izvestiiatimacadИзвестия Тимирязевской сельскохозяйственной академииIZVESTIYA OF TIMIRYAZEV AGRICULTURAL ACADEMY0021-342XФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева10.26897/0021-342X-2020-5-18-29izvestiiatimacad-214Research ArticleФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, МИКРОБИОЛОГИЯPLANT PHYSIOLOGY, MICROBIOLOGYМодификация микробного сообщества ризосферы трансгенных растений томата с геном синтеза глицинбетаинаModified composition of microbial community in the rhizosphere of transgenic tomato plants with a glycine betaine syntesis geneАнтоновАлексей АлександровичAntonovAleksei A.antonov4b@yandex.ruБарановаЕкатерина НиколаевнаBaranovaEkaterina N.greenpro2007@rambler.ruГулевичАлександр АнатольевичGulevichAleksandr A.a_gulevich@mail.rugreenpro2007@rambler.ruКуренинаЛюдмила ВладимировнаKureninaLyudmila V.ludmila.kur2208@gmail.comВаньковаАнна АндреевнаVankovaAnna A.anna.vankova@gmail.comРалдугинаГалина НиколаевнаRalduginaGalina N.greenpro2007@rambler.ru,raldugina42@mail.ruРГАУ-МСХА имени К.А. ТимирязеваРоссияRussian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural AcademyRussian FederationВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии РАН; Главный Ботанический Сад имени Н.В. ЦицинаРоссияAll-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology (RAAS); N.V Tsitsin Main Botanical Garden of RASRussian FederationВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии РАНРоссияAll-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology (RAAS)Russian FederationИнститут физиологии растений РАН имени К.А. ТимирязеваРоссияTimiryazev Institute of Plant Physiology (RAS)Russian Federation202017112022051829Copyright © Антонов А.А., Баранова Е.Н., Гулевич А.А., Куренина Л.В., Ванькова А.А., Ралдугина Г.Н., 20222022Антонов А.А., Баранова Е.Н., Гулевич А.А., Куренина Л.В., Ванькова А.А., Ралдугина Г.Н.Antonov A.A., Baranova E.N., Gulevich A.A., Kurenina L.V., Vankova A.A., Raldugina G.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiia.timacad.ru/jour/article/view/214

Изменение состава микробиоты почвы в результате выращивания различных сельскохозяйственных культур в агроценозах в настоящее время вызывает повышенный интерес. Изучено влияние корневой системы трансгенных растений томата (Solanum lycopersicum L.), выращенных в почвенной культуре, на микробное сообщество ризосферы. Полученные результаты показали, что в результате культивирования трансгенных растений с геном холиноксидазы состав микробного сообщества ризосферы существенно изменился. Выявлено значительное увеличение доли (73%) и видового разнообразия (индекс Шеннона - 2,25) актинобактерий в прикорневой зоне почвы трансгенных по codA растений томата по сравнению с контрольными растениями (10 и 0,95% соответственно). Содержание псевдомонад и микромицетов существенно сокращается (25 и 12% у трансгеннных растений; 70 и 81% у контрольных растений соответственно). Таким образом, генетически модифицированные растения способны оказывать влияние на структуру микробного сообщества ризосферы.

The change in the composition of soil microbiota as a result of the cultivation of various crops in agrocenoses is currently of great interest. The authors studied the effect of the root system of transgenic tomato plants (Solanum lycopersicum L.) grown in soil culture on the microbial community in the rhizosphere. The results showed that as a result of the cultivation of transgenic plants with the choline oxidase gene, the microbial community composition in the rhizosphere has changed significantly. A significant increase in the proportion (73%) and species diversity (Shannon index 2.25) of actinobacteria in the soil root zone of tomato transgenic codA plants as compared with control plants (10% and 0.95, respectively) has been revealed. The content of pseudomonads and micromycetes is significantly reduced (25 and 12% in transgenic plants; 70 and 81% in control plants, respectively). Thus, genetically modified plants are able to influence the microbial community structure in the rhizosphere.

