авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 |

Эволюция микробно-растительных симбиозов: филогенетические, популяционно-генетические и селекционные аспекты

-- [ Страница 2 ] --

Для проверки этого предположения мы сопоставили отзывчивость на инокуляцию ризобиями и степень полиморфизма для двух популяций пажитника греческого – высоко изменчивой природной (кат. ВИРа №34807) и более однородной сортовой (Нахичеванская шамбала). Оказа лось (рис. 7), что масса растений природной популяции возрастает при взаимодействии со всеми 5 испытанными штаммами S. meliloti, однако ее достоверное повышение (+45%) обеспечивает только штамм 852 (выде лен из пажитника). У сортовой популяции реакция на штаммы ризобий различалась гораздо более сильно, причем для наиболее эффективных из них (851 и 852) прибавки составили +87% и +124%. Наследственная при рода изменчивости пажитника, затрудняющей подбор эффективных в симбиозе с ним штаммов, была показана при анализе линий, различаю щихся по способности формировать N2-фиксирующие клубеньки (Про воров, Симаров, 1985). Аналогичные данные были получены при сопос тавлении различных сортов вики посевной (Vicia sativa) и мохнатой (V.

villosa): сорта, однородные по массе растений, более отзывчивы на ино куляцию R. leguminosarum bv. viceae, чем изменчивые сорта (Курчак и др., 1995).

Итак, важной задачей координированной селекции растений и бакте рий, наряду с созданием комплементарных сочетаний их генотипов, должно быть выравнивание сортовых популяций бобовых по признакам симбиоза. Оно обеспечивает возможность подбора штаммов бактерий, комплементарных всем (или большинству) имеющихся в сорте геноти пов, что необходимо для максимального проявления генетических (адди тивных и неаддитивных) факторов симбиоза, выявляемых в ходе диспер сионного анализа. Иными словами, специфичность бактерий по отноше нию к сортовому генотипу определяется их специфичностью к индиви дуальным растениям, составляющим сорт.

Рисунок 7. Отзывчивость двух популяций пажитника греческого (Trigonella foenum graecum) на инокуляцию Sinorhizobium meliloti. Масса контрольных (не инокулированных) растений принята за 100%;

(+) и (–) – достоверные отличия от контроля (Проворов, Симаров, 1984а, 1986а;

Provorov, Simarov, 1990).

3.2. Математические модели Одно из условий эффективной ко-адаптации партнеров в системе сим биоза заключается в том, что взаимодействие бактерий с хозяином стано вится фактором, непосредственно определяющим их эволюцию. К началу нашей работы было установлено, что бобовые растения контролируют распространение и численность природных популяций ризобий, то есть являются для них ведущим экологическим фактором (Доросинский, 1970). Кроме того, имелись данные о том, что при взаимодействии с хо зяином у бактерий могут повышаться частоты мутационных и рекомби национных событий, являющихся “исходным материалом” для эволюци онных процессов (см. обзоры: Проворов, 2000, 2001б).

Для изучения роли растения-хозяина в эволюции бактерий мы пред ложили новый подход, основанный на том, что хозяин является индукто ром действия микроэволюционных факторов (различные формы естест венного отбора и генетико-автоматические процессы), принципиально изменяющих популяционную динамику микросимбионтов по сравнению со свободноживущими бактериями. Наиболее сильное влияние хозяина испытывают эндо-симбиотические популяции бактерий: действие в них отбора является непосредственным результатом симбиоза, а точнее, оп ределяющих его обратных связей партнеров. Для того, чтобы изучить действие этих факторов, мы использовали методологию математического моделирования, которая позволяет синтезировать разнородные эмпири ческие данные, полученные методами генетики, микробиологии, биохи мии, цитологии, молекулярной биологии и экологии, обеспечивая по строение целостной картины эволюционного процесса. Компьютерные эксперименты, проводимые на основе математических моделей, позво ляют анализировать совместное действие факторов, эффекты которых не могут быть определены в одном и том же биологическом опыте.

3.2.1. Предпосылки и задачи построения моделей При построении моделей бобово-ризобиального симбиоза мы преследо вали следующие цели: 1) имитация процессов, приводящих к становле нию характерных для ризобий пространственных и генетических струк тур популяций;

2) выяснение генетико-эволюционной природы связи, которую эффективность мутуализма проявляет со специфичностью взаимодействия партнеров, а также с уровнем их изменчивости (раздел 3.1);

3) прогнозирование эволюции мутуалистических симбиозов, осно ванное на использовании экспериментально определяемых системных параметров.

Особенности ризобиальных популяций, которые необходимо объяс нить с помощью моделирования, заключаются в следующем.

1. Высокая генетическая гетерогенность, которая возрастает при взаимодействии бактерий с хозяином. Эволюционно значимая форма полиморфизма симбиотических микробов – это стабильное сосущество вание симбиотически активных и асимбиотических штаммов, обозначен ное нами как “экотипический полиморфизм” (Проворов, Воробьев, 2000).

Даже в условиях постоянного взаимодействия с хозяином асимбиотиче ские штаммы могут составлять более 90% от численности почвенных популяций ризобий.

2. Панмиктичность, которая может быть определена как отсутствие неравновесия по сцеплению различных генов, например как случайное комбинирование симбиотических (sym) генов (либо маркеров Sym плазмид) с факторами “коровой” части генома. У ризобий, как и у многих патогенных бактерий, панмиктичность возрастает при взаимодействии с хозяевами, которые могут индуцировать перенос генов, играющий клю чевую роль в эволюции симбиоза (Проворов, 1996г, 2001б, 2005).

3. Способность растительно-микробных систем эволюционировать в направлении усиления эффектов мутуализма. В случае бобово ризобиального симбиоза эта эволюция выражалась в: 1) усложнении структур клубенька;

2) возрастающей специализации нитрогеназы к вы полнению симбиотических функций;

3) увеличении интенсивности азот фиксации, которая достигает максимальных уровней в эволюционно про двинутых симбиозах, образуемых “галегоидными” бобовыми (например, Medicago sativa, Galega orientalis) с быстрорастущими ризобиями (Si norhizobium meliloti, Rhizobium galegae) (Sprent, 2001, 2007;

Provorov, Vo robyov, 2008а) Известно, что в системе “хозяин-среда” ризобии осуществляют регу лярную циркуляцию между экологическими нишами (“поч варизосфераклубенькипочва”), в ходе которой происходят глубо кие и закономерные преобразования пространственных и генетических структур микробных популяций. Исходя их этого, мы впервые создали полное математическое описание жизненного цикла ризобий, многие этапы которого характерны и для других экологически облигатных сим бионтов высших организмов (Проворов, Воробьев, 1998а, 1998б, 2003, 2009). Моделируемый микроэволюционный цикл (рис. 8) включает три группы процессов.

1. Сапрофитное существование свободноживущей почвенной попу ляции бактерий. Поскольку большинство почв представляют собой тро фически бедные экологические среды, мы считали, что здесь бактерии не размножаются (численность популяции постоянна), однако у них проис ходят генетические изменения (мутации, перенос генов), продукты кото рых вовлекаются в дальнейшие эволюционные процессы.

2. Конкуренция за обладание богатыми питанием симбиотическими нишами, предоставляемыми растением-хозяином (ризосфера, клубеньки).

Этот процесс осуществляется в форме миграции бактерий из почвы в симбиотические ниши (инокуляция), после чего происходит их колони зация (размножение бактерий до определенных уровней, соответствую щих ёмкостям ниш).

Рисунок 8. Популяционная динамика ризобий в системе “хозяин-среда”.

3. Выход бактерий из симбиотических ниш в почву, где возникает временный избыток клеток (популяционная волна) и обостряется конку ренция за выживание, в результате которой часть клеток отмирает и по пуляция возвращается к равновесной численности.

Поскольку эндосимбиотические популяции ризобий принципиально отличаются по своей генетической и пространственной структуре от поч венных популяций, мы предположили, что ключевую роль в микроэво люции ризобий играет конкуренция за образование клубеньков. Для этой конкуренции характерна нелинейная динамика: если растение инокули руют смесью двух штаммов, их численности в клубеньках (N1, N2) и ино кулюме (I1, I2) связаны эмпирически установленной зависимостью (Amarger, Lobreau, 1982):

a I N = c, (3) N2 I где “а” и “с” – константы, которые зависят от генотипов конкурирующих штаммов и растения-хозяина. Величина “с”, которая отражает конку рентную способность штаммов (их соотношение в клубеньках при рав ном соотношении в инокулюме), может быть как больше, так и меньше 1, однако величина “а” всегда меньше 1 (обычно 0,2a0,8). Следовательно, при равной конкурентоспособности штаммов (с=1) в процессе колониза ции клубеньковой ниши их соотношение выравнивается: если штамм № был редким в инокулюме (I1I2), то его частота в клубеньках возрастает (N1/N2I1/I2). Таким образом, в популяции ризобий, взаимодействующей с хозяином, происходит отрицательный частотно-зависимый отбор (ЧЗО), поддерживающий редкие генотипы.

3.2.2. Формирование высоко полиморфных, панмиктичных популяций Исходя из указанных предпосылок, мы построили базовую модель №1 (рис.

9), в соответствии с которой основную роль в эволюции системы играет ЧЗО, действующий при инокуляции клубеньков, и Дарвиновский отбор, действующий при размножении (в ризосфере или клубеньках) или отмира нии (в почве) конкурирующих генотипов. В модели изучена простейшая микробная популяция, состоящая из родителя (Р) и его мутанта (М), обла дающего измененной приспособленностью в нишах ex planta и in planta.

Рисунок 9. Блок-схема жизненного цикла ризобий, которая отражает их микроэволюцию, приводящую к установлению сбалансированного поли морфизма (модель №1). Микроэволюционный цикл разделен на 6 этапов, вклю чающих: 1) возникновение мутантов с измененной экологической приспособлен ностью;

2) инокуляцию ризосферы бактериями, мигрирующими из почвы;

3) ко лонизацию ризосферы (размножение бактерий инокулюма);

4) инокуляцию клу беньков;

5) колонизацию клубеньков;

6) выход в почву бактерий из ризосферы и клубеньков и возвращение их общей численности к исходному уровню. Дарви новский отбор действует на стадиях 3, 5 и 6, частотно-зависимый отбор – на ста дии 4, мутационное давление – на стадии 1, генетико-автоматические факторы на стадиях 2 (миграция), 4 (генетический дрейф) и 6 (популяционная волна). U… – соотношения численностей мутанта и родителя;

D… – относительные сдвиги этих соотношений, характеризующие давления отбора или мутационного процесса внутри экологических ниш. В компьютерных экспериментах использовали посто янные параметры: S, R, N – емкости почвенной, ризосферной и клубеньковой ниш;

, f – доли ризосферной и клубеньковой ниш, заполняемые бактериями в процессе инокуляции, а также коэффициенты “а” и “с” из модели конкуренции, формула 3 (Проворов, Воробьев, 2003;

Воробьев, Проворов, 2005).

