Системы иммунитета азотфиксирующих клубеньковых бактерий: оценка их разнообразия и перспектив применения в агробиотехнологии

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 20-16-00105

НазваниеСистемы иммунитета азотфиксирующих клубеньковых бактерий: оценка их разнообразия и перспектив применения в агробиотехнологии

Руководитель Симаров Борис Васильевич, Доктор биологических наук

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

Конкурс №45 - Конкурс 2020 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 геном клубеньковых бактерий, Sinorhizobium meliloti, бактериофаги, системы CRISPR/Cas, растительно-микробные системы, люцерна, нодуляционная активность

Код ГРНТИ34.27.21

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Системы иммунитета прокариот являются интенсивно развивающейся областью молекулярно-генетических исследований, обусловленных современным запросом направленного редактирования генома эукариот. В настоящее время для прокариот описано не менее 10 различных систем иммунитета, задействованных в защите бактериальной клетки от вирусов и плазмид (мобилом), в числе которых системы CRISPR и системы рестрикции-модификации. Вместе с тем, для клубеньковых азотфиксирующих бактерий, имеющих огромную практическую значимость и повсеместно распространенных в микробиомах агроценозов, генетические системы защиты их генома от видоспецифичного почвенного мобилома остаются практически не изученными. Продуктивность растительно-микробных систем зависит от высокоспецифичного взаимодействия между ризобиями и бобовыми растениями-хозяевами, что приводит к формированию единой молекулярно-генетической сети микро-макросимбионтов. Геном клубеньковых бактерий содержит значительное число мобильных и потенциально мобильных элементов разных классов. Кроме того, в геномах широко встречаются чужеродные последовательности (профаги, геномные острова) и последовательности (открытые рамки считывания, ОРС) гомологичные последовательностям геномов бактерий разных фил. Указанные элементы и последовательности существенны для экологического фитнеса и быстрой эволюции бактерий. Вместе с тем, геном ризобий, как типичных представителей почвенного микробиома, должен обладать устойчивостью к инвазивному видоспецифичному почвенному мобилому, численная плотность которых особенно высока в ризосфере и ризоплане растения-хозяина. В рамках проекта предполагается провести поиск и оценить структурно-функциональное разнообразие систем, обуславливающих иммунитет ризобий (системы CRISPR и рестрикции-модификации) на основании данных полногеномного секвенирования референсных и природных вирулентных и невирулентных штаммов S. meliloti, выделенных из 3-х географически изолированных районов, контрастно различающихся по агроклиматическим условиям, по разнообразию растений-хозяев и воздействию техногенных факторов, а также анализа полногеномных данных профилей экспрессии (RNAseq) и анализа метавиромов на наличие последовательностей, связанных с CRISPR спейсерами. Полученные в ходе проекта данные позволят впервые оценить структурно-функциональное разнообразие систем иммунной защиты клубеньковых бактерий S. meliloti и перспективность их использования для разработки путей редактирования геномов бобовых растений.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. 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

2. 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

3. Владимирова М.Е., Мунтян В.С., Козлова А.П., Грудинин М.П., Румянцева М.Л. CRISPR/Cas in genomes and genomic islands of Sinorhizobium meliloti Conference Proceedings of the 20th International Scientific GeoConference SGEM 2020 (год публикации - 2020)

4. Козлова А.П., Мунтян В.С., Владимирова М.Е., Грудинин М.П., Румянцева М.Л. Comparative genomics of the sinorhizobial PhiLM21-like intact prophages on complete chromosomes Conference Proceedings of the 20th International Scientific GeoConference SGEM 2020 (год публикации - 2020)

5. Саксаганская А.С., Владимирова М.Е., Афонин А.М., Симаров Б.В., Румянцева М.Л. Cryptic plasmids essential for Sinorhizobium meliloti fitness Conference Proceedings of the 20th International Scientific GeoConference SGEM 2020 (год публикации - 2020)