холиноксидазаcodАтоматризосферамикроорганизмырастительно-микробные взаимодействияcholinoxidasecodАtomatorhizospheremicroorganismsplant-microbial interactionsReferencesАлексеева А. С. Сравнительная характеристика микробиоценоза ризосферы и ризопланы Lycopersicum esculentum Mill. / А.С. Алексеева, Н.И. Потатуркина-Нестерова // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 6. - С. 70-81.Алексеева А. С. Сравнительная характеристика микробиоценоза ризосферы и ризопланы Lycopersicum esculentum Mill. / А.С. Алексеева, Н.И. Потатуркина-Нестерова // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 6. - С. 70-81.Гулевич А.А. Генно-инженерный подход в решении «неразрешимых» задач ремедиации почв / А.А. Гулевич, Е.Н. Баранова, И.Г. Широких, А.А. Широких // Теоретическая и прикладная экология. - 2018. - № 2. - С. 5-15.Гулевич А.А. Генно-инженерный подход в решении «неразрешимых» задач ремедиации почв / А.А. Гулевич, Е.Н. Баранова, И.Г. Широких, А.А. Широких // Теоретическая и прикладная экология. - 2018. - № 2. - С. 5-15.Гулевич А.А. Использование системы таргетинга ферментов Fe-зависимой супероксиддисмутазы и холинокидазы в хлоропласт как стратегия эффективной защиты растений от абиотических стрессов / А.А. Гулевич, Л.В. Куренина, Е.Н. Баранова // Российская сельскохозяйственная наука. - 2018. - № 1. - С. 7-12.Гулевич А.А. Использование системы таргетинга ферментов Fe-зависимой супероксиддисмутазы и холинокидазы в хлоропласт как стратегия эффективной защиты растений от абиотических стрессов / А.А. Гулевич, Л.В. Куренина, Е.Н. Баранова // Российская сельскохозяйственная наука. - 2018. - № 1. - С. 7-12.Лысак Л.В. Методы оценки бактериального разнообразия почв и идентификации почвенных бактерий / Л.В. Лысак. - М.: МАКС Пресс, 2003. - С. 121.Лысак Л.В. Методы оценки бактериального разнообразия почв и идентификации почвенных бактерий / Л.В. Лысак. - М.: МАКС Пресс, 2003. - С. 121.Тетер Е.З. Практикум по микробиологии / Е.З. Теппер, В.К. Шильникова, Г.И. Переверзева. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1993. - С. 175.Тетер Е.З. Практикум по микробиологии / Е.З. Теппер, В.К. Шильникова, Г.И. Переверзева. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1993. - С. 175.Широких И.Г. Изменение структуры комплексов актиномицетов в ризосфере трансгенных по гену Fe-SOD1 линий томата (Solanum lycopersicum L., Solanaceae, Solanales) / И.Г. Широких, Я.И. Назарова, С.Ю. Огородникова, Е.Н. Баранова // Поволжский экологический журнал. - 2016. - № 3. - С. 341-351.Широких И.Г. Изменение структуры комплексов актиномицетов в ризосфере трансгенных по гену Fe-SOD1 линий томата (Solanum lycopersicum L., Solanaceae, Solanales) / И.Г. Широких, Я.И. Назарова, С.Ю. Огородникова, Е.Н. Баранова // Поволжский экологический журнал. - 2016. - № 3. - С. 341-351.Bais H.P. The role of root exudates in rhizosphere interactions with plants and other organisms / Н.Р. Bais, T.L. Weir, L.G. Perry, S. Gilroy, J.M. Vivanco // Annual Review of Plant Biology. - 2006. - V. 57. - P. 233-266.Bais H.P. The role of root exudates in rhizosphere interactions with plants and other organisms / Н.Р. Bais, T.L. Weir, L.G. Perry, S. Gilroy, J.M. Vivanco // Annual Review of Plant Biology. - 2006. - V. 57. - P. 233-266.Broeckling C.D. Root exudates regulate soil fungal community composition and diversity / C.D. Broeckling, А.К. Broz, J. Bergelson, D.K. Manter, J.M. Vivanco // Applied and Environmental Microbiology. - 2008. - V. 74. - P. 738-744.Broeckling C.D. Root exudates regulate soil fungal community composition and diversity / C.D. Broeckling, А.