カムチャッカに生育する狭い固有種であるOxytropis種の根粒菌は、遺伝的多様性に特徴があり、T3SSおよびT6SS分泌系に関連する遺伝子を有しており、共生の発展に影響を与える可能性がある

Rhizobial microsymbionts of the narrowly endemic Oxytropis species growing in Kamchatka are characterized by significant genetic diversity and possess a set of genes that are associated with T3SS and T6SS secretion systems and can affect the development of symbiosis.

• Vera Safronova
• Polina Guro
• Anna Sazanova
• Irina Kuznetsova
• Andrey Belimov
• Valentin Yakubov
• Elizaveta Chirak
• Alexey Afonin
• Yuri Gogolev
• Evgeny Andronov
• Igor Tikhonovich

抄録

カムチャッカ半島（ロシア連邦）由来の狭い固有種マメ科Oxytropis erecta, O. anadyrensis, O. kamtschatica, O. pumilioの根節から分離された根粒菌株のコレクションを得た。16S rRNA遺伝子配列を解析したところ、Rhizobiaceae（Rhizobium属）、Phyllobacteriaceae（Mesorhizobium属、Phyllobacterium属）、Bradyrhizobiaceae（Bosea属、Tardiphaga属）に属する分離株に有意な多様性が認められた。植物結節試験の結果，Mesorhizobium属に属する菌株のみがOxytropis属の植物に窒素固定結節を形成することが確認された。また，M. loti 582株およびM. huakuii 583株は，共生クラスターに加えて，T3SSおよびT6SS分泌系の遺伝子を保有しており，菌株の宿主特異性に影響を与える可能性があることが示唆された。これらの菌株は、O. kamtschaticaの根に2種類の結節（細長いものと丸いもの）を形成していた。この現象は、結節因子に依存した結節戦略と独立した結節戦略によるものである可能性が示唆された。得られた菌株は、T3SSおよびT6SS遺伝子の機能や、根粒菌-マメ共生の発展に果たす役割について、さらに研究を進めることが期待されている。また、共生性と非共生性の結節戦略に関連した遺伝子系を持つ根粒菌を用いて、宿主特異性の拡大と結節効率の向上による植物-微生物相互作用の効率化を図ることの可能性についても議論した。

A collection of rhizobial strains isolated from root nodules of the narrowly endemic legume species Oxytropis erecta, O. anadyrensis, O. kamtschatica and O. pumilio originated from the Kamchatka Peninsula (Russian Federation) was obtained. Analysis of the 16S rRNA gene sequence showed a significant diversity of isolates belonging to families Rhizobiaceae (genus Rhizobium), Phyllobacteriaceae (genera Mesorhizobium, Phyllobacterium) and Bradyrhizobiaceae (genera Bosea, Tardiphaga). Plant nodulation assay showed that only strains belonging to the genus Mesorhizobium could form nitrogen-fixing nodules on Oxytropis plants. The strains M. loti 582 and M. huakuii 583, in addition to symbiotic clusters, possessed genes of the T3SS and T6SS secretion systems, which can influence the host specificity of strains. These strains formed nodules of two types (elongated and rounded) on O. kamtschatica roots. We suggest this phenomenon may result from Nod-factor dependent and independent nodulation strategies. The obtained strains are of interest for further study of the T3SS and T6SS gene function and their role in the development of rhizobium-legume symbiosis. The prospects of using rhizobia having both gene systems related to symbiotic and non-symbiotic nodulation strategies to enhance the efficiency of plant-microbe interactions by expanding the host specificity and increasing nodulation efficiency are discussed.