Условия равновесия в системе задаются уравнением: DC.t = DM.t·D2.t·D3.t·DS.t.

где использованы интегральные давления отбора, вычисленные по всем имею щимся в системе нишам (D2.t – для стадий 2 и 3, D3.t – для стадий 4 и 5).

Использованный подход позволил нам описать процесс установления сбалансированного полиморфизма в ассоциированных с растениями мик робных популяциях при взаимодействии ЧЗО, давление которого зависит главным образом от коэффициента “а” в модели конкуренции за образо вание клубеньков (формула 3), и Дарвиновского отбора, который зависит от относительных скоростей размножения (отмирания) бактерий в раз личных экологических нишах.

Оказалось, что финальная структура популяции, достигаемая при ее длительной эволюции, зависит от параметров, характеризующих давление ЧЗО и действие популяционной волны (рис. 10А), а скорость микроэволю ции зависит также от частоты мутирования (РМ) и от интенсивности Дарвиновского отбора (Проворов, Воробьев, 2003;

Provorov, Vorobyov, 2006). Анализ модели показал, что благодаря ЧЗО в системе поддержива ются штаммы, обладающие сниженной выживаемостью в почве (рис. 10Б).

К их числу могут относиться симбиотически активные штаммы, которые при высоком давлении ЧЗО не только сохраняются, но при определенных значениях системных параметров и доминируют в популяции.

Для того, чтобы проанализировать роль ЧЗО в установлении панмик тической структуры популяции, мы упростили модель №1, предположив, что растительные ниши ограничены клубеньками, при конкуренции за которые происходит этот отбор (Проворов, Воробьев, 1998а, 1998б;

Pro vorov, Vorobyov, 2000). Анализ полученной модели №2 позволил нам проанализировать эволюцию микробных популяций, состоящих из 3- генотипов, между которыми осуществляется ключевой для эволюции ризобий перенос sym-генов, обеспечивающий формирование панмиктич ных популяций. Моделируемая система состояла из Исходных Симбион тов (ИС) и авирулентных Местных Бактерий (МБ), которые при переносе sym-генов из ИС превращаются в вирулентные Новые Симбионты (НС), конкурирующие за образование клубеньков с ИС, а за выживание в почве – с авирулентными МБ.

Мы предположили, что авирулентные МБ включают два генотипа, А и В, которые в силу различной экологической приспособленности нахо дятся в почве в разных соотношениях (генотип А доминирует, а генотип В встречается редко), однако они могут с равным успехом служить реци пиентами переносимых из ИС sym-генов. Оказалось, что в ходе цикличе ской микроэволюции симбиосистемы частоты рекомбинантов, возни кающих из этих генотипов выравниваются и при одинаковой способно сти конкурировать за образование клубеньков их соотношение прибли жается к 1:1 (рис. 11-1). Благодаря этому достигается близкое к случай ному комбинирование (равновесие по сцеплению) sym-генов и маркеров хромосомы, то есть популяция становится панмиктичной. Анализ этого варианта модели показал, что у ризобий панмиктичные популяции могут формироваться на фоне очень низких частот переноса sym-генов – менее 10-19 на реципиент (рис. 11-2).

Итогом анализа первых двух моделей стало создание схемы “утраты приобретения sym-генов”, описывающей формирование типичной для ризобий панмиктичной, экотипически полиморфной популяции (рис. 12).

Данная схема основана на тесной взаимосвязи этих свойств популяций, поскольку асимбиотические штаммы являются оптимальными реципиен тами для переноса sym-генов, играющего ключевую роль в формирова нии панмиктичных популяций.

Рисунок 10. Установление равновесия в популяции ризобий при возникно вении мутантов с изменениями относительной приспособленности (модель №1, рис. 9). s – конечный уровень относительной численности мутанта, LN – амплитуда популяционной волны, выраженная через соотношение емкостей клу беньковой и почвенной ниш. A: сплошные линии – мутанты с повышенной при способленностью во всех нишах (почва, ризосфера, клубеньки);

пунктирные ли нии – мутанты с пониженной приспособленностью во всех нишах (при разных величинах параметра “a” из формулы 3). Б: сплошная линия – мутант, у которого приспособленность повышена in planta (в клубеньках), но снижена ex planta;

пунктирная линия – мутант, у которого приспособленность повышена ex planta, но снижена in planta (Provorov, Vorobyov, 2006) Рисунок 11. Эффективность действия частотно-зависимого отбора (ЧЗО) в популяции ризобий (модель №2). 1 – выравнивание численностей доминирую щего (А) и редкого (Б) генотипов в популяции Местных Бактерий (m – номер микроэволюционного цикла). 2 – значения параметра “а” модели (формула 3) конкуренции за образование клубеньков (отложены по оси абсцисс), в ходе кото рой осуществляется ЧЗО в пользу Новых Симбионтов, возникающих при различ ных исходных частотах rB (отложены по оси ординат). Серым цветом закрашена область действия ЧЗО (Проворов, Воробьев, 1998б).

Рисунок 12. Формирование популяции клубеньковых бактерий в соответст вии со стратегией “утраты-приобретения” sym-генов.

Исходная клональная популяция состоит из двух симбиотически актив ных штаммов (А и В), содержащих Sym-плазмиды pSymA и pSymB. В этой попу ляции происходит: 1 – возникновение авирулентных мутантов, обладающих по вышенной выживаемостью в почве, путем утраты Sym-плазмид;

2 – формирова ние экотипически полиморфной структуры путем размножения авирулентных мутантов под действием Дарвиновского отбора;

3 – возникновение вирулентных рекомбинантов путем горизонтального переноса Sym-плазмид;

4 – формирование панмиктической структуры при размножении рекомбинантов под действием час тотно-зависимого и Дарвиновского отбора (Проворов, Воробьев, 2000;

Provorov, Vorobyov, 2008a).

Данные о том, что именно это направление переноса генов играет ключевую роль в формировании популяций ризобий, были получены на ми (Проворов и др., 2004) при изучении рекомбинантов, возникающих при конъюгативной передаче “симбиотических” плазмид между разными штаммами ризобий клевера (Rhizobium leguminosarum bv. trifolii). Оказа лось (табл. 19), что при переносе плазмиды pSym343 в штамм 345а дикого типа его симбиотическая эффективность снижается, что может быть свя зано с функциональной несовместимостью привнесенной и резидентной Sym-плазмид. В то же время, при переносе pSym343 в авирулентный, ли шенный собственной Sym-плазмиды мутант штамма 345а возникают ре комбинанты, которые не только приобретают способность занимать клу беньковую нишу, но и превосходят по эффективности симбиоза с клеве ром родительский штамм 345а. Очевидно, что именно эти рекомбинанты преимущественно подхватываются отбором и размножаются в популя ции, обеспечивая ее панмиктичность.

Таблица 19. Симбиотические свойства рекомбинантов, полученных при переносе плазмиды pSym343 в штамм 345а Rhizobium leguminosarum bv. trifolii и его авиру лентный (Nod–) мутант (Проворов и др., 2004) Реципиент Общее число Число рекомбинантов, достоверно отличаю реком- щихся от штамма 345а дикого типа бинантов НА dM% 345а 16 6 0 8 345а (Nod–) 16 0 16 0 НА – нитрогеназная активность, dM% – прибавка (%) массы растений от ино куляции.

Предложенная схема “утраты-приобретения” sym-генов (рис. 12) предполагает, что экотипически полиморфные, панмиктичные популяции ризобий обладают наиболее высокой приспособленностью в системах “хозяин-среда”, так как благодаря этой структуре бактерии поддержива ют обширные системы sym-генов лишь в небольшой части популяции, обеспечивая их распространение при взаимодействии с растениями.

3.2.3. Коэволюция бактерий и растений на повышение эффективности мутуализма Изучение популяционно-генетических механизмов эволюции микробно растительных симбиозов представляет большой общебиологический инте рес в связи с необходимостью выявления факторов становления мутуализ ма, которые не могут быть сведены к действию Дарвиновского отбора (Maynard Smith, 1989;

Frank, 1994). Действительно, в системах мутуализма у партнеров могут поддерживаться “альтруистические” признаки (гены), обеспечивающие выживание не своих непосредственных обладателей (что предусмотрено моделями Дарвиновского отбора), а партнеров по симбио зу. При этом условии эволюция мутуализма может быть блокирована “симбионтами-обманщиками” (например, штаммами ризобий фенотипа Nod+Fix–), которые, в отличие от “истинных мутуалистов” (штаммов Nod+Fix+), не выполняют функций, полезных для хозяина, хотя и инфици руют его (Frank, 1996;

Simms, Taylor, 2002).

Поскольку в мутуалистической системе реципиентом адаптивно значи мых (“альтруистических”) эффектов действия бактериальных sym-генов яв ляется хозяин, логично предположить, что именно он выполняет роль ин дуктора тех микроэволюционных процессов, которые обеспечивают форми рование у микросимбионтов мутуалистических признаков. Эти процессы могут быть связаны с установлением между партнерами положительных обратных связей, которые в бобово-ризобиальном симбиозе определяются обменом С- и N-метаболитами: фиксация бактериями азота стимулирует растительный фотосинтез, продукты которого используются в клубеньках не только для поддержания нитрогеназной реакции, но и для размножения бак терий (Streeter, 1995;

Kiers et al., 2003).

Однако, механизмы трансформации метаболических обратных связей партнеров в селективные давления, поддерживающие мутуализм, остаются неясными. К началу нашей работы был создан ряд моделей, объяснявших эволюцию признаков мутуализма у ризобий действием группового отбора (Jimenez, Casadesus, 1989;

Olivieri, Frank, 1994;

Simms, Bever, 1998;

Bever, Simms, 2000;

West et al., 2001, 2002), однако область применения этих моде лей ограничена клональным размножением бактерий в клубеньках. В дейст вительности, инфицирование клубеньков часто является смешанным, то есть активные клубеньки содержат, наряду с фиксирующими N2 “истинными мутуалистами”, также и не фиксирующие N2 “симбионты-обманщики”. В опытах по гибридизации ризобий вики было показано (Курчак и др., 2001), что смешанные инфекции часто происходят при инокуляции растений штаммами, имеющими общую Sym-плазмиду, которая контролирует конку ренцию за образование клубеньков. Таким образом, характерный для ризо бий перенос sym-генов может служить препятствием для эволюции мутуа лизма, связанной с групповым отбором.