К. Broz, J. Bergelson, D.K. Manter, J.M. Vivanco // Applied and Environmental Microbiology. - 2008. - V. 74. - P. 738-744.Cirvilleri G. Characterization of antagonistic root-associated fluorescent pseudomonads of transgenic and non-transgenic citrange Troyer plants / G. Cirvilleri, S. Spina, G. Scuderi, А. Gentile, А. Catara // Journal ofPlant Pathology. - 2005. - V. 87. - P. 179-186.Cirvilleri G. Characterization of antagonistic root-associated fluorescent pseudomonads of transgenic and non-transgenic citrange Troyer plants / G. Cirvilleri, S. Spina, G. Scuderi, А. Gentile, А. Catara // Journal ofPlant Pathology. - 2005. - V. 87. - P. 179-186.Dunfield K.E. Diversity of bacterial communities in the rhizosphere and root interior of field-grown genetically modified Brassica napus / К.Е. Dunfield, J.J. Germida // FEMS Microbiology Ecology. - 2001. - V. 38. - P. 1-9.Dunfield K.E. Diversity of bacterial communities in the rhizosphere and root interior of field-grown genetically modified Brassica napus / К.Е. Dunfield, J.J. Germida // FEMS Microbiology Ecology. - 2001. - V. 38. - P. 1-9.Flowers T.J. Solute transport in plants / TJ. Flowers, A.R. Yeo // Springer Netherlands, 2012. - 176 p.Flowers T.J. Solute transport in plants / TJ. Flowers, A.R. Yeo // Springer Netherlands, 2012. - 176 p.Folman L.B. Ecophysiological characterization of rhizosphere bacterial communities at different root locations and plant developmental stages of cucumber grown on rockwool / L.B. Folman, J. Postma, J.A. Veen // Microbial ecology. - 2001. - V. 42. -P. 586-597.Folman L.B. Ecophysiological characterization of rhizosphere bacterial communities at different root locations and plant developmental stages of cucumber grown on rockwool / L.B. Folman, J. Postma, J.A. Veen // Microbial ecology. - 2001. - V. 42. -P. 586-597.Griffiths B.S. Testing genetically engineered potato, producing the lectins GNA and Con A, on non-target soil organisms and processes / B.S. Griffiths, I.E. Geoghegan, W.M. Robertson // Journal of Applied Ecology. - 2000. - V. 37. - P. 159-170.Griffiths B.S. Testing genetically engineered potato, producing the lectins GNA and Con A, on non-target soil organisms and processes / B.S. Griffiths, I.E. Geoghegan, W.M. Robertson // Journal of Applied Ecology. - 2000. - V. 37. - P. 159-170.Heuer H. Effects of T4 lysozyme release from transgenic potato roots on bacterial rhizosphere communities are negligible relative to natural factors / Н. Heuer, R.M. Kroppenstedt, J. Lottmann, G. Berg, К. Smalla // Applied and Environmental Microbiology. -2002. - V. 68. - P. 1325-1335.Heuer H. Effects of T4 lysozyme release from transgenic potato roots on bacterial rhizosphere communities are negligible relative to natural factors / Н. Heuer, R.M. Kroppenstedt, J. Lottmann, G. Berg, К. Smalla // Applied and Environmental Microbiology. -2002. - V. 68. - P. 1325-1335.Honsbein A. A molecular framework for coupling cellular volume and osmotic solute transport control / А. Honsbein, M.R. Blatt, С. Grefen // Journal of Experimental Botany. - 2010. - V. 62. - P. 2363-2370.Honsbein A. A molecular framework for coupling cellular volume and osmotic solute transport control / А. Honsbein, M.R. Blatt, С. Grefen // Journal of Experimental Botany. - 2010. - V. 62. - P. 2363-2370.Li P., Dong J., Yang S., Bai L., Wang J., Wu G., Wu X., Yao Q., TangX. Impact of P-carotene transgenic rice with four synthetic genes on rhizosphere enzyme activities and bacterial communities at different growth stages. European journal of soil biology // 2014. V. 65. P. 40-46.Li P., Dong J., Yang S., Bai L., Wang J., Wu G., Wu X., Yao Q., TangX. Impact of P-carotene transgenic rice with four synthetic genes on rhizosphere enzyme activities and bacterial communities at different growth stages. European journal of soil biology // 2014. V. 65. P. 40-46.Liang J., Sun S., Ji J., Wu H., Meng F., Zhang M., Zheng