционного процесса и развитие тканей клубенька останавливаются на различных стадиях. Так, мутации в гене sym7 определяют нарушения инфекции на стадии колонизации скручивания корневого волоска. В случае мутаций в генах syml4 и sym35 развитие процесса инфекции останавливается на стадии инициации роста инфекционной нити. Мутации в генах sym37 и sym38 останавливают рост инфекционной нити в клетке корневого волоска, а мутации в гене sym34 приводят к нарушению развития инфекции в кортексе корня. В случае мутаций в гене sym41 нарушен рост инфекционных нитей в тканях молодого клубенька. Таким образом, проведенная детальная фенотипическая характеристика симбиотических мутантов гороха показала дискретность процесса формирования инфекционной нити. Результаты данной работы, а также анализ данных, описанных ранее в литературе (Degenhardt et al., 1976; Geurts et al., 1997; Postma et al., 1988a; 1988b; Sagan et al., 1994; Kneen, LaRue, 1984b, 1986; Tsyganov et al., 1998), позволили впервые выделить новую стадию развития инфекционного процесса - стадию колонизации скручивания корневого волоска (Crh, от англ. colonisation of pocket in curled root hair), а также подтвердили необходимость замены ранее предложенного фенотипического кода Inf, описывающего развитие инфекцонной нити, на три новых кода: Iti (infection thread growth initiation) -инициация роста инфекционной нити; Ith (infection thread growth inside root hair cell) развитие инфекционной нити в корневом волоске; Itr (infection thread growth inside root cortical cell) - развитие инфекционной нити в кортексе корня.

С другой стороны, мутации в тех же симбиотических генах вызывают различные нарушения процесса развития клубенькового примордия и дифференциации тканей клубенька. Так, мутации в симбиотических генах sym7, syml4 и sym35 вызывают нарушения на стадии инициации кортикальных клеточных делений. В случае мутаций в гене sym34 блокировано развитие клубенькового примордия. Мутации в генах sym37, sym38 и sym41 определяют нарушения в дифференциации первичной клубеньковой меристемы, а мутации в гене sym33 останавливают развитие клубенька на стадии формирования вторичной клубеньковой меристемы. Таким образом, полученные результаты показали дискретность не только процесса развития инфекционной нити, но и процесса формирования клубенькового примордия и дифференциации тканей клубенька. На основании данных проведенного исследования, а также описанных ранее в литературе (Guinel, LaRue, 1991; Sagan et al., 1994; Geurts et al., 1997; Markwei, LaRue, 1997; Guinel, Sloetjes, 2000), впервые были выявлены три новые стадии развития тканей симбиотического клубенька гороха: Npd (nodule grimordium development) - стадия развития клубенькового примордия; Pnm (primary nodule meristem development) - стадия образования первичной клубеньковой меристемы; Snm (secondary nodule meristem development) - стадия образования вторичной клубеньковой меристемы.

Анализ генетического контроля развития симбиотического клубенька гороха, проведенный в ходе данной работы, при привлечении данных литературы подтвердил ранее высказанное мнение (Борисов, 1999) о том, что данный процесс развития, контролируется программой, состоящей из, по крайней мере, двух подпрограмм: 1) подпрограммы развития инфекции корней клубеньковыми бактериями, начинающейся характерным скручиванием корневых волосков и инициацией роста инфекционных нитей и заканчивающейся эндоцитозом бактерий в цитоплазму клеток растения-хозяина (стадии Нас, Crh, Iti, Ith, Itr, Itn, Idd); 2) подпрограммы развития тканей клубенька, начинающейся с индукции клеточных делений в кортексе корня и заканчивающейся разрушением клубенька (Ccd, Npd, Pnm, Snm и Nop). В качестве третьей подпрограммы может рассматриваться процесс дифференциации бактерий, начинающийся с индукции nod-генов ризобий в почве или ризосфере растения-хозяина и заканчивающаяся формированием бактероидов и последующей их запрограммированной деградацией (стадии Ngi, Bad и Nop). Реализация данной подпрограммы определяется процессами инфекции и развития тканей клубенька (Борисов, 1999).