3.2.3.1. Конструирование и общая характеристика коэволюционных моделей Для изучения селективных процессов, направляющих эволюцию мутуа лизма в системе бобово-ризобиального симбиоза, мы модифицировали модель №1, предположив, что образование эффективного симбиоза ин дуцирует в популяции растений селективные процессы (коэволюционные ответы), которые вызывают закрепление признаков мутуализма в мик робной популяции. Для анализа этих процессов необходимо было создать коэволюционную модель, которая описывает действие отбора в популя циях не только бактерий, но и растений.

Мы предположили, что индуктором коэволюции партнеров на по вышение эффективности мутуализма являются обратные метаболические связи партнеров, которые носят положительный характер. Эффектив ность этих связей может быть достаточно велика, о чем говорят высокие корреляции между количествами азота и углерода, которые фиксируют партнеры при образовании варьирующих по эффективности симбиозов (раздел 2.1.2, таблица 8). Созданная нами модель (Проворов, Воробьев, 2009) учитывает метаболическую связь партнеров, проявляющуюся в том, что доля азотфиксирующего штамма в клубеньковой нише опреде ляет репродуктивный потенциал как самих бактерий (суммарное количе ство клеток в симбиотических нишах по завершении их колонизации), так и растений (количество образованных семян).

Для того, чтобы охарактеризовать общий уровень эффективности мутуалистического симбиоза (ЭМС) мы вычисляли “пиковые” численно сти, достигаемые каждым из партнеров на t-том микроэволюционном цикле в финальном состоянии системы (t), отнесенные к максимально допустимым “пиковым” численностям, которые могут быть достигнуты при 100% частоте N2-фиксирующих бактерий в клубеньковой нише.

3.2.3.2. Диморфные популяции ризобий На первом этапе работы (Provorov, Vorobyov, 2008b;

Проворов, Во робьев, 2009) мы изучили простейшую коэволюционную систему, в которой оба партнера представлены диморфными популяциями: бак терии – мутантом (М) и родителем (Р), проявляющими разную азот фиксирующую способность;

растения – двумя генотипами, каждый из которых образует азотфиксирующие клубеньки только с одним из штаммов ризобий. Мы исследовали влияние на эволюцию системы двух типов мутационных (РМ) сценариев:

1-й сценарий – мутант Мн фиксирует азот в симбиозе с обоими гено типами растений, а его родитель Рн лишен этой возможности (возникно вение у бактерий способности к неспецифическому мутуализму);

2-й сценарий – мутант Мс фиксирует азот в симбиозе с 1-м, но не со 2-м генотипом растений, тогда как его родитель Рс обладает азотфикси рующей способностью по отношению только ко 2-му генотипу растений (изменение специфичности мутуализма).

При реализации первого сценария в качестве показателя эффективности симбиоза была использована доля неспецифичного мутуалиста Мн в фи нальной популяции, которая формируется при неограниченном возрастании числа микроэволюционных циклов (t). В этом случае поиск условий, оптимальных для эволюции мутуализма, сводился к выявлению режима микроэволюции, обеспечивающего высокую частоту Мн (например, его до минирование над Рн).

Компьютерные эксперименты, проведенные в вычислительной среде MathCad2000, показали, что в соответствии с динамикой партнеров могут быть выявлены два режима микроэволюции – колебательный и монотон ный (последний является наиболее типичным для эволюции мутуализма, отражая характерную для него высокую генетическую стабильность;

Law, Lewis, 1983;

Pellmur, Huth, 1996). Оказалось, что в финальной попу ляции (при t) неспецифичный симбионт Мн доминирует над Рн при более узком диапазоне условий (только в монотонном режиме), тогда как специфичный симбионт Мс может доминировать над Рс в обоих режимах (табл. 20).

Таблица 20. Влияние параметров отбора в растительной популяции на финаль ные численности микросимбионтов, специфичных (Мс) и неспецифичных (Мн) по отношению к растительным генотипам Колебательный режим Монотонный режим Варьирование параметра * Величины Мн Мс Величины Мн Мс параметра параметра 0,8 0,456 0,749 0,5 0,732 0, 0,9 0,399 0,760 0,55 0,756 0, 0,98 0,344 0,768 0,6 0,784 0, 1,0 0,329 0,771 0,65 0,817 0, 1,05 0,289 0,772 0,7 0,853 0, Варьирование параметра ср* 1 0,075 0,602 1 0,579 0, 1,5 0,206 0,705 1,3 0,720 0, 2 0,344 0,768 1,5 0,784 0, 3 0,586 0,843 2 0,880 0, 4 0,763 0,885 3 0,952 0, *Конкуренция в популяции растений при прорастании семян описывается фор P0 cp Qp11.t, где Qp л 21.t = 11.t и Qp21.t – количества расте мулой Qp cp Qp11.t + Qp12.t л л Qp12.t ний 1-го генотипа в начале и конце конкурентного процесса, – количест во растений 2-го генотипа в начале конкурентного процесса, P0 – общее число растений к концу конкурентного процесса (cp0, 0). Параметр определяет давление частотно-зависимого отбора (ЧЗО) в растительной популяции: при 01 ЧЗО является отрицательным, при 1 – положительным, при =1 ЧЗО отсутствует (Provorov, Vorobyov, 2008b;

Проворов, Воробьев, 2009).

Таким образом, условия поддержания в моделируемой системе спе цифичных симбионтов наиболее широки, что согласуется с данными о том, что максимальная эффективность симбиоза коррелирует именно с высокой специфичностью взаимодействия партнеров (разд. 3.1). В то же время, связь эффективности симбиоза с полиморфизмом растений носит сложный характер: выявленное ранее (разд. 3.1) повышение эффективно сти симбиоза при снижении полиморфизма растений показано только для монотонного режима, наиболее характерного для мутуализма, тогда как в колебательном режиме возрастание эффективности симбиоза обычно сопровождается повышением полиморфизма растительной популяции (Воробьев, Проворов, 2008).

Итак, при моделировании эволюции диморфных популяций ризобий нам удалось подтвердить закономерности, выявленные при анализе экспе риментальных моделей, однако селективные механизмы, определяющие эти закономерности, оставались неясными. Для их выяснения необходимо по строить модель эволюции полиморфных популяций ризобий, которая позво лит сопоставить давления отбора, действующего в пользу различных типов симбионтов в одном и том же компьютерном эксперименте.

3.2.3.3. Полиморфные популяции ризобий Для изучения эволюции мутуализма в полиморфных популяциях ризобий необходимо дать описание их мультиштаммовой конкуренции при заня тии симбиотических ниш (ризосферы и клубеньков), для чего мы замени ли параметры “a” и “c” из формулы (3), которые являются “общими” для рассматриваемых штаммов, на индивидуальные параметры каждого штамма. Мы предположили, что при переходе ризобий к симбиозу ино куляция симбиотических ниш i-тым штаммом описывается формулой:

n.i = ob.ii U, (4) n.i и o.i где – частоты i-того штамма в новой и исходной нишах;

ве личина bi (индекс инокуляции) характеризует конкурентоспособность i N того штамма при занятии новой ниши;

U = bi – нормирующая вели o.i i = N = 1 (N – общее число штаммов).

чина, удовлетворяющая условию: n.i i = Результаты вычислений, проведенных с использованием экспери ментальных данных о конкуренции ризобий за образование клубеньков, показали гораздо большую точность модели (4) по сравнению с моделью (3) (Воробьев, Проворов, 2008). При этом модель (4) позволяет сохранить все базовые свойства изучаемой системы, в первую очередь – действие отрицательного ЧЗО: его давление при инокуляции каждой новой ниши определяется величинами 0bi1 (чем меньше эти величины, тем выше давление ЧЗО в пользу i-того штамма).

С использованием модели (4) мы проанализировали эволюцию сис тем, формируемых при возникновении у штамма-родителя (Р), который образует не фиксирующие N2 клубеньки с обоими растительными гено типами, трех типов мутантов: фиксирующий N2 в симбиозе только с 1-м растительным генотипом (М1), только со 2-м генотипом (М2) или с обо ими генотипами (М3). При сопоставлении 4 возникающих при этом сим биосистем можно видеть (табл. 21), что максимальная гетерогенность (индекс генного разнообразия Н близок к 1) в финальном состоянии (при t) всегда достигается для бактериальной популяции, тогда как в рас тительной популяции величина Н=1 (соответствующая равным частотам двух генотипов) характерна только для симметричных систем “P+M1+M2” и “P+M1+M2+M3”. В асимметричных системах “P+M1+М3” и “P+M2+М3” гетерогенность растительной популяции имеет промежу точные значения (Н=0,565), что соответствует наличию доминирующего и минорного классов с частотами 0,83 и 0,17. Наиболее высокая ЭМС (близкая к 0,6) достигается в асимметричных системах, характеризуемых промежуточным уровнем полиморфизма растений (табл. 21).

Таблица 21. Индексы генного разнообразия и эффективности мутуалистического симбиоза, характерные для различных микробно-растительных систем (Воробьев, Проворов, 2008).

Системы Индексы генного раз- ЭМС (см. раздел Частоты (%) Fix+ (их типы)* нообразия (Nei, 1978) 3.2.3.1) Растения Бактерии Растения симбиозов** Бактерии Р+М1+М2 (С) 0,999 1,0 0,358 0,390 0, Р+М1+М2+М3 (С) 0,999 1,0 0,524 0,532 0, Р+М1+М3 (А) 0,995 0,565 0,602 0,608 0, Р+М2+М3 (А) 0,995 0,565 0,602 0,608 0, *Типы симбиотических систем: С – симметричные (растительные генотипы име ют равное число N2-фиксирующих симбионтов), А – асимметричные (для доми нирующего растительного генотипа имеется два N2-фиксирующих симбионта, а для минорного генотипа – один симбионт). **Определяли на основании частот генотипических комбинаций партнеров, в которых образуются N2-фиксирующие клубеньки.

