Russian Journal of GeneticsRussian Journal of GeneticsГенетика0016-67583034-5103The Russian Academy of Sciences66703110.31857/S0016675823120081QCMBHHКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯPolymorphism of Core and Symbiotically Specialized Genes in the Polytypic Species of Nodule BacteriaПолиморфизм коровых и симбиотически специализированных генов у политипических видов клубеньковых бактерийProvorovN. A.ПроворовН. А.provorovnik@yandex.ruKimeklisA. K.КимеклисА. К.provorovnik@yandex.ruKarasevE. S.КарасевЕ. С.provorovnik@yandex.ruKhosidS.ХосидС.provorovnik@yandex.ruOnishchukO. P.ОнищукО. П.provorovnik@yandex.ruKurchakO. N.КурчакО. Н.provorovnik@yandex.ruAndronovE. E.АндроновЕ. Е.provorovnik@yandex.ruAll-Russia Research Institute of Agricultural MicrobiologyВсероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологииSaint Petersburg State UniversityСанкт-Петербургский государственный университетDokuchaev Soil InstituteПочвенный институт им. В.В. Докучаева0112202359121457146126022025Copyright ©; 2023, Н.А. Проворов, А.К. Кимеклис, Е.С. Карасев, С. Хосид, О.П. Онищук, О.Н. Курчак, Е.Е. АндроновCopyright ©; 2023, Н.А. Проворов, А.К. Кимеклис, Е.С. Карасев, С. Хосид, О.П. Онищук, О.Н. Курчак, Е.Е. Андронов2023Н.А. Проворов, А.К. Кимеклис, Е.С. Карасев, С. Хосид, О.П. Онищук, О.Н. Курчак, Е.Е. АндроновН.А. Проворов, А.К. Кимеклис, Е.С. Карасев, С. Хосид, О.П. Онищук, О.Н. Курчак, Е.Е. Андроновhttps://transsyst.ru/0016-6758/article/view/667031

The polytypic species of nodule bacteria Rhizobium leguminosarum (includes biovars viciae and trifolii) and Neorhizobium galegae (biovars orientalis and officinalis) differ in the nucleotide polymorphism of housekeeping genes (hkg) and of symbiotically specialized genes (sym) that control the formation of N2-fixing nodules in leguminous plants. In R. leguminosarum, p-distance values for sym genes are higher than for hkg genes in strains from the same and from different biovars. In N. galegae, differences between biovars in sym genes are higher than in hkg genes while within biovars, polymorphism in sym genes is lower than in hkg genes. Coefficients of biovar differentiation for both groups of genes are higher in N. galegae than in R. leguminosarum, possibly reflecting the spatial isolation of N. galegae biovars. In these species of rhizobia, the phylogenetic congruence of sym and hkg genes is more pronounced in N. galegae than in R. leguminosarum. This difference indicates an active transfer of sym genes in R. leguminosarum populations possibly representing an important factor of the deep diversification for symbiotic traits in this rhizobia species.

Политипические виды клубеньковых бактерий Rhizobium leguminosarum (включает биовары viciae и trifolii) и Neorhizobium galegae (биовары orientalis и officinalis) различаются по нуклеотидному полиморфизму генов “домашнего хозяйства” (hkg) и симбиотически специализированных генов (sym), контролирующих образование N2-фиксирующих клубеньков у бобовых растений. У R. leguminosarum величины p-distance по sym-генам выше, чем по hkg-генам у штаммов, относящихся как к одному, так и к разным биоварам. У N. galegae различия между биоварами по sym-генам выше, чем по hkg-генам, однако у штаммов одного биовара полиморфизм sym-генов ниже, чем hkg-генов. Коэффициенты дифференциации биоваров по обеим группам генов выше у N. galegae, чем у R. leguminosarum, что может быть связано с пространственной изоляцией биоваров N. galegae. У данного вида ризобий конгруэнтность (сходство) филогений sym- и hkg-генов более выражена, чем у R. leguminosarum. Это указывает на активный перенос sym-генов в популяциях R. leguminosarum, который может быть важным фактором глубокой диверсификации этого вида ризобий по признакам симбиоза.