6. Мунтян В.С., Антонова Е.В., 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 Conference Proceedings of the 20th International Scientific GeoConference SGEM 2020 (год публикации - 2020)

7. Владимирова М.Е., Мунтян В.С., Румянцева М.Л. Геномные острова Sinorhizobium meliloti, встроенные в тРНК-Thr(ggt) [Genomic islands of Sinorhizobium meliloti site-specifically integrated into the tRNA-Thr(ggt)] Гены и Клетки, Том XV. № 3. С. 130 (год публикации - 2020)

8. Козлова А.П., Мунтян В.С., Дзюбенко Е.А., Афонин А.М., Румянцева М.Л. Новая рекомбинантная форма ризофага 16-3 из почв Кавказа [New recombinant form of rhizophage 16-3 from soil of Caucasus] Гены и Клетки, Том XV. № 3. С. 138-139 (год публикации - 2020)

9. Саксаганская А.С., Мунтян В.С., Симаров Б.В., Румянцева М.Л. Криптические плазмиды Sinorhizobium meliloti — природные рекомбинантные репликоны [Cryptic plasmids of Sinorhizobium meliloti are natural recombinant replicons] Гены и Клетки, Том XV. № 3. С. 147 (год публикации - 2020)

10. 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

11. Саксаганская А.С., Мунтян В.С., Афонин А.М., Румянцева М.Л. Cryptic plasmids of alfalfa root nodule bacteria – structural and functional diversity Bioinformatics of Genome Regulation and Structure/Systems Biology (BGRS/SB-2020). The Twelfth International Multiconference. Abstracts., P. 98-99 (год публикации - 2020)
10.18699/BGRS/SB-2020-061

Публикации

1. Мунтян В.С., Афонин А.М., Владимирова М.Е., Саксаганская А.С., Грибченко Э.С., Батурина О., Румянцева М.Л. Complete Genome Sequence of Sinorhizobium meliloti S35m, a Salt-Tolerant Isolate from Alfalfa Rhizosphere in Soil Native to the Caucasus Region Microbiology Resource Announcements, V. 10. Iss. 11. e01417-20 (год публикации - 2021)
10.1128/MRA.01417-20

2. Владимирова М.Е., Мунтян В.С., Афонин А.М., Саксаганская А.С., Антонова Е.В., Симаров Б.В., Румянцева М.Л. Prophages and phage related sequences in chromosomes of Sinorhizobium meliloti isolates native to Aral Sea region FEBS Open Bio, 11 (Suppl. 1), P. 108-109 (год публикации - 2021)
10.1002/2211-5463.13205

3. Саксаганская А.С., Мунтян В.С., Мунтян А.Н., Афонин А.М., Симаров Б.В., Румянцева М.Л. Are cryptic plasmids of Sinorhizobium meliloti attractive within phage infection? FEBS Open Bio, 11 (Suppl. 1), P. 133 (год публикации - 2021)
10.1002/2211-5463.13205

4. Мунтян В.С., Румянцева М.Л. Molecular phylogenetic approach to analyze evolutionary pathways of salt tolerance-related genes in root-nodulated Sinorhizobium meliloti ENFC 2021 (Abstract Booklet), P. 146 (год публикации - 2021)

5. Козлова А.П., Мунтян В.С., Мунтян А.Н., Афонин А.М., Дзюбенко Е.А., Румянцева М.Л. Recombinant form of Sinorhizobium phage AP16 isolated from mountain region of Caucasus FEBS Open Bio, 11 (Suppl. 1), P. 133 (год публикации - 2021)
10.1002/2211-5463.13205

6. Бакаев М.И., Владимирова М.Е., Козлова А.П., Мунтян В.С., Афонин А.М., Грудинин М.П., Румянцева М.Л. Abundant of CRISPR/Cas elements in genomes of nitrogen-fixing bacteria from the genus Sinorhizobium FEBS Open Bio, 11 (Suppl. 1), P. 134 (год публикации - 2021)
10.1002/2211-5463.13205