Для того, чтобы изучить эволюционную динамику N2-фиксирующего симбиоза, мы проанализировали зависимость показателей финальной генетической структуры симбиоза (частоты генотипов партнеров при t) от системных параметров, характеризующих давления отбора в популяциях бактерий и растений, а также эффективность положительных обратных связей партнеров. Для этого мы вычислили относительные из менения показателей генетической структуры, происходящие при малых отклонениях системных параметров от базовых значений, использован ных при проведении контрольных компьютерных экспериментов. По своему биологическому смыслу эти изменения близки к интенсивности отбора, индуцируемого в популяциях партнеров факторами внешней сре ды (Меттлер, Грегг, 1972), и мы будем далее называть эти изменения ко эволюционными ответами, КЭТ (они моделируют чувствительность сис темы к частным изменениям ее параметров).

Обратные связи партнеров. Для анализа коэволюции партнеров на повышение эффективности мутуализма мы вычислили величины КЭТ, характеризующие перекрестные влияния селективных факторов, дейст вующих на растения и бактерии. Показано, что при усилении отбора в пользу любого из входящих в систему генотипов повышается частота не только этого генотипа, но и тех его партнеров, с которыми образуется N2 фиксирующий симбиоз.

Результаты компьютерных экспериментов позволили нам составить диаграмму селективных процессов, происходящих при эволюции N2 фиксирующего симбиоза (рис. 13). Согласно этой диаграмме, положи тельная обратная связь, обусловленная обменом партнеров С- и N метаболитами, преобразуется в обратную связь, обусловленную взаим ным влиянием селективных процессов в популяциях партнеров. Величи ны КЭТ, вычисленные для партнеров симбиоза в зависимости от интен сивности метаболических обратных связей (0,029-0,037), близки к вели чинам, вычисленным для бактерий в зависимости от давления отбора в растительной популяции (0,029-0,040). Однако величины КЭТ, вычис ленные для растений в зависимости от давления отбора в бактериальной популяции, значительно выше (0,212-0,254). Следовательно, при воздей ствии бактерий на растительную популяцию происходит усиление эф фективности положительных обратных связей, которое может быть од ним из основных факторов повышения эффективности симбиоза.

Cильный коэволюционный ответ, наблюдаемый со стороны растений, может быть причиной того, что именно этот партнер играет ключевую роль в определении эффективности мутуализма (табл. 17).

Специфичность симбиоза. Компьютерные эксперименты позволили выявить различия в динамике специфичных и неспецифичных бактери альных генотипов: при воздействии растения на бактериальную популя цию отбор в пользу мутантов М1 или М2, специфичных только к одному из растительных генотипов, более интенсивен (величины КЭТ выше), чем отбор в пользу мутанта М3, образующего эффективный симбиоз с обоими растительными генотипами (табл. 22). В то же время, максималь ные величины ЭМС, вычисленные для популяций каждого из партнеров, достигаются в асимметричных системах (“P+M1+М3” и “P+M2+М3”), то есть при наличии неспецифичного мутуалиста М3, а минимальная – в симметричной системе “P+M1+М2”, где неспецифичный мутуалист от сутствует (табл. 21).

Рисунок 13. Диаграмма селективных процессов, определяющих эволюцию мутуалистического симбиоза (построена на основании величин коэволюци онных ответов, КЭТ). Рядом со стрелками представлены величины КЭТ, кото рые отражают давления отбора в популяции того партнера, на которого указывает стрелка. Величины КЭТ приведены для специфичных по отношению к хозяину мутантов М1 и М2 в системе “Р+М1+М2+М3” (Воробьев, Проворов, 2008).

Итак, анализ модели мультиштаммовой конкуренции позволил не только объяснить связь эффективности и специфичности симбиоза, вы явленную на экспериментальных моделях (разд. 3.1) и подтвержденную при анализе математических моделей двух-штаммовой конкуренции (раздел 3.2.3.2), но и объяснить эту связь особенностями отбора, дейст вующего при коэволюции растений и бактерий в системах мутуализма.

Таблица 22. Коэволюционные ответы (КЭТ) для бактериальных мутантов, раз личающихся по специфичности в отношении растительных генотипов (Воробьев, Проворов, 2008) Факторы, в зависимо- Изучаемые системы Величины КЭТ для му сти от которых вычис- (М1…3 – мутанты, Р – тантов ляли КЭТ родитель) Специ- Неспеци фичных фичного (M1, M2) (M3) Метаболические обрат- P+M1+M2, P+M1+M3, 0,019- 0, ные связи P+M2+M3 0, P+M1+M2+M3 0,037 0, Давления отбора в по- P+M1+M2, P+M1+M3, 0,029- пуляции растений P+M2+M3 0, P+M1+M2+M3 0,019- 0,002 0,034 0, ЗАКЛЮЧЕНИЕ Цель нашей работы заключалась в изучении филогенетических законо мерностей и популяционно-генетических механизмов эволюции мутуа листического симбиоза, необходимом для реконструкции процессов ко эволюции растений и микроорганизмов, а также для создания хозяйст венно-ценных надорганизменных комплексов.

Используя модель бобово-ризобиального симбиоза, мы исследовали связь филогении растений со специфичностью, проявляемой ими при взаимодействии с бактериями. Оказалось, что специфичность, проявляе мая бобовыми при образовании клубеньков, коррелирует с таксономиче ским делением растений, тогда как для специфичности, проявляемой при образовании эффективного (N2-фиксирующего) симбиоза, такой корре ляции не обнаружено. Это показывает, что способность индуцировать и поддерживать азотфиксирующую активность у находящихся в клубень ках ризобий представляет собой эволюционно более лабильный признак растений, чем само образование клубеньков, и что генетические меха низмы эволюции этих признаков существенно различаются.

Данный вывод подтвердился при изучении симбиотических призна ков у культурных бобовых, которое мы проводили, исходя из того, что окультуривание и селекция растений являются важнейшими факторами их эволюции, которые по своей формообразующей активности не усту пают природным эволюционным факторам (Вавилов, 1935;

Жуковский, 1950). Анализ полученных данных показал, что при доместикации и се лекции бобовых происходило существенное снижение эффективности азотфиксирующих симбиозов, наблюдаемое на фоне сохранения расте ниями способности к образованию клубеньков. Это снижение определя ется, в первую очередь, интенсивным использованием азотных удобре ний, которое привело к авто-селекции растений, у которых баланс между симбиотрофным и автотрофным типами азотного питания сдвинут в пользу второго типа. На биохимическом уровне снижение симбиотиче ской активности бобовых растений может быть связано с повышением чувствительности азотфиксирующей системы к ингибированию азотны ми соединениями, например, накапливающимися в клубеньках продуктами N2-фиксации. Определенную роль в снижении симбиотической активности растений могла сыграть селекция на повышение регенерационной активно сти, а также содержания в семенах С-соединений (крахмала, жиров), которое у некоторых бобовых (маш, арахис) проявляет отрицательную корреляцию с симбиотической активностью. Очевидно, что восстановление и преумноже ние симбиотического потенциала, утраченного бобовыми в ходе сельскохо зяйственной деятельности человека, является одной из первоочередных за дач селекции и генетической инженерии растений.

Для оценки потенциала изменчивости азотфиксирующих симбиоти ческих систем, который может быть использован для решения этой зада чи, мы изучили генетический полиморфизм симбиозов, образуемых ря дом бобовых растений с ризобиями (люцерна, донник и пажитник – с Sinorhizobium meliloti, горох – с Rhizobium leguminosarum bv. viceae). Ока залось, что основные признаки, характеризующие проявление мутуализ ма – N2-фиксирующая (нитрогеназная) активность и симбиотическая эф фективность (влияние инокуляции бактериями на биологическую про дуктивность растений) – существенно различаются по закономерностям своего варьирования, что может быть связано с разным генетическим контролем этих признаков. Отбор ризобий на повышение нитрогеназной активности обычно сопровождается более существенным ростом количе ства азота, чем биомассы растений, что может быть связано с их неспо собностью к полной передаче фиксированного азота из корней и клу беньков в надземные органы. Связь между показателями азотфиксирую щей активности и симбиотической эффективности обычно не выявляется при сопоставлении генетически разнородных сортов бобовых, однако может быть достаточно четкой при анализе более однородного материала (например, индивидуальных растений внутри сортов или же линий, по лученных из одного сорта).

Селекция растений на повышение симбиотической эффективности может проводиться путем экспресс-анализа нитрогеназной активности “ацетиленовым методом”, что было подтверждено нами в опытах с коз лятником восточным, у которого путем отбора по нитрогеназной актив ности получены формы, способные развивать повышенную продуктив ность при инокуляции ризобиями. Ранее аналогичные результаты были получены на горохе (Тихонович и др., 1987), у которого повышение био массы выявлено при достоверном, но умеренном (на 30-40%) увеличении нитрогеназной (C2Н2 - редуктазной) активности, тогда как ее резкое (в 5- раз) возрастание может приводить к снижению массы растений, связан ному с перерасходом энергии. По-видимому, повышение эффективности симбиоза требует отбора не только на повышение интенсивности работы нитрогеназы, но и на оптимизацию широкого комплекса признаков, свя занных с ассимиляцией азота, снабжением симбиотического аппарата углеродом и энергией, а возможно также с процессами узнавания и сиг нального взаимодействия партнеров.

Полученные данные позволили выявить сопряженную изменчивость растений и микроорганизмов по ключевым показателям активности сим биоза, которая говорит о тесно скоординированной эволюции растений и микроорганизмов. Для ее изучения мы создали и проанализировали экс периментальные и математические модели, которые позволили нам ис следовать связь эффективности мутуалистического симбиоза с его спе цифичностью и с уровнем полиморфизма партнеров.

Анализ взаимодействия разных сортов растений и штаммов бактерий показал, что высокая эффективность (которую оценивали на основе био массы растений или накопления в них азота) характерна для тех бобово ризобиальных систем, у которых в наибольшей степени проявляется спе цифичность взаимодействия партнеров (неаддитивные генетические эф фекты, выявляемые при двухфакторном дисперсионном анализе). На ос новании этих данных, а также анализа динамики симбиотических при знаков при окультуривании растений, мы сформулировали основные принципы координированной селекции партнеров на повышение сим биотической активности, которые заключаются в необходимости: 1) мак симально широкого использования дикорастущих и мало окультуренных форм бобовых, в полном объёме сохранивших природный симбиотиче ский потенциал, 2) подбора комплементарных сочетаний генотипов партнеров, оптимальных для эффективного симбиоза. Использование обоих подходов наиболее результативно при снижении популяционной изменчивости растений до уровня, который обеспечивает возможность подбора штаммов бактерий, специфичных для всего спектра имеющихся в сорте генотипов.