nodule bacteria (rhizobia)nucleotide polymorphismevolution of symbiosisRhizobium leguminosarumNeorhizobium galegaephylogenetic congruence and transfer of genes.клубеньковые бактерии (ризобии)нуклеотидный полиморфизмэволюция симбиозаRhizobium leguminosarumNeorhizobium galegaeконгруэнтность филогений и перенос генов.Young J.P., Crossman L.C., Johnston A.W.B. et al. The genome of Rhizobium leguminosarum has recognizable core and accessory components // Genome Biol. 2006. V. 7. https://doi.org/10.1186/gb-2006-7-4-r34Provorov N.A., Andronov E.E., Kimeklis A.K. et al. Microevolution, speciation and macroevolution in rhizobia: Genomic mechanisms and selective patterns // Front. Plant Sci. 2022. V. 13. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1026943Rogel M.A., Ormeño-Orrillo E., Martinez-Romero E. Symbiovars in rhizobia reflect bacterial adaptation to legumes // Syst. Appl. Microbiol. 2011. V. 34. № 2. P. 96–104. https://doi.org/10.1016/j.syapm.2010.11.015Карасев Е.С., Андронов Е.Е., Аксенова Т.С. и др. Эволюция ризобий козлятника (Neorhizobium galegae): анализ полиморфизма генов фиксации азота и развития клубеньков // Генетика. 2019. Т. 55. № 2. С. 234–238. https://doi.org/10.1134/S0016675819020085Кимеклис А.К., Кузнецова И.Г., Сазанова А.Л. и др. Дивергентная эволюция симбиотических бактерий: ризобии реликтового бобового Vavilovia formosa формируют обособленную группу в пределах вида Rhizobium leguminosarum bv. viciae // Генетика. 2018. Т. 54. № 7. С. 851–855. https://doi.org/10.1134/S0016675818070068Kimeklis A., Chirak E., Kuznetsova I. et al. Rhizobia isolated from the relict legume Vavilovia formosa represent a genetically specific group within Rhizobium leguminosarum biovar viciae // Genes. 2019. V. 10. https://doi.org/10.3390/genes10120991Saitou N., Nei M. The Neighbor-joining method: A new method for reconstructing phylogenetic trees // Mol. Biol. Evol. 1987. V. 4. № 4. P. 406–425. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a040454Nei M., Kumar S. Molecular Evolution and Phylogenetics. N. Y.: Oxford Univ. Press, 2000. 248 p.Felsenstein J. Confidence limits on phylogenies: An approach using the bootstrap // Evolution. 1985. V. 39. № 4. P. 783–791. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.1985.tb00420Kumar S., Stecher G., Li M. et al. MEGA X: Molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms // Mol. Biol. Evol. 2018. V. 35. № 6. P. 1547–1549. https://doi.org/10.1093/molbev/msy096Letunic I., Bork P. Interactive tree of life (iTOL) v5: An online tool for phylogenetic tree display and annotation // Nucl. Ac. Res. 2021. V. 47(W1). https://doi.org/10.1093/nar/gkz239Verity R., Nichols R. What is genetic differentiation, and how should we measure it – GST, D, neither or both? // Mol. Ecol. 2014. V. 23. № 17. P. 4216–4225. https://doi.org/10.1111/mec.12856Österman J., Marsh J., Laine P.K. et al. Genome sequencing of two Neorhizobium galegae strains reveals a noe T gene responsible for the unusual acetylation of the nodulation factors // BMC Genomics. 2014. V. 15. № 1. https://doi.org/10.1186/1471-2164-15-500Andronov E., Terefework Z., Roumiantseva M. et al. Symbiotic and genetic diversity of Rhizobium galegae isolates collected from the Galega orientalis gene center in the Caucasus // Appl. Environ. Microbiol. 2003. V. 69. № 2. P. 1067–1074.Beringer J.E., Brewin N.J., Johnston A.W.B. The genetic analysis of Rhizobium in relation to symbiotic nitrogen fixation // Heredity. 1980. V. 45. № 2. P. 161–186.