Детальная фенотипическая характеристика симбиотических мутантов гороха, проведенная в ходе настоящего исследования, а также анализ данных литературы позволяют существенно модифицировать схему морфогенеза клубенька и идентифицировать гены гороха посевного, контролирующие известные на сегодняшний день стадии двух основных подпрограмм развития симбиотических взаимоотношений (Рисунок 9). Следует отметить, что последовательность действия генов гороха в развитии подпрограмм инфекции и гистогенеза клубенька не является колинеарной. Так, мутация в одном и том же гене может вызывать более поздний блок развития тканей клубенька относительно процесса инфекции и наоборот. Впервые было предположено, что различные симбиотические гены участвуют в контроле либо одной, либо другой подпрограммы. Нарушение развития тканей клубенька в случае мутации в гене, контролирующем процесс инфекции, и наоборот, блок развития инфекции как следствие мутации в гене, определяющем гистогенез клубенька, может объясняться существованием точек контроля развития одной подпрограммы относительно другой. В данной работе было предложено рассматривать три точки контроля для процесса инфекции и две для развития тканей клубенька (Рисунок 9). На основании выдвинутой гипотезы впервые было предположено, что гены гороха Sym2, Sym33, Sym36, Sym37 и Sym38 контролируют подпрограмму развития инфекции корней клубеньковыми бактериями; гены Sym5, Sym7, Sym.14, Syml6, Sym21, Sym34, Sym35, и Sym39 - подпрограмму развития клубеньковых примордиев и тканей клубенька; гены Sym8, Sym9, SymlO, Syml9, Sym30 и Sym41 участвуют в контроле обеих подпрограмм развития. Однако, применимость данной схемы морфогенеза клубенька к другим видам бобовых, формирующих клубеньки недетерминированного типа, требует дополнительного изучения, так как развитие симбиотических взаимоотношений с клубеньковыми бактериями у этих видов может контролироваться другим образом.

Интересно отметить, что выявленный многоступенчатый генетический контроль развития азотфиксирующего клубенька может отражать определенные этапы становления симбиоза в ходе коэволюции гороха и клубеньковых бактерий. Так, например, в клубеньках мутантов SGEFix"-2 (sym33) и RisFixA (sym41) блокировано формирование вторичной клубеньковой меристемы, как следствие аномального роста инфекционных нитей в тканях молодого клубенька. Организация таких клубеньков напоминает структуру клубеньков примитивных бобовых из подсемейства цезальпиниевых, у которых ризобии не эндоцитируются в растительную цитоплазму, и азотфиксация происходит в структурах, подобных инфекционным нитям (Sprent et al., 1993). Таким образом, используя мутационный анализ, можно, до определенной степени прослеживать эволюционные этапы становления азотфиксирующего симбиоза бобовых (Lebsky, 1996; Provorov et al., 2002).

Гипотетическая схема последовательности функционирования симбиотических генов гороха, предложенная в данной работе, рассматривает ранние этапы становления симбиотических взаимоотношений. Однако, не меньший интерес представляет изучение поздних стадий процесса симбиоза, во время которых осуществляется процесс фиксации атмосферного азота. В разделе 3.3 данной работы было выполнено исследование организации клубеньков мутантов гороха, характеризующихся нарушениями на поздних стадиях симбиотических взаимоотношений. Полученные результаты показали, что у пяти изученных Fix" мутантов процесс развития клубенька блокирован на трех различных стадиях: Itn, Idd и Nop. Ранее у гороха посевного были получены симбиотические мутанты, характеризующийся нарушениями на данных стадиях симбиоза (Kneen et al., 1990; Sagan et al., 1993a; Novak et al., 1995; Tsyganov et al., 1998; Morzhina et al., 2000) Идентификация генов, затронутых мутациями у изучаемых линий, позволит сделать вывод о количестве генов контролирующих выявленные поздние стадии развития клубенька гороха, что поможет расширить наше представление о системе генетического контроля симбиоза со стороны растения-хозяина (P. sativum) не только на ранних, но и на поздних стадиях.