С целью анализа популяционно-генетических механизмов коэволю ции растений и микроорганизмов в системах мутуализма мы разработали методику математического моделирования популяционной динамики бобово-ризобиального симбиоза, реализуемой при действии микроэво люционных факторов (различные формы естественного отбора и генетико автоматические процессы), которые индуцируются при развитии клубень ков. В основу построения и анализа моделей было положено представление о растении-хозяине как о ведущем факторе эволюции симбиотических мик роорганизмов, поскольку в системе “хозяин-среда” микросимбионты пре терпевают регулярную смену экологических ниш (у ризобий она осуществ ляется по схеме “почваризосфераклубенькипочва”), в ходе которой происходят закономерные преобразования пространственной и генетической структуры микробных популяций.

Построенные модели позволили нам приступить к изучению дейст вия в симбиотических системах естественного отбора, которое исследо вано гораздо менее полно, чем молекулярные механизмы эволюции сим биоза. Результаты компьютерных экспериментов позволили предполо жить, что одним из основных факторов эволюции симбиотических при знаков ризобий является частотно-зависимый отбор, индуцируемый в почвенных или ризосферных популяциях при конкуренции за формиро вание клубеньков. Мы показали, что этот отбор может определять основ ные свойства популяций ризобий – их повышенную, по сравнению со свободноживущими бактериями, генетическую гетерогенность и панмик тичность. На основе построенных моделей была предложена обобщенная схема формирования ризобиальных популяций, в соответствии с которой их панмиктическая структура устанавливается в тесной связи с поддер жанием сбалансированного (“экотипического”) полиморфизма по спо собности вступать в симбиоз с растениями.

При изучении механизмов, направляющих эволюцию симбиоза на повышение эффективности мутуализма, мы исходили из того, что ключе вую роль в этом повышении играют положительные обратные связи, ко торые основаны на обмене партнеров продуктами азотфиксации и фото синтеза. Результаты проведенных нами компьютерных экспериментов показали, что закрепление или даже доминирование в популяции ризобий N2-фиксирующих “истинных мутуалистов”, которое происходит, несмот ря на присутствие не фиксирующих N2, но вирулентных “симбионтов обманщиков”, может быть обеспечено положительной обратной связью партнеров в сочетании с частотно-зависимым отбором. Метаболические обратные связи партнеров индуцируют их популяционные обратные свя зи, обеспечивающие коэволюцию растений и бактерий на повышение эффективности симбиоза.

Анализ наших моделей позволил объяснить многие важные законо мерности, выявленные при эмпирическом изучении бобово ризобиальных систем, а также предложить эволюционно обоснованные подходы для их генетического улучшения. Использование модели муль тиштаммовой конкуренции показало, что, корреляция эффективности и специфичности симбиоза может быть обусловлена тем, что при взаимо действии полиморфных популяций партнеров интенсивность отбора в пользу специфичных штаммов ризобий, образующих азотфиксирующие клубеньки лишь с некоторыми имеющимися растительными генотипами, выше, чем интенсивность отбора в пользу неспецифичных штаммов, ко торые образуют азотфиксирующие клубеньки со всеми растительными генотипами. Однако высокая эффективность симбиоза не может быть достигнута в отсутствии неспецифичных мутуалистов, которые обеспе чивают оптимальную конфигурацию процессов отбора на повышение общей продуктивности системы и, по-видимому, поддерживаются в ней благодаря групповым формам отбора.

Представленные результаты могут и должны быть использованы в генетико-селекционных программах создания сортов растений и компле ментарных им бактериальных штаммов, сочетание которых обеспечивает высокую эффективность мутуализма в условиях конкуренции высокоэф фективных производственных штаммов ризобий с неэффективными ме стными штаммами. При организации этой работы необходимо исходить из того, что в системах симбиоза обычно устанавливается равновесие между генотипами микросимбионтов, различающихся по характеру взаимодействия с хозяином (“истинные мутуалисты” и “симбионты обманщики” в системах трофического симбиоза;

патогенные и биокон трольные организмы в системах защитного симбиоза). Однако положе ние этого равновесия может быть существенно изменено в пользу полез ных для хозяина форм благодаря отбору, происходящему в его популя циях и определяемого положительными обратными связями партнеров. В природных условиях установление этого равновесия является результа том длительного коэволюционного процесса, который в условиях агро ценоза может быть существенно ускорен благодаря использованию мето дов селекции, генной инженерии и биотехнологии. Очевидно, что для “искусственной эволюции” симбиоза необходим синтез знаний о генети ке, молекулярной биологии, морфо-физиологической организации и эко логии симбиоза, который не представляется возможным без использова ния эволюционных подходов.

Поддержание в бобово-ризобиальных системах равновесия различ ных типов симбионтов показывает, что в популяциях партнеров дейст вуют селективные факторы, направленные как на повышение, так и на снижение азотфиксирующей активности (Foster, Kokko, 2006), и следова тельно в геномах бактерий должны существовать гены, функционирова ние которых обеспечивает как высокую, так и низкую интенсивность азотфиксации. Выявление генов обеих групп представляет большой ин терес для конструирования хозяйственно-ценных штаммов ризобий, ко торое может быть связано как с усилением активности генов первой кате гории, так и элиминацией генов второй категории. Генетические моди фикации обоих типов описаны в литературе (Bosworth et al., 1992;

Shary pova et al., 1998), и в сочетании с формированием оптимальной генетиче ской структуры симбиосистемы эти модификации могут обеспечить су щественное возрастание агрономической эффективности микробно растительных симбиозов. Использование метода факторного анализа мо жет оказаться полезным для оценки фенотипического проявления соз данных генетических конструкций, которая затруднена влиянием расти тельного генотипа и неконтролируемых факторов среды на экспрессию бактериальных генов (разд. 2.1.2).

Другой практически значимый аспект предложенной модели заклю чается в оценке эколого-генетических последствий интродукции в агро ценозы генетически модифицированных растительных симбионтов. Рас пространение новых конструкций, содержащих гены симбиоза, среди местных бактерий создает риск возникновения рекомбинантов с непред сказуемыми инфекционными свойствами (Dresing et al., 1998;

Selbitzska et al., 2006), для снижения которого предлагалось вводить в модифициро ванные штаммы ризобий факторы, подавляющие либо их рекомбинаци онную активность, либо выживаемость в почве. Анализ нашей модели показал, что эти меры будут эффективными лишь на фоне низкого давле ния ЧЗО, который вызывает размножение редких, в том числе и реком бинантных генотипов (Проворов, Воробьев, 2003). Снижение давления ЧЗО может быть достигнуто путем селекции растений-хозяев, генотипы которых существенно влияют на параметр “а” нелинейной модели конку ренции, определяющий давление ЧЗО (формула 3). Еще более радикаль ный подход для снижения нежелательных эффектов ЧЗО заключается в регуляции циклической микроэволюции бактерий, например, в использо вании севооборотов, “разрывающих” этот процесс.

Завершая анализ представленных данных, отметим, что он подводит нас к необходимости изучения мутуалистического симбиоза как генети чески интегрированной системы, целостность которой проявляется не только на организменном уровне (координация биохимических и онтоге нетических процессов, осуществляемых партнерами под действием пере крестно передаваемых сигналов, регулирующих активность “симбиоти ческих” генов), но и на популяционном уровне (сопряженное действие в популяциях партнеров ключевых микроэволюционных факторов, в пер вую очередь, специфичных для симбиоза форм отбора). Наибольшая эф фективность симбиоза достигается при поддержании в нем различных типов бактерий-мутуалистов, вне зависимости от их индивидуальной селективной ценности. Изучение генетико-эволюционной целостности мутуалистических симбиозов является важным условием для выяснения механизмов природной ко-эволюции партнеров, а также для использова ния полученных знаний в селекционной, генно-инженерной и биотехно логической практике.

ВЫВОДЫ 1. Показано, что у бобовых растений, относящихся к группам пере крестной инокуляции люцерны (Medicago, Melilotus, Trigonella) и вики (Vicia), корреляция таксономического деления со специфичностью сим биозов, образуемых с клубеньковыми бактериями (Sinorhizobium meliloti, Rhizobium leguminosarum bv. viceae), отсутствует на уровне формирова ния эффективного (N 2-фиксирующего) симбиоза, хотя проявляется на уровне развития клубеньков.

2. Установлено, что у люцерны (Medicago sativa, M. varia, M.

falcata) и пажитника (Trigonella foenum graecum) дикорастущие и мало окультуренные формы существенно превосходят сорта по интенсивности образования клубеньков и N2-фиксирующей активности. Дикорастущие и мало окультуренные виды бобовых растений превосходят высоко окуль туренные виды по активности симбиотрофного питания азотом.

3. Показано, что генетический полиморфизм бобово-ризобиальных систем по N2-фиксирующей активности и симбиотической эффективно сти, проявляемой со стороны растений-хозяев (люцерна, донник, пажит ник, горох, козлятник) и их микросимбионтов, характеризуется разными параметрами, что говорит о различном генетическом контроле этих при знаков.

4. Двухфакторный дисперсионный анализ варьирования показате лей эффективности симбиозов (“Sinorhizobium meliloti – люцерна”, “Rhizobium leguminosarum bv. viceae – вика”) показал, что их наибольшая эффективность достигается при высокой комплементарности генотипов партнеров, когда вклад специфичных (неаддитивных) сорто-штаммовых взаимодействий в варьирование признаков симбиоза максимален. Эф фективность симбиоза контролируется генотипами хозяев более строго, чем генотипами микросимбионтов, тогда как нитрогеназная активность в равной степени зависит от генотипов партнеров.

5. Сформулированы основные принципы координированной селек ции растений и бактерий на повышение симбиотической активности: 1) максимально широкое использование дикорастущих и мало окультурен ных форм растений, сохранивших природный симбиотический потенци ал;

2) подбор комплементарных сочетаний генотипов партнеров, опти мальных для эффективного симбиоза. Использование обоих подходов наиболее результативно при снижении популяционной изменчивости бобовых до уровня, который обеспечивает возможность подбора штам мов бактерий, специфичных для всего спектра генотипов, имеющихся в сортовых популяциях.

6. Разработана методика моделирования циклических микроэволю ционных процессов в популяциях микроорганизмов, взаимодействующих с растениями, которая позволяет представить преобразования простран ственной и генетической структуры микробных популяций как состав ную часть онтогенеза симбиотической системы, связанную с обменом партнеров продуктами азотфиксации и фотосинтеза. Показана ключевая роль частотно-зависимого отбора в формировании экотипически поли морфных, панмиктичных популяций симбиотических бактерий.

