Анализ закономерности геномных перестроек у вирулентных и невирулентных клубеньковых бактерий и оценка рисков их влияния на хозяйственно-ценные свойства и стрессоустойчивость растительно-микробных систем

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-16-01095

НазваниеАнализ закономерности геномных перестроек у вирулентных и невирулентных клубеньковых бактерий и оценка рисков их влияния на хозяйственно-ценные свойства и стрессоустойчивость растительно-микробных систем

Руководитель Румянцева Марина Львовна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии" , г Санкт-Петербург

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-104 - Агробиотехнологии

Ключевые слова клубеньковыебактерии, геномные перестройки, горячие точки рекомбинации, вирулентные и невирулентные штаммы, люцерна, симбиотическая активность, стрессоустойчивость

Код ГРНТИ68.03.07

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Симбиотические растительно-микробные системы это уникальные высокоспецифичные генетически детерминированные биологические системы фиксации атмосферного азота и трансформации его в соединения, доступные для живых организмов. Эффективность бобово-ризобиальной системы определяется генетическими параметрами растения, бактерии-симбионта и комплементарностью взаимодействия их геномов. В настоящее время показана огромная роль генома микросимбионта (как пула генов, дополняющего мега пул генов растения) при формировании растительно-микробных систем. Геном микросимбионта состоит из нескольких функционально-различных репликонов разной молекулярной массы, насыщен разного типа мобильными элементами и нередко содержит «геномные острова» фагового происхождения, изобилующие генами специфичными для ризобий, а также для представителей других родов и филогенетических кладов. В силу сложной организационно-функциональной структуры генома ризобий наличие фактов обмена и/или дупликации участков различной протяженности между хромосомой и хромидами, или между хромидами и криптическими плазмидами является на сегодня признанным фактом в литературе. Внутригеномные перестройки («изменчивость генома») рассматриваются как путь быстрой адаптации бактерий к окружающей среде и как основа их скачкообразной эволюции. Вместе с тем, такие перестройки не могут не влиять на метаболические процессы, стрессоустойчивость и симбиотическую активность бактерий, о чем данные в литературе практически отсутствуют. Из практики известно, что штаммы, используемые для производства биопрепаратов, должны обязательно проходить этап поддерживающей селекции, поскольку со временем утрачивают свои свойства. Поэтому проведение фундаментальных исследований по изучению «изменчивости генома» с выявлением механизмов, обуславливающих «закономерности» геномных перестроек у микробного компонента, и оценка рисков влияния геномных перестроек на формирование азотфиксирующих растительно-микробных систем актуальны и востребованы для развития АПК на экологических и экономических принципах. Научная программа гранта предполагает провести анализ диверсификации структуры хромосомы у референтных, производственных и географически различных природных штаммов (не менее 200) с построением топографических генетических карт и указанием локализации консервативных и вариабельных маркеров структуры/архитектуры хромосом на основании данных NGS секвенирования. Изменчивость генома ризобий будет впервые оценена под влиянием внутренней среды специфичного и неспецифичного растения-хозяина (биотический фактор) посредством скрининга клубеньковой фракции с использованием технологии Single Cell Sequencing. Будет оценено наследование «горячих точек» рекомбинации (сайты инсерции) в геномах ризобий под влиянием абиотических факторов, с которыми бактерии сталкиваются в сапрофитном состоянии в природе, и во внутренней среде клубенька. Особый фокус будет сосредоточен на выявлении невирулентных штаммов, ризобиальных бактериофагов, а также поиске плазмид, имеющих «горячие точки» рекомбинации, которые могут участвовать в процессе «горизонтального переноса» генов в почвенных условиях. Для поиска «горячих точек» будут применены методы NGS секвенирования. Будут получены полногеномные последовательности производственного штамма и 2-х перспективных для практики штаммов, контрастно различающихся по стрессоустойчивости. Будут оценены риски влияния структурных геномных перестроек, выявленных у вирулентных штаммов, на проявляемые ими хозяйственно-ценные и культуральные характеристики. По результатам проекта будет предложена модель прогнозирования характера и интенсивности «запрограммированных» геномных перестроек в структуре современного генома клубеньковых бактерий с целью получения генетически стабильных высокоэффективных штаммов, перспективных для производства биопрепаратов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Румянцева М.Л., Мунтян В.С., Симаров Б.В. Современные представления о геноме клубеньковых бактерий Материалы 1-го Российского Микробиологического Конгресса (год публикации - 2017)