7. Владимирова М.Е., Румянцева М.Л. Phage related sequences a site specifically integrated into isoacceptor tRNA genes of Sinorhizobium meliloti ENFC 2021 (Abstract Booklet), P. 151 (год публикации - 2021)

8. Козлова А.П., Мунтян В.С., Владимирова М.Е. Поиск и анализ последовательностей, сходных с Rhizobium phage 16-3 в геномах Sinorhizobium meliloti СБОРНИК ТЕЗИСОВ V Всероссийской школы-конференции с международным участием для молодых ученых «Молекулярно-генетические и клеточные аспекты растительно-микробных взаимодействий», С. 73 (год публикации - 2021)

Публикации

1. Владимирова М.Е., Мунтян В.С., Афонин А.М., Мунтян А.Н., Батурина О.А., Дзюбенко Е.А., Саксаганская А.С., Симаров Б.В., Румянцева М.Л., Кабилов М.Р. Complete Genome of Sinorhizobium meliloti AK76, a Symbiont of Wild Diploid Medicago lupulina from the Mugodgary Mountain Region Microbiology Resource Announcements, V. 11. Iss. 3. e0108821 (год публикации - 2022)
10.1128/mra.01088-21

2. Козлова А.П., Владимирова М.Е., Мунтян В.С., Пернак Е.В., Румянцева М.Л. Sequences related to Rhizobium phage 16-3 in genomes of geographically distant Sinorhizobium meliloti strains, root nodule symbionts of alfalfa FEBS Open Bio, V. 12 (Suppl. S1) P. 320 (год публикации - 2022)
10.1002/2211-5463.13440

3. Козлова А.П., Мунтян В.С., Владимирова М.Е., Румянцева М.Л. Анализ почвенных бактериофагов Sinorhizobium meliloti СБОРНИК ТЕЗИСОВ Третья Международная научная конференция PLAMIC2022 «Растения и микроорганизмы: биотехнология будущего», С. 118 (год публикации - 2022)

4. Владимирова М.Е., Румянцева М.Л. Site specific integration of phage-related sequences in Sinorhizobium meliloti chromosome СБОРНИК ТЕЗИСОВ Третья Международная научная конференция PLAMIC2022 «Растения и микроорганизмы: биотехнология будущего», С. 57 (год публикации - 2022)

5. Козлова А.П., Мунтян В.С., Румянцева М.Л. Джамбо-фаг Sinorhizobium meliloti Тезисы III Всероссийской конференции “Высокопроизводительное секвенирование в геномике”, С. 52 (год публикации - 2022)

6. Козлова А.П., Мунтян В.С., Владимирова М.Е., Румянцева М.Л. Бактериофаги клубеньковых бактерий из Переднеазиатского генцентра культурных растений Сборник тезисов всероссийской школы-конференции «Сохранение и преумножение генетических ресурсов микроорганизмов», С. 24-25 (год публикации - 2022)

7. Саксаганская А.С., Мунтян В.С., Мунтян А.Н., Симаров Б.В., Румянцева М.Л. Встречаемость последовательностей фагового происхождения на несимбиотических плазмидах Sinorhizobium meliloti Сборник тезисов всероссийской школы-конференции «Сохранение и преумножение генетических ресурсов микроорганизмов», С. 29-30 (год публикации - 2022)

8. Саксаганская А.С., Мунтян В.С., Мунтян А.Н., Симаров Б.В., Румянцева М.Л. Abundance of phage-related sequences on non-symbiotic plasmids of Sinorhizobium meliloti from centers of legume plants diversity 22nd International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying, Geology and Mining, Ecology and Management – SGEM 2022 (год публикации - 2022)

9. Козлова А.П., Мунтян В.С., Владимирова М.Е., Саксаганская А.С., Румянцева М.Л. Phages of root nodule bacteria native to Primary Gene Center of Cultivated Plants at the Caucacus IUMS Congress 2022, Abstract 599 (год публикации - 2022)