7. Предложена обобщенная схема микроэволюции симбиотической бобово-ризобиальной системы, в соответствии с которой закрепление новых генотипов в популяциях микросимбионтов соответствует страте гии “утраты-приобретения” sym-генов, осуществляемой под действием селективных факторов, индуцируемых хозяином. Показана важная роль асимбиотических штаммов, являющихся оптимальными реципиентами для переносимых sym-генов, в формировании эволюционно перспектив ной (высоко полиморфной, панмиктичной) структуры ризобиальных по пуляций.

8. Показано, что эволюция симбиотических бактерий происходит под влиянием положительных обратных метаболических связей с растением, которые индуцируют в бактериальной популяции селективные давления в пользу признаков мутуализма. В генетически полиморфных системах давление отбора в пользу специфичных симбионтов (фиксирующих N2 в симбиозе лишь с некоторыми из имеющихся растительных генотипов) выше, чем в пользу неспецифичных симбионтов (фиксирующих N2 со всеми растительными генотипами). Однако, наиболее высокая эффектив ность симбиотической системы достигается при поддержании в ней раз личных типов бактерий-мутуалистов.

Основные труды по материалам диссертации 1. Проворов Н.А., Симаров Б.В. Взаимодействие растений пажитника греческого (Trigonella foenum-graecum L.) с клубеньковыми бактериями люцерны // С.-х. биология. 1984а. Т. 19. № 6. C. 75-77.

2. Проворов Н.А., Симаров Б.В. Специфичность взаимодействия клубеньковых бактерий люцерны с разными видами растений-хозяев // С.-х. биология. 1984б. Т. 19. № 7. С. 70-74.

3. Проворов Н.А., Симаров Б.В., Федоров С.Н. Влияние мутаций аук сотрофности и устойчивости к антибиотикам на симбиотические свойст ва клубеньковых бактерий // Изв. АН СССР, сер. биол. 1984. № 3. С. 337 352.

4. Аронштам А.А., Баженова О.В., Зарецкая А.Н., Кучко В.В., Нови кова Н.И., Проворов Н.А., Федоров С.Н., Фокина И.Г., Чернова Т.А. Ге нетические методы селекции клубеньковых бактерий (методические ре комендации). Под ред. Б.В. Симарова. Л., ВНИИСХМ, 1984. 37 с.

5. Проворов Н.А. Специфичность взаимодействия клубеньковых бак терий с бобовыми растениями и эволюция бобово-ризобиального сим биоза // С.-х. биология. 1985. Т. 20. № 3. С. 34-46.

6. Проворов Н.А., Симаров Б.В. Наследование способности к сим биозу с Rhizobium meliloti в автофертильном потомстве пажитника грече ского (Trigonella foenum-graecum L.) // С.-х. биология. 1985. Т. 20. № 11.

С. 60-61.

7. Проворов Н.А., Симаров Б.В., Федоров С.Н. Симбиотические свойства разных типов мутантов клубеньковых бактерий // Изв. АН СССР, сер. биол. 1985. № 6. С. 870-884.

8. Проворов Н.А., Симаров Б.В. Эффективность симбиоза пажитника греческого с Rhizobium meliloti // С.-х. биология. 1986а. Т. 21. № 6. С. 105 107.

9. Проворов Н.А., Симаров Б.В. Внутрисортовая изменчивость лю церны по активности симбиоза с Rhizobium meliloti // С.-х. биология.

1986б. Т. 21. № 12. С. 37-41.

10. Проворов Н.А. Коэволюция растений с симбиотическими и пара зитическими микроорганизмами: сравнительный анализ // Миколог. фи топатол. 1987. Т. 21. № 2. С. 191.

11. Проворов Н.А., Морозова Т.Т., Байрамов С.С., Абдуллаев А.Ф., Симаров Б.В. Различия между индийским и средиземноморским подви дами пажитника греческого по способности к симбиозу с Rhizobium meliloti // Бюлл. ВНИИСХМ. 1987а. № 48. С. 33-36.

12. Проворов Н.А., Симаров Б.В. Генетический контроль хозяйской специфичности клубеньковых бактерий // Успехи соврем. генетики. 1987.

Т. 14. С. 90-114.

13. Проворов Н.А., Симаров Б.В., Зарецкая А.Н., Федоров С.Н., Кир носов М.М., Иванов А.И. Изменчивость культурных видов люцерны по способности к симбиотической азотфиксации // С.-х. биология. 1987б. Т.

22. № 6. С. 29-32.

14. Проворов Н.А., Шарыпова Л.А., Фокина И.Г., Симаров Б.В. Ор ганизация генов, контролирующих симбиотическую активность клубень ковых бактерий // С.-х. биология. 1987в. Т. 22. № 10. С. 63-75.

15. Проворов Н.А., Федоров С.Н., Симаров Б.В. Зависимость сим биотической активности клубеньковых бактерий люцерны (Rhizobium meliloti) от метеорологических факторов // Труды ВНИИСХМ. 1989. Т.

59. С. 45-52.

16. Симаров Б.В., Аронштам А.А., Новикова Н.И., Шарыпова Л.А., Баженова О.В., Проворов Н.А. Генетические основы селекции клубень ковых бактерий. Л., Агропромиздат, 1990. 192 с.

17. Проворов Н.А., Аронштам А.А. Генетика симбиотической азот фиксации у клубеньковых бактерий // Итоги науки и техники, сер. мик робиология (ВИНИТИ). 1991. Т. 23. С. 3-97.

18. Проворов Н.А. Происхождение и эволюция бобово ризобиального симбиоза // Изв. АН СССР, сер. биол. 1991. № 1. C. 77-87.

19. Проворов Н.А., Симаров Б.В. Генетический полиморфизм бобо вых культур по способности к симбиозу с клубеньковыми бактериями // Генетика. 1992. Т. 28. № 6. С. 5-14.

20. Проворов Н.А. Взаимосвязь между таксономией бобовых и спе цифичностью их взаимодействия с клубеньковыми бактериями // Бота нич. журнал. 1992. Т. 77. № 8. С. 21-32.

21. Новикова А.Т., Князева В.Л., Кожемяков А.П., Лазарева Н.М., Проворов Н.А., Орищенко Н.Г. Штамм бактерий Rhizobium meliloti для производства удобрения под пажитник. Патент СССР №1806124 от 09.10.

1992 г.

22. Сосков Ю.Д., Проворов Н.А., Байрамов С.С. Активность симбио за Trigonella foenum-graecum L. с Rhizobium meliloti // Растит. ресурсы.

1992. Т. 28. № 4. С. 94-98.

23. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Пути использования адаптивно го потенциала систем "растение-микроорганизм" для конструирования высокопродуктивных агрофитоценозов // С.-х. биология. 1993. № 5. С.

36-46.

24. Николаев Б.П., Проворов Н.А., Симаров Б.В., Шляков А.М. Ис следование превращений фосфатов у свободноживущих и симбиотиче ских форм клубеньковых бактерий люцерны (Rhizobium meliloti) методом 31-Р-ЯМР спектроскопии // Микробиология. 1994. Т. 63. № 1. С. 29-37.

25. Квасова Э.В., Проворов Н.А., Симаров Б.В., Серина О.И., Смета нин Н.И., Шумный В.К. Варьирование симбиотических признаков лю церны при инбридинге // С.-х. биология. 1994. № 5. С. 64-68.

26. Танривердиев Т.А., Проворов Н.А., Логинов Ю.П., Симаров Б.В.

Биохимический состав люцерны при образовании эффективного симбио за с Rhizobium meliloti // Физиол. биохим. культурных растений. 1994. Т.

26. № 2. С. 170-174.

27. Проворов Н.А., Кирносов М.М., Грушин А.А., Симаров Б.В.

Действие инокуляции Rhizobium meliloti на урожайность и биохимиче ские показатели люцерны // Физиол. биохим. культурных растений.

1994а. Т. 26. № 3. С. 281-288.

28. Проворов Н.А., Джординг Д., Энгелке Т., Пюлер А. Повышение симбиотической эффективности клубеньковых бактерий люцерны (Rhizobium meliloti) при введении дополнительных копий dct-генов, кон тролирующих транспорт дикарбоновых кислот // Генетика. 1994б. Т. (приложение). С. 127.

29. Проворов Н.А., Кругова Е.Д., Белозерова О.И., Крымская О.Н., Цымбал А.С., Старченков Е.П., Симаров Б.В. Проявление симбиотиче ской активности в присутствии минерального азота у высокоэффектив ных штаммов Rhizobium meliloti, полученных с помощью генетических методов // Физиол. биохим. культурных растений. 1994в. Т. 26. № 3. С.

268-274.

30. Фесенко А.Н., Проворов Н.А., Орлова И.Ф., Симаров Б.В. Роль генотипа сорта гороха (Pisum sativum L.) и штамма Rhizobium leguminosarum в определении эффективности образуемого симбиоза // Генетика. 1994. Т. 30. № 6. С. 823-827.

31. Курчак О.Н., Проворов Н.А. Отзывчивость вики мохнатой (Vicia villosa Roth) и вики посевной (Vicia sativa L.) на инокуляцию ризобиями и на внесение карбамида // Физиол. растений. 1995. Т. 42. № 3. С. 484-490.

32. Курчак О.Н., Проворов Н.А., Симаров Б.В. Эффективность сим биоза с клубеньковыми бактериями у различных видов рода Vicia L. // Растит. ресурсы. 1995. Т. 31. № 1. С. 88-93.

33. Проворов Н.А., Березко А.М., Магомедова Л.А., Курмагомедов М.К., Магомердмирзаев М.М., Симаров Б.В. Способность дикорастущих видов Medicago L. и Melilotus officinalis (L.) Pall, распространенных в Да гестане, к симбиозу с Rhizobium meliloti // Растит. ресурсы. 1995. Т. 31. № 2. С. 60-67.

34. Танривердиев Т.А., Проворов Н.А., Логинов Ю.П., Симаров Б.В.

Отзывчивость сортов люцерны на инокуляцию Rhizobium meliloti в усло виях северной лесостепи Тюменской области // Сибирский вестник с.-х.

науки. 1995. № 1-2. С. 29-33.

35. Метлицкая Е.Н., Проворов Н.А., Симаров Б.В., Райг Х.А. Созда ние популяций козлятника восточного, различающихся интенсивностью развития и продуктивностью, путем селекции растений по нитрогеназной активности // Докл. РАСХН. 1995. № 6. С. 7-9.