2. Черкасова М.Е., Мунтян В.С., Румянцева М.Л. Геномы Sinorhizobium meliloti, контрастно различающиеся по наличию геномных островов: встречаемость в географически отдаленных популяциях Материалы Школы-конференции молодых ученых «Молекулярно-генетические и клеточные аспекты растительно-микробных взаимодействий» (год публикации - 2017)

3. Румянцева М.Л., Мунтян В.С., Черкасова М.Е., Саксаганская А.С., Андронов Е.Е., Симаров Б.В. Геномные острова Sinorhizobium meliloti Rm1021 – азотфиксирующего симбионта люцерны Генетика (год публикации - 2018)

4. Черкасова М.Е., Мунтян В.С., Румянцева М.Л., Андронов Е.Е. Анализ геномного острова Sme19T Sinorhizobium meliloti Rm1021: GC-состав и стабильность внутренней структуры Acta Naturae (РУССКОЯЗЫЧНАЯ ВЕРСИЯ), Т. 9. № S1. С. 52 (год публикации - 2017)

5. Румянцева М.Л., Мунтян В.С., Черкасова М.Е., Андронов Е.Е., Саксаганская А.С., Дзюбенко Е.А., Дзюбенко Н.И., Симаров Б.В. Сравнительный анализ геномных характеристик у референтных штаммов Sinorhizobium meliloti — симбионтов люцерны (обзор) Сельскохозяйственная биология, том 52, № 5, с. 928-939 (год публикации - 2017)
10.15389/agrobiology.2017.5.928rus

6. Мунтян В.С., Черкасова М.Е., Румянцева М.Л. Внутривидовой сравнительный анализ структуры хромосом клубеньковых бактерий люцерны Sinorhizobium spp. Acta Naturae (РУССКОЯЗЫЧНАЯ ВЕРСИЯ), Т. 9. № S1. С. 48 (год публикации - 2017)

Публикации

1. Черкасова М.Е., Мунтян В.С., Румянцева М.Л. Анализ смежных геномных островов у генетически неродственных штаммов Sinorhizobium meliloti Материалы международной научной конференции PLAMIC2018 «Растения и микроорганизмы: биотехнология будущего», 13-17 июня 2018 г., Уфа, С. 252 (год публикации - 2018)

2. Румянцева М.Л, Черкасова М.Е., Доросевич П.А., Мунтян В.С., Симаров Б.В. Анализ геномного острова Sme19T и hsd-генов как маркерных последовательностей для оценки стабильности геномов высокоэффективных штаммов Sinorhizobium meliloti, перспективных для биопрепаратов Актуальная биотехнология, № 3 (26), С. 148-149 (год публикации - 2018)

3. Румянцева М.Л. Genomic islands of S. meliloti Rm1021 - what have they collected? Abstract book 13th European Nitrogen Fixation Conference (ENFC) (год публикации - 2018)

4. Мунтян В.С., Черкасова М.Е., Саксаганская А.С., Румянцева М.Л. Genomic comparative analysis of widely applied Sinorhizobium meliloti reference strains Abstract book 13th European Nitrogen Fixation Conference (ENFC) (год публикации - 2018)

5. Черкасова М.Е., Мунтян В.С., Румянцева М.Л. Abundant and homology of GIs "Sme19T" among native Sinorhizobium meliloti isolates Abstract book 13th European Nitrogen Fixation Conference (ENFC) (год публикации - 2018)

6. Мунтян В.С., Батурина О.А., Афонин А.М., Черкасова М.Е., Лактионов Ю.В., Саксаганская А.С., Кабилов М.Р., Румянцева М.Л. Draft Genome Sequence of Sinorhizobium meliloti AK555 Microbiology Resource Announcements (год публикации - 2018)

7. Батурина О.А., Мунтян В.С., Черкасова М.Е., Саксаганская А.С., Дзюбенко Н.И., Кабилов М.Р., Румянцева М.Л. Draft Genome Sequence of Sinorhizobium meliloti strain AK170 Microbiology Resource Announcements (год публикации - 2018)

8. Мунтян В.С., Черкасова М.Е., Румянцева М.Л. Анализ структуры хромосом клубеньковых бактерий рода Sinorhizobium spp. Материалы международной научной конференции PLAMIC2018 «Растения и микроорганизмы: биотехнология будущего», 13-17 июня 2018 г., Уфа, С. 202 (год публикации - 2018)