Важнейшим аспектом изучения генетического контроля симбиоза является исследование взаимодействия генетических систем макро- и микросимбионтов в процессе развития симбиотических взаимоотношений. В разделе 3.4 данной работы представлены результаты исследования зависимости экспрессии пяти симбиотических генов Rhizobium leguminosarum bv. viciae: nodA, dctA, fnrN, nifA и fixN от функции восьми генов гороха посевного (P. sativum): syml3, sym26, sym27, sym31, sym32, sym33, sym40 и sym42, контролирующих поздние стадии развития азотфиксирующего клубенька. Представленное исследование является первым примером изучения взаимодействия генов симбионтов на поздних стадиях процесса симбиоза. Использованный в данной работе метод позволил выявить зависимость экспрессии поздних симбиотических генов R. leguminosarum bv. viciae: fnrN, nifA и fixN от функции гена гороха sym33, контролирующего процесс эндоцитоза бактерий в цитоплазму растительной клетки. Таким образом, был установлен первый случай влияния функции гена макросимбионта на экспрессию определенных бактериальных генов на поздних стадиях развития азотфиксирующего клубенька. Дополнительно, впервые была показана экспрессия гена dctA R. leguminosarum bv. viciae в растущих инфекционных нитях, а также подтверждена экспрессия гена nodA на поздних стадиях процесса развития азотфиксирующего клубенька. Дальнейшее проведение исследований позволит выявить функции генов dctA и nodA на ранних и поздних стадиях симбиотического взаимодействия, соответственно.

Таким образом, в результате данного исследования была создана модельная система для изучения растительного генетического контроля симбиоза гороха посевного (P. sativum L.) с клубеньковыми бактериями, состоящая из набора генетически охарактеризованных, независимо полученных мутантных линий, с нарушениями как на ранних, так и на поздних стадиях процесса клубенькообразования, которые были детально охарактеризованы фенотипически. В дальнейшем исследование таких мутантов с помощью биохимических и молекулярно-биологических методов позволит идентифицировать молекулярные продукты, регулирующие процесс развития азотфиксирующего симбиоза со стороны растения-хозяина. В настоящее время у бобовых растений клонирован только один симбиотический ген - ген Nin Lotus japonicus (Regel.) К. Larsen (Schauser et al., 1999). На основании его нуклеотидный последовательности была предсказана функция бежа Nin в качестве транскрипционного активатора генов, контролирующих определенные этапы развития симбиоза. Данный факт согласуется с ранее высказанным мнением о том, что симбиотические гены бобовых, идентифицированные классическими генетическими методами, могут выполнять функции регуляторов экспрессии генов растения, синтез продуктов которых индуцируется в процессе клубенькообразования и обеспечивает структурно-функциональную основу симбиоза (Тихонович, Проворов, 1998). Идентификация симбиотических генов гороха посевного, их картирование, а также детальная характеристика мутантных фенотипов делают возможным использовать успехи в клонировании симбиотических генов модельных бобовых для установления тонкой функции генов, контролирующих симбиоз растений гороха с клубеньковыми бактериями.

В заключение можно сказать, что результаты настоящего исследования А существенно расширили и детализировали ранее существовавшие представления о процессе морфогенеза симбиотического клубенька гороха посевного (Pisum sativum L.) и растительной генетической системе, контролирующей данный процесс. Также были получены новые данные углубляющие наше понимание взаимодействия генов симбионтов в процессе симбиотических взаимоотношений.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Ворошилова, Вера Александровна, Санкт-Петербург

1. Бердников В.А., Розов С.М., Богданова B.C. Создание серии лабораторных линийгороха // Тезисы докладов конференции, 23-23 мая 1989 года. Частная генетика растений. Киев, 1989 Т. 2, С. 47-51.

2. Борисов А.Ю. Получение и характеристика симбиотических мутантов гороха

3. Pisum sativum L.) // Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук. СПб.: ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, 1992. 129 с.

4. Борисов А.Ю., Розов С.М., Цыганов В.Е., Куликова О.А., Колычева А.Н., Якоби

5. JI.M., Овцына А.О., Тихонович И.А. Выявление симбиотических генов гороха (Pisum sativum L.) с использованием экспериментального мутагенеза // Генетика. 1994. Т. 30. С. 1484-1494.

6. Говоров Л.И. Горох Афганистана // Труды по прикладной ботанике, генетике иселекции. 1928. Т. 19. С. 497-522.