36. Орлов В.П., Фесенко А.Н., Орлова И.Ф., Проворов Н.А., Симаров Б.В. Симбиотическая эффективность клубеньковых бактерий гороха в полевых условиях // С.-х. биология. 1995. № 5. С. 85-88.

37. Фесенко А.Н., Орлова И.Ф., Проворов Н.А., Симаров Б.В. Изуче ние симбиотических свойств клубеньковых бактерий гороха в вегетаци онных опытах // Докл. РАСХН. 1995. № 3. С. 24-26.

38. Курчак О.Н., Проворов Н.А., Лисова Н.Е., Галан М.С., Симаров Б.В. Отзывчивость видов и сортов вики на инокуляцию высокоэффектив ными штаммами Rhizobium leguminosarum bv. viceae // Физиол. биохим.

культурных растений. 1995. Т. 27. № 5-6. С. 351-358.

39. Проворов Н.А. Коэволюция бобовых растений и клубеньковых бактерий: таксономические и генетические аспекты // Журн. общ. биоло гии. 1996а. Т. 57. № 2. С. 52-78.

40. Проворов Н.А. Соотношение симбиотрофного и автотрофного питания азотом у бобовых растений: генетико-селекционные аспекты // Физиология растений. 1996б. Т. 43. № 1. С. 127-135.

41. Проворов Н.А. Перспективы использования популяций некоторых видов семейства Fabaceae в селекции на повышение интенсивности симбио тической азотфиксации // Растит. ресурсы. 1996в. Т. 32. № 3. С. 124-134.

42. Проворов Н.А. Эволюция генетических систем симбиоза у клу беньковых бактерий // Генетика. 1996г. Т. 32. № 8. С. 1029-1040.

43. Шабаев В.П., Смолин В.Ю., Проворов Н.А., Симаров Б.В. Влия ние различных штаммов Rhizobium meliloti на массу люцерны и накопле ние азота растениями на фоне минерального азота // Изв. РАН, сер. биол.

1996. № 3. С. 351-358.

44. Фесенко А.Н., Орлова И.Ф., Проворов Н.А., Симаров Б.В. Ис пользование прямых и косвенных методов для оценки конкурентоспо собности клубеньковых бактерий гороха // Приклад. биохим. микробиол.

1996. Т. 32. № 3. С. 352-355.

45. Саимназаров Ю.Б., Бахромов И.У., Пулатова Д.З., Проворов Н.А.

Биохимические показатели семян маша и арахиса при взаимодействии с клубеньковыми бактериями // Физиол. биохим. культ. раст. 1997. Т. 29. № 6. С. 450-454.

46. Метлицкая Е.Н., Проворов Н.А., Райг Х.А., Симаров Б.В. Способ отбора бобовых растений на хозяйственно-ценные признаки. Патент РФ №2083089 от 10.06.1997.

47. Пулатова Д.З., Саимназаров Ю.Б., Бахромов И.У., Кожемяков А.П., Проворов Н.А. Подбор штаммов клубеньковых бактерий, образую щих эффективный симбиоз с арахисом в условиях Средней Азии // Докл.

РАСХН. 1998. № 2. С. 18-20.

48. Проворов Н.А., Воробьев Н.И. Популяционная генетика клубенько вых бактерий: моделирование циклических процессов в микробно растительных системах // Генетика. 1998а. Т. 34. № 12. С. 1704-1711.

49. Проворов Н.А., Воробьев Н.И. Роль межштаммовой конкуренции в эволюции генетически полиморфных популяций клубеньковых бакте рий. Генетика // 1998б. Т. 34. № 12. С. 1712-1719.

50. Тихонович И.А., Проворов Н.А. (ред.). Генетика симбиотической азотфиксации с основами селекции. С.-Петербург, Наука. 1998. 194 с.

51. Проворов Н.А. Популяционная генетика клубеньковых бактерий // Журн. общ. биологии. 2000. Т. 61. № 3. С. 229-257.

52. Лутова Л.А., Проворов Н.А., Тиходеев О.Н., Тихонович И.А., Ходжайова Л.Т., Шишкова С.О. Генетика развития растений. Под ред.

С.Г.Инге-Вечтомова. СПб.: Наука. 2000. 539 с.

53. Якоби Л.М., Кукалев А.С., Ушаков К.В., Цыганов В.Е., Наумки на Т.С., Проворов Н.А., Борисов А.Ю., Тихонович И.А. Полиморфизм форм гороха посевного по эффективности симбиоза с эндомикоризным грибом Glomus sp. в условиях инокуляции ризобиями // С.-х. биология.

2000. № 3. C. 94-102.

54. Проворов Н.А., Воробьев Н.И. Эволюционная генетика клубень ковых бактерий: молекулярные и популяционные аспекты // Генетика.

2000. Т. 36. № 12. С. 1573-1587.

55. Курчак О.Н., Проворов Н.А., Симаров Б.В. Плазмида pSym1- Rhizobium leguminosarum bv. viceae, контролирующая азотфиксирующую активность, эффективность симбиоза, конкурентоспособность и кислото устойчивость // Генетика. 2001. Т. 37. № 9. C. 1225-1232.

56. Онищук О.П., Курчак О.Н., Шарыпова Л.А., Проворов Н.А., Си маров Б.В. Анализ различных типов конкурентоспособности у Tn5 мутантов клубеньковых бактерий люцерны (Sinorhizobium meliloti) // Ге нетика. 2001. Т. 37. № 11. C. 1507-1512.

57. Проворов Н.А. Генетико-эволюционные основы учения о сим биозе // Журн. общ. биологии. 2001а. Т. 62. № 6. C. 472-495.

58. Проворов Н.А. Актуальные вопросы популяционной генетики бактерий // Успехи соврем. биологии. 2001б. Т. 121. № 6. C. 537-549.

59. Проворов Н.А., Борисов А.Ю., Тихонович И.А. Сравнительная генетика и эволюционная морфология симбиозов растений с микробами азотфиксаторами и эндомикоризными грибами // Журн. общ. биологии.

2002. Т. 63. № 6. С. 451-472.

60. Кравченко Л.В., Макарова Н.М., Азарова Т.С., Проворов Н.А., Тихонович И.А. Выделение и фенотипическая характеристика ростсти мулирующих ризобактерий (PGPR), сочетающих высокую активность колонизации корней и ингибирования фитопатогенных грибов // Микро биология. 2002. Т. 74. № 4. С. 521-525.

61. Проворов Н.А., Тихонович И.А. Эколого-генетические принципы селекции растений на повышение эффективности взаимодействия с мик роорганизмами // С.-х. биология. 2003. № 3. С. 11-25.

62. Проворов Н.А., Воробьев Н.И. Микроэволюция клубеньковых бактерий при возникновении мутантов с измененной выживаемостью в системе “растение-почва” // Генетика. 2003. Т. 39. № 12. С. 1594-1605.

63. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Симбиогенетика микробно растительных взаимодействий // Экологич. генетика. 2003. Т. 1. № 0. С. 36 46.

64. Кожемяков А.П., Проворов Н.А., Завалин А.А., Шотт П.Р. Оцен ка взаимодействия сортов ячменя и пшеницы с ризосферными ростсти мулирующими бактериями на различном азотном фоне // Агрохимия.

2004. № 3. C. 33-40.

65. Румянцева М.Л., Андронов Е.Е., Сагуленко В.В., Онищук О.П., Проворов Н.А., Симаров Б.В. Нестабильность криптических плазмид у штамма Sinorhizobium meliloti P108 в процессе симбиоза с люцерной Medicago sativa // Генетика. 2004. Т. 40. № 4. С. 454-461.

66. Проворов Н.А., Фокина И.Г., Румянцева М.Л., Симаров Б.В. Пе ренос Sym-плазмид в симбиотически активные и асимбиотические штам мы ризобий: свойства рекомбинантов и возможные эволюционные по следствия // Экологич. генетика. 2004. Т. 2. № 2. С. 29-34.

67. Тихонович И.А., Борисов А.Ю., Цыганов В.Е., Овцына А.О., Долгих Е.А., Проворов Н.А. Интеграция генетических систем растений и микроорганизмов при симбиозе // Успехи соврем. биологии. 2005. Т. 125.

№ 3. С. 227-238.

68. Проворов Н.А. Молекулярные основы симбиогенной эволюции:

от свободноживущих бактерий к органеллам // Журн. общ. биологии.

2005. Т. 66. № 5. C. 371-388.

69. Воробьев Н.И., Проворов Н.А. Действие Дарвиновского и частот но-зависимого отбора при формировании бактериальной популяции в сис теме “хозяин-среда” // Экологич. генетика. 2005. Т. 3. № 3. С. 3-11.

70. Проворов Н.А., Долгих Е.А. Метаболическая интеграция орга низмов в системах симбиоза // Журн. общ. биологии. 2006. Т. 67. № 6. C.

403-422.

71. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Кооперация растений и микро организмов: новые подходы к конструированию экологически устойчи вых агросистем // Успехи соврем. биологии. 2007. Т. 127. № 4. С. 339-357.

72. Проворов Н.А., Мыльников С.В. Генетические механизмы инди видуальных и кооперативных адаптаций // Экологич. генетика. 2007. Т. 5.

№ 1. С. 23-30.

73. Юрков А.П., Якоби Л.М., Степанова Г.В., Дзюбенко Н.И., Прово ров Н.А., Кожемяков А.П., Завалин А.А. Эффективность инокуляции гри бом Glomus intraradices и внутрипопуляционная изменчивость растений люцерны хмелевидной по показателям продуктивности и микоризообразо вания // С.-х. биология. 2007. № 5. С. 67-74.

74. Проворов Н.А., Воробьев Н.И., Андронов Е.Е. Макро- и микро эволюция бактерий в системах симбиоза // Генетика. 2008. Т. 44. № 1. С.

12-28.

75. Воробьев Н.И., Проворов Н.А. Моделирование эволюции бобо во-ризобиального симбиоза при мульти-штаммовой конкуренции бакте рий за инокуляцию симбиотических ниш // Экологич. генетика. 2008. Т.

6. № 4. С. 3-11.

76. Проворов Н.А. Растительно-микробные симбиозы как эволюцион ный континуум // Журн. общ. биологии. 2009. Т. 70. № 1. С. 10-34.

77. Проворов Н.А., Воробьев Н.И. Моделирование ко-эволюции бак терий и растений в системе мутуалистического симбиоза // Генетика.

2009. Т. 45. № 5. С. 581-594.

