Полногеномные транскрипционные ответы двух симбиотических штаммов Mesorhizobium, устойчивых к металлам, на воздействие цинка и кадмия

Введение: Mesorhizobium metallidurans STM 2683T и штамм Mesorhizobium sp. STM 4661 выделили из клубеньков металлофитного бобового растения Anthyllis vulneraria, произраставшего на удалённых друг от друга отвалах горных разработок. Эти бактерии переносят необычно высокие концентрации цинка и кадмия по сравнению с другими мезоризобиумами. Цель работы — изучить профили экспрессии генов при воздействии цинка или кадмия и выявить гены, связанные с устойчивостью к металлам у двух штаммов Mesorhizobium, представляющих интерес для фитоcтабилизации отвалов.

Результаты: Для двух штаммов секвенировали черновые сборки геномов и использовали их для картирования данных секвенирования РНК после воздействия цинка или кадмия. Сравнительный геномный и транскриптомный анализ позволил быстро выявить гены, специфичные для определённого металла и/или штамма. При воздействии металлов экспрессия 1,05% (72 из 6844) и 0,97% (68 из 6994) предсказанных кодирующих последовательностей штаммов STM 2683 и STM 4661 соответственно значимо изменялась. Среди них выявлено значительное число последовательностей, связанных с транспортом (13 из 72 и 13 из 68 для STM 2683 и STM 4661 соответственно) и секвестрацией металлов (15 из 72 и 16 из 68 соответственно). У тринадцати кодирующих последовательностей обнаружены гомологи в обоих штаммах; их экспрессия изменялась в ответ на цинк и/или кадмий. В частности, выявлены несколько АТФаз типа P1B и гены, вероятно участвующие в секвестрации металлов. Среди консервативных кодирующих последовательностей, экспрессия которых изменялась в обоих изолятах, также обнаружены гомологи znuABC, кодирующие систему захвата цинка высокой аффинности типа ABC, вероятно участвующую в поддержании его гомеостаза. Кроме того, результаты глобального анализа указывают, что оба металла значимо подавляли работу аппарата трансляции.

Выводы: Сравнительный анализ данных секвенирования РНК выявил относительно небольшое число генов, экспрессия которых значимо изменялась в двух штаммах Mesorhizobium. Лишь немногие из них были связаны с неспецифическим ответом на металлы, что указывает на пригодность использованного подхода для выявления генов, специфически реагирующих на цинк и кадмий. Среди генов со значимо повышенной экспрессией несколько кодируют системы выведения и секвестрации металлов — наиболее распространённые механизмы устойчивости ризобий к металлам. Дальнейшее функциональное изучение этих генов поможет повысить эффективность фитоcтабилизации за счёт подбора подходящих ризобиальных партнёров, приспособленных к металлоносным почвам.