7. Мишустин Е.Н., Шильникова В.К. Клубеньковые бактерии и инокуляционныйпроцесс // Москва: Наука, 1973. 288 с.

8. Проворов Н.А. Эволюция генетических систем симбиоза у клубеньковых бактерий

9. Генетика. 1996. Т. 32. С. 1029-1040.

10. Разумовская З.Г. Образование клубеньков у различных сортов гороха //

11. Микробиология. 1937. Т. 6. С. 321-328.

12. Сидорова К.К., Ужинцева Л.П. Использование мутантов для выявления генов,контролирующих симбиотические признаки гороха // Генетика. 1992. Т. 28. С. 144-151.

13. Хангильдин В.В. Генетика признаков // В Кн. Генетика культурных растений:

14. Зернобобовые, овощные, бахчевые. / Всесоюз. акад. с.-х. наук им. В.И. Ленина; Под ред. д-ра биол. наук, проф. Т.С. Фадеевой и д-ра. с.-х. наук В.И. Буренина. Л.: Агропромиздат, Ленингр. отд-ние, 1990. 287с.

15. Цыганов В.Е., Ворошилова В.А., Кукалев А.С., Азарова Т.С., Якоби JI.M., Борисов

16. А.Ю., Тихонович И.А. Гены гороха (Pisum sativum L.) Syml4 и Sym35 контролируют инициацию роста инфекционной нити в процессе развития симбиотических клубеньков // Генетика. 1999. Т. 35. С. 352-360.

17. Яковлева З.М. Бактероиды клубеньковых бактерий // Новосибирск: Наука, 1975.172 с.

18. Akao S., Kouchi Н. A supernodulating mutant isolated from soybean cultivar Enrei //

19. Soil Sci. Plant Nutr. 1992. V. 38. P. 183-187.

20. Albrecht C., Geurts R., Bisseling T. Legume nodulation and mycorrhizae formation: twoextremes in host specificity meet // EMBO J. 1999. V. 18. P. 281-288.

21. Ardourel M., Demont N., Debelle F., Maillet F., de Billy F., Prome J.-C., Denarie J.,

22. Truchet G. Rhizobium meliloti lipooligosaccharide nodulatin factors: different structural requirements for bacterial entry into target root hair cells and induction of plant symbiotic developmental responses // Plant Cell. 1994. V. 6. P. 13571374.

23. Balaji В., Ba A.M., LaRue T.A., Tepfer D., Piche Y. Pisum sativum L. mutantsinsensitive to nodulation are also insensitive to invasion in vitro by mycorrhizal fungus Gigaspora margarita // Plant Sci. 1994. V. 102. P. 195-203.

24. Barker D.G., Bianchi S., London F., Dattee Y., Due G., Essad S., Flament P., Gallusci P.,

25. Genier G., Guy P. Medicago truncatula, a model plant for studying the molecular genetics of the Rhizobium legume symbiosis // Plant Mol. Biol. 1990. V. 8. P. 40-49.

26. Barker S J., Tagu D. The roles of auxins and cytokinins in mycorrhizal symbioses // J.

27. Plant Growth Regul. 2000. V. 19. P. 144-154.

28. Benaben V., Due G., Lefebre V., Huguet Т. TE7, an inefficient symbiotic mutant of

29. Medicago truncatula Gaertn. cv. Jemalong // Plant Physiol. 1995. V. 107. P. 5362.

30. Bergersen F.J., Nutman P.S. Symbiotic effectivenes in nodulated red clover. IV. Theinfluence of the host factors i; and ie upon nodule structure and cytology // Heredity. 1957. V. 11. P. 175-184.

31. Bergman К., Gulash-Hoffee M., Hovestadt R.E., Larosiliere R.C., Rongo P.G., Su L.

32. Physiology of behavorial mutants of Rhizobium meliloti: evidence for a dual chemotaxis pathway // J. Bacteriol. 1988. V. 170. P. 3249-3254.

33. Boesten В., Batut J., Boistard P. DctBD-dependent and -independent expression of

34. Sinorhizobium (Rhizobium) meliloti C4-dicarboxylate transport gene (dctA) during symbiosis // Mol. Plant-Microbe Interact. 1998. V. 11. P. 878-886.