78. Онищук О.П., Румянцева М.Л., Проворов Н.А., Симаров Б.В. Из менчивость штаммов Sinorhizobium meliloti по признакам, определяющим сапрофитную выживаемость и симбиотическую эффективность в условиях засоления // С.-х. биология. 2009. №1. С. 77-82.

79. Онищук О.П., Воробьев Н.И., Проворов Н.А. Симаров Б.В. Сим биотическая активность ризобий люцерны (Sinorhizobium meliloti) с гене тическими модификациями системы транспорта дикарбоновых кислот // Экологич. генетика. 2009. Т. 7. № 2. С. 3-10.

80. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Симбиозы растений и микроор ганизмов: молекулярная генетика агросистем будущего. Изд-во СПбГУ, Санкт-Петербург, 2009. 210 с.

81. Provorov N.A., Simarov B.V. Genetic variation in alfalfa, sweet clo ver and fenugreek for the activity of symbiosis with Rhizobium meliloti // Plant Breeding. 1990. V. 105. N 3. P. 300-310.

82. Provorov N.A. The interdependence between taxonomy of legumes and specificity of their interaction with rhizobia in relation to evolution of the symbiosis // Symbiosis. 1994. V. 17. N 2/3. P. 183-200.

83. Provorov N.A., Saimnazarov U.B., Tanriverdiev T.A., Simarov B.V. The contributions of plant and bacteria genotypes in the growth and nitrogen accumula tion in inoculated alfalfa // Plant and Soil. 1994. V. 164. N 2. P. 213-219.

84. Fesenko A.N., Provorov N.A., Orlova I.F., Orlov V.P., Simarov B.V.

Selection of Rhizobium leguminosarum bv. viceae strains for inoculation of Pisum sativum L. cultivars: analysis of symbiotic efficiency and nodulation competitiveness // Plant and Soil. 1995. V. 172. N 2. P. 189-198.

85. Provorov N.A., Soskov Y.D., Lutova L.A., Sokolova O.A., Bairamov S.S. Investigation of the fenugreek (Trigonella foenum-graecum L.) genotypes for fresh weight, seed productivity, symbiotic activity, callus formation and accumulation of steroids // Euphytica. 1996. V. 88. N 2. P. 129-138.

86. Provorov N.A. Coevolution of rhizobia with legumes: facts and hy potheses // Symbiosis. 1998. V. 24. N 3. P. 337-367.

87. Provorov N.A., Saimnazarov U.B., Bahromov I.U., Pulatova D.Z., Kozhemyakov A.P., Kurbanov G.A. Effect of rhizobia inoculation on the seed (herbage) production of mungbean (Phaseolus aureus Roxb.) grown at Uz bekistan // J. Arid Environments. 1998. V. 39. N 4. P. 569-575.

88. Provorov N.A., Vorobyov N.I. Population genetics of rhizobia: con struction and analysis of an “infection and release” model // J. Theor. Biol.

2000. V. 205. N 1. P. 105-119.

89. Kurchak O.P., Galan M.S., Orlova O.V., Provorov N.A., Simarov B.V. A potential for symbiotic nitrogen fixation in hairy vetch (Vicia villosa Roth) as compared with common vetch (Vicia sativa L.). In: Provorov N.A., Tikhonovich I.A., Veronesi F. (eds.). New approaches and techniques in breeding sustainable fodder crops and amenity grasses. Proc. 22-nd EUCARPIA Fodder Crops and Amenity Grasses Section Meeting St.-Petersburg, Russia. N.I.Vavilov All-Russia Research Institute of Plant Industry”. 2000. P. 151-155.

90. Provorov N.A., Borisov A.Y., Tikhonovich I.A. Developmental ge netics and evolution of symbiotic structures in nitrogen-fixing nodules and arbuscular mycorrhiza // J. Theor. Biol. 2002. V. 214. N 2. P. 215-232.

91. Provorov N.A., Tikhonovich I.A. Genetic resources for improving ni trogen fixation in legume-rhizobia symbiosis // Genet. Res. Crop Evolut. 2003.

V 50. N 1. P. 89-99.

92. Provorov N.A., Vorobyov N.I. Interplay of Darwinian and frequency dependent selection in the host-associated microbial populations // Theor.

Population Biol. 2006. V. 70. N. 3. P. 262-272.

93. Tikhonovich I.A., Provorov N.A. Cooperation of plants and microor ganisms: getting closer to the genetic construction of sustainable agro-systems // Biotechnology J. 2007. V. 2. N 7. P. 833-848.

94. Tikhonovich, I.A., Provorov, N.A. Beneficial plant-microbe interac tions. In Y.T. Dyakov, V. Dzhavakhiya, T. Korpela (Eds.). Comprehensive and Molecular Phytopathology. Amsterdam. Elsevier. 2007. P. 365-420.

95. Provorov N.A., Vorobyov N.I. Simulation of plant-bacteria co evolution in the mutually beneficial symbiosis // Ecological Genetics. 2008. V.

6. N 2. P. 35-48.

96. Tikhonovich I.A., Provorov N.A. Molecular strategies and agronomic impacts of plant-microbe symbioses // Ecological Genetics. 2008. V. 6. N 2. P.

49-60.

97. Provorov N.A., Vorobyov N.I. Evolution of symbiotic bacteria in “plant-soil” systems: interplay of molecular and population mechanisms. In:

Progress in Environmental Microbiology. Ed. Kim M.-B. Nova Science Pub lishers, Inc. New York, 2008a. P. 11-67.

98. Provorov N.A., Vorobyov N.I. Equilibrium between the “genuine mu tualists” and “symbiotic cheaters” in the bacterial population co-evolving with plants in a facultative symbiosis // Theor. Population Biol. 2008b. V. 74. N. 4.

P. 345-355.

99. Tikhonovich I.A., Provorov N.A. From plant-microbe interactions to symbiogenetics: a universal paradigm for the inter-species genetic integration // Ann. Applied Biology. 2009. V. 154. N 3. P. 341-350.

Список цитированной литературы 1. Вавилов Н.И. Селекция как наука // Теоретич. основы селекции.

Т. 1. Общая селекция растений. М.;

Л., 1935. С. 1-14.

2. Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора.

СПб.: Наука, 1991. 539 c.

3. Доросинский Л.М. Клубеньковые бактерии и нитрагин. Л.: Колос, 1970. 191 с.

4. Доспехов Б.А. Планирование полевого опыта и статистическая обработка его данных. М.: Колос, 1972. 336 с.

5. Дубров А.М., Мхитарян В.С., Трошин Л.И. Многомерные стати стические методы. М.: Финансы и статистика, 1998. 352 с.

6. Жуковский П.М. Культурные растения и их дикие сородичи. М.:

Советская Наука, 1950. 595 с.

7. Иванов А.И. Люцерна. М.: Колос, 1980. 349 с.

8. Инге-Вечтомов С.Г. Экологическая генетика: теория и практика // Исследования по генетике. 1999. Вып. 12. С. 3-10.

9. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа. 1990. 352 с.

10. Меттлер Л., Грегг Т. Генетика популяций и эволюция. М.: Мир, 1972. 323 с.

11. Мишустин Е.Н., Шильникова В.К. Клубеньковые бактерии и инокуляционный процесс. М.: Наука, 1973. 240 с.

12. Овцына А.О., Тихонович И.А. Структура, функции и возмож ность практического применения сигнальных молекул, инициирующих развитие бобово-ризобиального симбиоза // Эколог. генетика. 2004. Т. 2.

№ 3. С. 14-24.

13. Синская Е.Н. Пажитник – Trigonella L. // Культурная флора СССР. Т. 13. Вып. 1, М.;

Л., 1950. С. 503-516.

14. Сосков Ю.Д., Байрамов С.С. Подвиды пажитника сенного // На учно-технич. бюлл. ВИР. 1990. Вып. 198. С. 23-26.

15. Тихонович И.А. Генетический контроль симбиотической азот фиксации у гороха. Автореф. дис… докт. биол. наук. Л.: ВНИИСХМ, 1991. 36 с.

16. Тихонович И.А., Алисова С.М., Четкова С.А., Берестецкий О.А.

Повышение эффективности азотфиксации путем отбора линий гороха по активности нитрогеназы // С.-х. биология. 1987. № 2. C. 29-34.

17. Федоров С.Н., Симаров Б.В. Получение мутантов с измененными симбиотическими свойствами у Rhizobium meliloti под действием УФ лучей // С.-х. биология. 1987. № 9. С. 44-49.

18. Федоров С.Н., Фокина И.Г. Симаров Б.В. Оценка симбиотических свойств клубеньковых бактерий люцерны (Rhizobium meliloti) в лабора торных условиях // С.-х. биология. 1986. № 1. С. 112-118.

19. Amarger N., Lobreau J.P. Quantitative study of nodulation competi tiveness in Rhizobium strains // Appl. Environ. Microbiol. 1982. V. 44. P. 583 588.

20. Bever J.D., Simms E.L. Evolution of nitrogen fixation in spatially structured populations of Rhizobium // Heredity. 2000. V. 85. P. 366-372.

21. Bosworth A.H., Williams M.K., Albrecht K.A., Kwiatkowski R., Bey non J., Hankinson T.R., Ronson C.W., Cannon F., Wacek T.J., Triplett E.W.

Alfalfa yield response to inoculation with recombinant strains of Rhizobium meliloti with an extra copy of dctABD and/or modified nifA expression // Appl.

Environ. Microbiol. 1992. V. 60. P. 3815-3822.

22. Brewin N.J. Plant cell wall remodeling in the Rhizobium-legume sym biosis // Crit. Rev. Plant. Sci. 2004. V. 23. P. 1-24.

23. de Bary A. Die Erscheinung der Symbiose. Strassburg: Verlag Von Karl Trbner. 1879. 30 p.

24. Douglas A.E. Symbiotic Interactions. Oxford;

New York;

Toronto:

Oxford Univ. Press, 1994. 194 p.

25. Doyle J.J. Phylogenetic perspectives on nodulation: evolving views of plants and symbiotic bacteria // Trends in Plant Sci. 1998. V. 2. P. 473-478.

26. Dresing U., Hagen M., Selbitschka W., Puhler A., Keller M. Reduced survival of RecA-deficient Sinorhizobium meliloti strain in sterile and non sterile soil during heat stress // FEMS Microb. Ecol. 1998. V. 27. P. 327-338.

27. Engelke T., Jording D., Kapp D., Phler A. Identification and se quence analysis of the Rhizobium meliloti dctA gene encoding the C4 dicarboxylate carrier // J. Bacteriol. 1989. V. 171. P. 5551-5560.



Pages:     | 1 || 3 |
 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.