X., Wu C., Zhang Z. Comparison of the rhizosphere bacterial communities of Zigongdongdou soybean and a high-methionine transgenic line of this cultivar // PLoS One. 2014. V. 9. e103343.Liang J., Sun S., Ji J., Wu H., Meng F., Zhang M., Zheng X., Wu C., Zhang Z. Comparison of the rhizosphere bacterial communities of Zigongdongdou soybean and a high-methionine transgenic line of this cultivar // PLoS One. 2014. V. 9. e103343.Lottmann J., Heuer H., de Vries J., Mahn A., During K., Wackernagel W., Smalla K., Berg G. Establishment of introduced antagonistic bacteria in the rhizosphere of transgenic potatoes and their effect on the bacterial community // FEMS Microbiology Ecology. 2000. V. 33. P. 41-49.Lottmann J., Heuer H., de Vries J., Mahn A., During K., Wackernagel W., Smalla K., Berg G. Establishment of introduced antagonistic bacteria in the rhizosphere of transgenic potatoes and their effect on the bacterial community // FEMS Microbiology Ecology. 2000. V. 33. P. 41-49.Motavalli P.P., Kremer R.J., Fang M., Means N.E. Impact of genetically modified crops and their management on soil microbially mediated plant nutrient transformations // Journal of environmental quality. 2004. V. 33. P. 816-824.Motavalli P.P., Kremer R.J., Fang M., Means N.E. Impact of genetically modified crops and their management on soil microbially mediated plant nutrient transformations // Journal of environmental quality. 2004. V. 33. P. 816-824.Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioаssays with tobacco tissue culture // Physiologia Plantarum. 1962. V. 15. P. 473-497Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioаssays with tobacco tissue culture // Physiologia Plantarum. 1962. V. 15. P. 473-497Savage J.A., Clearwater M.J., Haines D.F., Klein T., Mencuccini M., Sevanto S., Turgeon R., Zhang C. Allocation, stress tolerance and carbon transport in plants: how does phloem physiology affect plant ecology? // Plant, Cell and Environment. 2016. V. 39. P. 709-725.Savage J.A., Clearwater M.J., Haines D.F., Klein T., Mencuccini M., Sevanto S., Turgeon R., Zhang C. Allocation, stress tolerance and carbon transport in plants: how does phloem physiology affect plant ecology? // Plant, Cell and Environment. 2016. V. 39. P. 709-725.Siciliano S.D., Germida J.J. Taxonomic diversity of bacteria associated with the roots of field-grown transgenic Brassica napus cv. Quest, compared to the non-transgenic B. napus cv. Excel and B. rapa cv. Parkland // FEMS Microbiology Ecology.1999. V. 29. P. 263-272.Siciliano S.D., Germida J.J. Taxonomic diversity of bacteria associated with the roots of field-grown transgenic Brassica napus cv. Quest, compared to the non-transgenic B. napus cv. Excel and B. rapa cv. Parkland // FEMS Microbiology Ecology.1999. V. 29. P. 263-272.Tian H., De Smet I., Ding Z. Shaping a root system: regulating lateral versus primary root growth // Trends in Plant Science. 2014. V. 19. P. 426-431.Tian H., De Smet I., Ding Z. Shaping a root system: regulating lateral versus primary root growth // Trends in Plant Science. 2014. V. 19. P. 426-431.Verbruggen N., Hermans C. Proline accumulation in plants: a review // Amino acids. 2008. V. 35. P. 753-759.Verbruggen N., Hermans C. Proline accumulation in plants: a review // Amino acids. 2008. V. 35. P. 753-759.Zhao X., Jiang Y., Liu Q., Yang H., Wang Z., Zhang M. Effects of Drought-Tolerant Ea-DREB2B Transgenic Sugarcane on Bacterial Communities in Soil // Frontiers in Microbiology. 2020. V. 11. 704.Zhao X., Jiang Y., Liu Q., Yang H., Wang Z., Zhang M. Effects of Drought-Tolerant Ea-DREB2B Transgenic Sugarcane on Bacterial Communities in Soil // Frontiers in Microbiology. 2020. V. 11. 704.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.