35. Bonfante P., Genre A, Faccio A., Martini I., Schauser L., Stougaard J., Webb J., Parniske

36. M. The Lotus japonicus LjSym4 gene is required for the successful symbiotic infection of root epidermal cells // Mol. Plant-Microbe Interact. 2000. V. 13. P. 1109-1120.

37. Borisov A.Y., Morzhina E.V., Kulikova O.A., Tchetkova S.A., Lebsky V.K.,

38. Tikchonovich I.A. New symbiotic mutants of pea (Pisum sativum L.) affecting either nodule initiation or symbiosome development // Symbiosis. 1992. V. 14. P. 297-313.

39. Borisov A.Y., Rozov S.M., Tsyganov V.E., Morzhina E.V., Lebsky V.K., Tikhonovich I.A.

40. Sequential functioning of Syml3 and Sym31, two genes affecting symbiosome development in root nodules of pea (Pisum sativum L.) // Mol. Gen. Genet. 1997. V. 254. P. 592-598

41. Borisov A.Y., Barmicheva E.M., Jacobi L.M., Tsyganov V.E., Voroshilova V.A.,

42. Tikhonovich I.A. Pea (Pisum sativum L.) mendelian genes controlling development of nitrogen-fixing nodules and arbuscular mycorrhiza // Czech J. Genet. Plant Breed. 2000. V. 36. P. 106-100.

43. Bradbury S.M., Peterson R.L., Bowley S.R. Interaction between three alfalfa nodulationgenotypes and two Glomus species //NewPhytol. 1991. V. 119. P. 115-120.

44. Brewin N.J., Wood E.A., Larkins A.P., Galfre G., Butcher G.W. Analysis oflipopolysaccharide from root nodule bacteroids of Rhizobium leguminosarum using monoclonal antibodies // J. Gen. Microbiol. 1986. V. 132. P. 1959-1968.

45. Brewin N.J. Development of the legume root nodules // Ann. Rev. Cell Biol. 1991. V. 7.1. P. 191-226.

46. Brewin N.J., Ambrose M.J., Dowinie J.A. Root nodules, Rhizobium and nitrogen fixation

47. Peas: Genetics, molecular biology and biotechnology / Eds. Casey R., Davies D.R.; Wallingford: CAB International, 1993. P. 237-291.

48. Buttery B.R., Park S.J. Characterization of some non-fixing mutants of common bean

49. Phaseolus vulgaris L.) II Can. J. Plant Sci. 1993. V. 73. P. 977-983.

50. Caetano-Anolles G., Crist-Estes D.K., Bauer W.D. Chemotaxis of Rhizobium meliloti tothe plant flavone luteolin requires functional nodulation genes // J. Bacterid. 1988. V. 170. P. 3164-3169.

51. Caetano-Anolles G., Gresshoff P.M. Plant genetic control of nodulation // Annu. Rev.

52. Microbiol. 1991. V. 45. P. 345-382.

53. Caldwell B.E. Inheritance of a strain specific ineffective nodulation in soybeans // Crop

54. Sci. 1966. V. 6. P. 427-428.

55. Cardenas L., Vidali L., Dominguez J., Perez H., Sanchez F., Hepler P.K., Quinto C.

56. Rearrangement of actin microfilaments in plant root hairs responding to Rhizobium elti nodulation signals // Plant Physiol. 1998. V. 116. P. 871-877.

57. Carroll B.J., McNeil D.L., Gresshoff P.M. A supernodulation and nitrate tolerantsymbiotic (nts) soybean mutant // Plant Physiol. 1985a. V. 78. P. 34-40.

58. Carroll B.J., McNeil D.L., Gresshoff P.M. Isolation and properties of soybean (Glycinemax (L.) Merr.) mutants that nodulate in the presence of high nitrate concentrations // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1985b. V. 82. P. 4162-4166.

59. Carroll B.J., Gresshoff P.M., Delves A.C. Inheritance of supernodulation in soybean andestimation of the genetically effective cell number // Theor. Appl. Genet. 1988. V. 76. P. 54-58.