9. Черкасова М.Е., Румянцева М.Л., Мунтян В.С. Оценка структуры хромосомы у сельскохозяйственных штаммов Sinorhizobium meliloti Сборник материалов III международной научной конференции «Современное состояние, проблемы и перспективы развития аграрной науки», С. 58-59 (год публикации - 2018)

10. Батурина О.А., Мунтян В.С., Афонин А.М., Черкасова М.Е., Симаров Б.В., Кабилов М.Р., Румянцева М.Л. Draft Genome Sequence of Sinorhizobium meliloti strain CXM1-105 Microbiology Resource Announcements (год публикации - 2018)

Публикации

1. Черкасова М.Е., Мунтян В.С., Саксаганская А.С., Симаров Б.В., Румянцева М.Л. Sinorhizobium meliloti: хромосомные типы и геномные острова Экологическая генетика, Том 17, № 3, С. 23-38 (год публикации - 2019)
10.17816/ecogen17323-38

2. Румянцева М.Л., Черкасова М.Е., Мунтян В.С. Accessory elements of rhizobia chromosome: site-specific integration, structural and functional diversity FEBS Open Bio, Vol. 9 (Suppl.1) P. 152 (год публикации - 2019)
10.1002/2211-5463.12675

3. Мунтян В.С., Афонин А.М., Черкасова М.Е., Мунтян А.Н., Саксаганская А.С., Румянцева М.Л. The genome architecture of the strain Ensifer meliloti AK89, a highly effective symbiont of Medicago lupulina FEBS Open Bio, Vol. 9 (Suppl.1) P. 153 (год публикации - 2019)
10.1002/2211-5463.12675

4. Черкасова М.Е., Мунтян В.С., Саксаганская А.С., Симаров Б.В., Румянцева М.Л. S. medicae genomes screened for genomic islands FEBS Open Bio, Vol. 9 (Suppl.1) P. 151 (год публикации - 2019)
10.1002/2211-5463.12675

5. Саксаганская А.С., Козлова А.П., Мунтян В.С., Черкасова М.Е., Румянцева М.Л. Genome structure of highly effective strain Sinorhizobium meliloti AK555 FEBS Open Bio, Vol. 9 (Suppl.1) P. 152 (год публикации - 2019)
10.1002/2211-5463.12675

6. Мунтян В.С., Олехнович Р.О., Ваккеров-Коузова Н.Д., Прохорова В.А., Козлова А.П. Bacteriophages of Sinorhizobium meliloti native to alfalfa origin of diversity at the Caucasus 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2019, 30 June - 6 July, 2019; 51 Alexander Malinov blvd, Sofia, 1712, Bulgaria, Volume 19, Issue 6.1. P. 567-574. (год публикации - 2019)
10.5593/sgem2019/6.1/S25.073

7. Румянцева М.Л., Черкасова М.Е., Мунтян В.С. Геномные острова бактерий: функциональная значимость и структурный полиморфизм сборник тезисов Международного Конгресса «VII Съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров, посвященный 100-летию кафедры генетики СПбГУ, и ассоциированные симпозиумы», С. 511 (год публикации - 2019)

8. Черкасова М.Е., Мунтян В.С., Румянцева М.Л., Симаров Б.В. Геном модельного штамма Sinorhizobium meliloti СХМ1-105 сборник тезисов Международного Конгресса «VII Съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров, посвященный 100-летию кафедры генетики СПбГУ, и ассоциированные симпозиумы», С. 959 (год публикации - 2019)

9. Саксаганская А.С., Мунтян В.С., Лактионов Ю.В., Румянцева М.Л., Симаров Б.В. Геном высокоэффективного штамма Sinorhizobium meliloti АК555 сборник тезисов Международного Конгресса «VII Съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров, посвященный 100-летию кафедры генетики СПбГУ, и ассоциированные симпозиумы», С. 957 (год публикации - 2019)

10. Черкасова М.Е., Мунтян В.С., Румянцева М.Л., Симаров Б.В. Геном модельного штамма Sinorhizobium meliloti СХМ1-105 Материалы III Школы-конференции молодых ученых «Молекулярно-генетические и клеточные аспекты растительно-микробных взаимодействий», С. 34-35 (год публикации - 2019)

11. Саксаганская А.С., Мунтян В.С., Лактионов Ю.В., Румянцева М.Л., Симаров Б.В. Геном высокоэффективного штамма Sinorhizobium meliloti АК555 Материалы III Школы-конференции молодых ученых «Молекулярно-генетические и клеточные аспекты растительно-микробных взаимодействий», С. 28-29 (год публикации - 2019)

