Изучение межорганизменных регуляторных сетей (сигнальные связи), контролирующих взаимодействие генов гороха посевного (Pisum sativum L.) и его микросимбионтов (Rhizobium leguminosarum bv. viciae)

Объект исследования - симбиотическая система «бобовое растение - клубеньковые бактерии» и генетические механизмы, обеспечивающие успешное взаимодействие симбионтов. Цель исследования - получить новые знания о межорганизменных регуляторных сетях и сигнальных связях, обеспечивающих успешное взаимодействие гороха посевного (Pisum sativum L.) и его микросимбионтов (Rhizobium leguminosarum bv. viciae), с использованием методов транскриптомики, биоинформатики и молекулярной генетики. Использование потенциала симбиотических отношений является одним из путей создания экологически сбалансированного, низкозатратного сельскохозяйственного производства, способного обходиться минимумом минеральных азотных и фосфорных удобрений, пестицидов и других ксенобиотиков. Одной из наиболее важных для сельского хозяйства растительно-микробных систем является бобово-ризобиальный симбиоз с клубеньковыми бактериями (родов Rhizobium, Sinorhizobium, Bradyrhizobium и др.). Этот симбиоз характеризуется высокой степенью генетической и метаболической интеграции партнеров и в значительной степени контролируется растением.Широкое и быстрое распространение технологий «секвенирования нового поколения» (от английского next generation sequencing) делает возможным анализ генетических механизмов, контролирующих различные процессы, на уровне транскрипционных изменений в тканях и органах. Данный подход не требует наличия «референсного» генома и, следовательно, пригоден для практически любых объектов, в том числе немодельных видов растений (таких, как горох (Pisum sativum L.), фасоль (Phaseolus vulgaris L.), соя (Glycine max (L.) Merr.) и др.). Из-за новизны указанной технологии необходимы разработка и оптимизация подходов к ее применению на конкретных объектах.В ходе выполнения исследования с использованием методов транскриптомики, биоинформатики и молекулярной генетики получены новые знания о характеристике взаимной генетической регуляции в симбиотической системе "Pisum sativum - Rhizobium leguminosarum bv. viciae". Определено, что ген LykX, идентифицированный ранее как кодирующий рецепторную киназу, распознающую структуру бактериальной сигнальной молекулы (Nod-фактора), является ключевым компонентом симбиотического сигналинга у гороха и при этом уникальным геном, отсутствующим у других бобовых растений (люцерна, клевер), реализуя, таким образом, уникальную сигнальную связь, контролирующую согласованную экспрессию генов макро- и микросимбионта. Также были изучены согласованные изменения экспрессии генов в клубеньках различных линий (в том числе мутантных) гороха посевного при инокуляции различными штаммами клубеньковых бактерий, что позволило выявить закономерности контроля экспрессии генов микросимбионта со стороны генома макросимбионта, а также способы преодоления бактериями ограничений развития симбиоза, вызванных мутациями в геноме растения. В ходе выполнения работы получены новые уникальные данные о взаимной генетической регуляции в симбиотической системе "Pisum sativum - Rhizobium leguminosarum bv. viciae". Полученные данные обогащают представление о молекулярно-генетических механизмах формирования и функционирования азотфиксирующих клубеньков гороха посевного и открывают возможность контроля над развитием азотфиксирующего симбиоза посредством оперирования системой специфичного узнавания партнерами друг друга.