60. Catoira R., Cook D., Denarie J., Galera C., Gherardi M., Gough C., Huguet Т., Maillet F.,

61. Prosperi J.-M., Rosenberg С , Thoquet P. Genetic analysis of Nod factor perception and transduction in Medicago truncatula II Programm abstracts of Third European Nitrogen Fixation Conference, Lunteren, The Netherlands, September 20-24, 1998. P. 37.

62. Catoira R., Galera C., de Billy F., Penmetsa R.V., Journet E.-P., Maillet F., Rosenberg

63. C., Cook D., Gough C., Denarie J. Four genes of Medicago truncatula controlling components of a Nod factor transduction pathway // Plant Cell. 2000. V. 12. P. 1647-1665.

64. Catoira R., Timmers A.C.J, Maillet F., Galera C., Penmetsa R.V., Cook D., Denarie J.,

65. Gough C. The HCL gene of Medicago truncatula controls Rhizobium-induced root hair curling // Development. 2001. V. 128. P. 1507-1518.

66. Cava J.R., Elias P.M., Turowski D.A., Noel K.D. Rhizobium leguminosarum CFN42genetic regions encoding lipopolysaccharide structures essential for complete nodule development on bean plants // J. Bacterid. 1989. V. 171. P. 8-15.

67. Cermola M., Fedorova E., Tate R., Riccio A., Favre R., Patriarca E.J. Nodule invasionand symbiosome differentiation during Rhizobium elti Phaseolus vulgaris symbiosis // Mol. Plant-Microbe Interact. 2000. V. 13. P. 733-741.

68. Chandler M., Dart P.J., Nutman P.S. The fine structure of hereditary ineffective redclover nodules // Rothamsted experimental station report, part. I / Rothamsted: Rothamsted Experimental Station, 1973. P. 83-84.

69. Cheng H.-P., Walker G. Succinoglycan is required for initiation and elongation ofinfection threads during nodulation of alfalfa by Rhizobium meliloti II J. Bacteriol. 1998. V. 180. P. 5183-5191.

70. Cherfils J., Gibrat J.-F., Levin J., Batut J., Kahn D. Model-building of Fnr and FixK

71. DNA-binding domains suggests a basis for specific DNA recognition // J. Mol. Recognition. 1989. V. 2. P. 114-121.

72. Colonna-Romano S., Arnold W., Schltiter A., Boistard P., Puhler A., Priefer U.B. An

73. Fnr-like protein encoded in Rhizobium leguminosarum biovar viciae shows structural and functional homology to Rhizobium meliloti fixK II Mol. Gen. Genet. 1990. V. 223. P. 138-147.

74. David M., Daveran M., Batut J., Dedieu A., Domergue O., Ghai J., Hertig C., Boistard P.,

75. Khan D. Cascade regulation of nif gene expression in Rhizobium meliloti 11 Cell. 1988. V. 54. P. 671-683.

76. Davis T.M., Foster K.W., Phillips D.A. Nodulation mutants in chickpea // Crop Sci.1985. V. 25. P. 345-348.

77. Davis T.M., Foster K.W., Phillips D.A. Inheritance and expression of three genescontrolling root nodule formation in chickpea // Crop Sci. 1986. V. 26. P. 719723.

78. Davis T.M. Two genes that confer ineffective nodulation in chickpea (Cicer arietinum1.) // J. Hered. 1988. V. 79. P. 476-478.

79. Davis E.O., Johnston A.W.B. NodX, a gene required for nodulation of Afghanistan peas

80. Nitrogen Fixation: Hundred Years After. Stuttgart; New York, 1988. P. 481.

81. De Faria S., Hay G.T., Sprent J.I. Entry of Rhizobium into roots of Mimosa scabrella

82. Bentham occurs between epidermal cells // J. Gen. Microbiol. 1988. V. 134. P. 2291-2296.

83. Degenhardt Т., LaRue T.A., Paul F. Investigation of non-nodulating cultivar of Pisumsativum II Canad. J. Bot. 1976. V. 54. P. 1633-1636.

84. Delves A.C., Higgins A., Gresshoff P.M. Supernodulation in interspecific grafts between

85. Glycine max (soybean) and Glycine soya II J. Plant Physiol. 1987. V. 128. P. 473487.5962.