12. Прохорова В.А., Козлова А.П., Пастухова Н.Д. Выделение ризобиофагов и определение их литической активности Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. – СПб: Университет ИТМО (год публикации - 2019)

13. Черкасова М.Е., Мунтян В.С, Саксаганская А.С., Симаров Б.В., Румянцева М.Л. Геномные острова симбиотических азотфиксирующий бактерий рода Sinorhizobium Актуальная биотехнология, №3 (30). С. 614 (год публикации - 2019)

14. Саксаганская А.С., Мунтян В.С., Лактионов Ю.В., Румянцева М.Л., Симаров Б.В. Нуклеотидный анализ генов синтеза Nod-фактора штамма Sinorhizobium meliloti АК555 – высокоэффективного симбионта люцерны Актуальная биотехнология, №3 (30). С. 601 (год публикации - 2019)

15. Козлова А.П., Черкасова М.Е., Мунтян В.С., Афонин А.М., Румянцева М.Л. Бактериофаги Sinorhizobium meliloti, выделенные в центре разнообразия люцерн Материалы 2-го Российского Микробиологического Конгресса, С. 113-114 (год публикации - 2019)

16. Румянцева М.Л., Черкасова М.Е., Мунтян В.С. Phage related sequences abounded in sinorhizobia chromosomes and their evolutionary role 21st International Conference on Nitrogen Fixation (ICNF 2019), P. 115 (год публикации - 2019)

17. Мунтян В.С., Мунтян А.Н., Симаров Б.В., Румянцева М.Л. Phylogenetic analysis of vertically and horizontally acquired genes responsible for salt tolerance of nitrogen-fixing alpha-proteobacteria 21st International Conference on Nitrogen Fixation (ICNF 2019), P. 125 (год публикации - 2019)

18. Козлова А.П., Черкасова М.Е., Мунтян В.С., Афонин А.М., Румянцева М.Л. Ризобиофаг бактерий Sinorhizobium meliloti, выделенный в Переднеазиатском центре разнообразия люцерны Сборник тезисов VI Всероссийского молодежного научного форума “Open Science 2019”, 13–15 ноября 2019 г., г. Гатчина, С. 229-230 (год публикации - 2019)

19. Владимирова М.Е., Мунтян В.С., Румянцева М.Л. Геномные острова Sinorhizobium meliloti, встроенные в тРНК-Thr(ggt) Гены и Клетки, Том XV. № 3. С. 130 (год публикации - 2020)

20. Мунтян В.С., Козлова А.П., Афонин А.М., Мунтян А.Н., Дзюбенко Е.А., Кабилов М.Р., Антонова Е.В., Румянцева М.Л. Comparative Genomic Analysis of Moderate Bacteriophages of Alfalfa Root Nodule Bacteria 2020 Cognitive Sciences, Genomics and Bioinformatics (CSGB), P. 72-75 (год публикации - 2020)
10.1109/CSGB51356.2020.9214723

21. Мунтян В.С., Мунтян А.Н., Симаров Б.В., Румянцева М.Л. Phylogenetic analysis of vertically and horizontally acquired genes responsible for salt tolerance in nitrogen-fixing alphaproteobacteria СБОРНИК ТЕЗИСОВ Вторая Международная научная конференция PLAMIC2020 «Растения и микроорганизмы: биотехнология будущего», Саратов, 5-9 октября 2020 г., С. 176 (год публикации - 2020)
10.28983/PLAMIC2020.176

22. Козлова А.П., Мунтян В.С., Афонин А.М., Антонова Е.В., Мунтян А.Н., Кабилов М.Р., Дзюбенко Е.А., Румянцева М.Л. Comparative genomic analysis of moderate bacteriophages of alfalfa root nodule bacteria Bioinformatics of Genome Regulation and Structure/Systems Biology (BGRS/SB-2020). The Twelfth International Multiconference. Abstracts, P. 217-218 (год публикации - 2020)
10.18699/BGRS/SB-2020-138

23. Владимирова М.Е., Афонин А.М., Мунтян В.С., Симаров Б.В., Румянцева М.Л. Evaluation of Sinorhizobium meliloti Genomic Islands Inserted into the tRNA-Thr 2020 Cognitive Sciences, Genomics and Bioinformatics (CSGB), P. 118-121 (год публикации - 2020)
10.1109/CSGB51356.2020.9214720