2530-1381 Journal of Bioinformatics and Genomics ООО Цифра 10.60797/jbg.2026.31.4 Brief communication БИОИНФОРМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭВОЛЮЦИИ СИМБИОТИЧЕСКИХ ГЕНОВ КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ СОИ НА ОСНОВЕ МУЛЬТИЛОКУСНОГО АНАЛИЗА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ https://orcid.org/0000-0001-8149-7191 https://elibrary.ru/author_profile.asp?id=725272 https://publons.com/researcher/AAO-7956-2021 Ореховская Александра i@aorehovskaja.ru 2 https://orcid.org/0000-0003-4556-6246 Клёсов Дмитрий d.n.klesov@yandex.ru 1 МИРЭА – Российский технологический университет https://ror.org/00nf68x61 Белгородский государственный аграрный университет 26 03 2026 2026 5 31 1 5 02 02 2026 05 03 2026 Copyright: © 2022 The Author(s) 2022 This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author and source are credited. See http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ .

В работе представлен биоинформатический анализ эволюции симбиотических генов клубеньковых бактерий сои (Glycine max L.) на основе мультилокусного анализа последовательностей (MLSA). Исследование выполнено на штаммах ризобий родов Bradyrhizobium и Rhizobium, выделенных из ризосферы сои в условиях Белгородской области. Для хромосомных маркеров (16S рРНК, rpoB, ITS) и симбиотических генов (nodC, nodD, nifH) проведены выравнивание последовательностей, расчёт показателей нуклеотидного разнообразия и реконструкция филогенетических деревьев. Показано, что симбиотические гены характеризуются существенно более высоким уровнем нуклеотидного полиморфизма по сравнению с хромосомными маркерами. Филогенетический анализ выявил устойчивую кластеризацию штаммов по хромосомным генам и повышенную вариабельность симбиотических детерминант, что указывает на их особую роль в адаптации микросимбионтов к растению-хозяину. Полученные результаты подтверждают эффективность MLSA-подхода для биоинформатического изучения эволюции симбиотических признаков ризобий сои.

 MLSA симбиотические гены Bradyrhizobium нуклеотидный полиморфизм эволюция соя HTML-content

1. Введение

Симбиотическая фиксация атмосферного азота бобовыми растениями является одним из ключевых биологических процессов, обеспечивающих устойчивость агроэкосистем и снижение зависимости от минеральных удобрений

[1][2][3][4][5]

Особый интерес в последние годы вызывает изучение симбиотических генов (

[6][7][8]

С точки зрения биоинформатики это формирует важную научную задачу — сравнительный анализ эволюционных траекторий хромосомных и симбиотических генов. Мультилокусный анализ последовательностей (MLSA) позволяет интегрировать данные по маркерам различной степени консервативности и выявлять различия в уровне нуклеотидной изменчивости, отражающие как таксономические, так и адаптивные процессы. Применение MLSA-подхода открывает возможности для более глубокого понимания эволюции симбиотических признаков клубеньковых бактерий и оценки их роли в формировании эффективного симбиоза с соей

[9][10]

Целью настоящей работы являлся биоинформатический анализ эволюции симбиотических генов клубеньковых бактерий сои на основе мультилокусного анализа хромосомных и симбиотических маркеров.

2. Методы и принципы исследования

Объектом исследования служили штаммы клубеньковых бактерий, выделенные из корневых клубеньков сои (

Из полученных штаммов были амплифицированы и секвенированы фрагменты хромосомных генов 16S

Электроферограмма продуктов амплификации генов 16S рРНК, rpoB, nodC: M – маркеры молекулярной массы; дорожки 1-8 – амплифицированные образцы штаммов Bradyrhizobium sp. из клубеньков сои

Электроферограмма продуктов амплификации генов 16S рРНК, rpoB, nodC: M – маркеры молекулярной массы; дорожки 1-8 – амплифицированные образцы штаммов Bradyrhizobium sp. из клубеньков сои

Редактирование и формирование консенсусных нуклеотидных последовательностей выполняли в программе

3. Основные результаты

Хромосомные маркеры характеризовались низким уровнем нуклеотидной изменчивости. Ген

Симбиотические гены (

Нуклеотидное разнообразие маркеров ризобий-симбионтов сои

Род бактерий Маркер Длина, п.о. i S Характеристика
Rhizobium 16S рРНК 1317 0,0123 120 Консервативный
Rhizobium rpoB 934 0,0629 312 Дифференцирующий
Rhizobium nodC 804 0,1356 364 Высокополиморфный
Bradyrhizobium 16S рРНК 1444 0,0051 48 Консервативный
Bradyrhizobium rpoB 940 0,0377 131 Среднеполиморфный
Bradyrhizobium nodC 780 0,0382 287 Симбиотический

Филогенетический анализ показал чёткое разделение исследованных штаммов на три устойчивых кластера, соответствующих видам

Филогенетическое дерево клубеньковых бактерий сои, построенное на основе мультилокусного анализа хромосомных генов

Филогенетическое дерево клубеньковых бактерий сои, построенное на основе мультилокусного анализа хромосомных генов

4. Обсуждение

Выбор генетических маркеров для изучения клубеньковых бактерий является критически важным аспектом исследований. Традиционно используемый ген

Симбиотические гены, такие как

Практическое значение данного исследования заключается в возможности использования полученных данных для подбора эффективных штаммов-инокулянтов, способных повысить урожайность сои. Кроме того, понимание генетического разнообразия клубеньковых бактерий может способствовать разработке новых биотехнологических подходов в сельском хозяйстве.

5. Заключение

В ходе исследования проведён биоинформатический мультилокусный анализ эволюции симбиотических генов клубеньковых бактерий сои. Показано, что симбиотические гены (

Филогенетический анализ подтвердил эффективность MLSA-подхода для разграничения близкородственных видов рода

Additional File

The additional file for this article can be found as follows:

Further description of analytic pipeline and patient demographic information. DOI: https://doi.org/10.60797/jbg.2026.31.4

Acknowledgements

Competing Interests

Макаров М.И. Симбиотическая азотфиксация бобовыми растениями альпийских экосистем: вегетационный эксперимент / М.И. Макаров, В.Г. Онипченко, Т.И. Малышева [и др.] // Экология. — 2021. — № 1. — С. 12–20. — DOI: 10.31857/S0367059721010091. Князева Д.Б. Продуктивность сои в зависимости от степени развития корневой системы / Д.Б. Князева, Б.М. Князев // Труды Кубанского государственного аграрного университета. — 2021. — № 96. — С. 114–117. — DOI: 10.21515/1999-1703-96-114-117. Проворов Н.А. Геномная эволюция а-протеобактерий в системе симбиоза / Н.А. Проворов, Е.Е. Андронов // Микробиология. — 2024. — № 93 (6). — С. 678–689. — DOI: 10.31857/S0026365624060018. Chirak E.R. Search for ancestral features in genomes of Rhizobium leguminosarum bv. Viciae strains isolated from the relict legume Vavilovia formosa / E.R. Chirak, A.K. Kimeklis, E.S. Karasev [et al.] // Genes. — 2019. — Т. 10. — № 12. — 990 p. — DOI: 10.3390/genes10120990. Смирнова И.Э. Выделение и идентификация ризобий, перспективных для создания биоудобрения для культуры сои (Glycine max (L.) Merr.) / И.Э. Смирнова, Г.Б. Баймаханова, Э.Р. Файзулина [и др.] // Научное обозрение. Биологические науки. — 2022. — № 1. — С. 38–43. Волкова О.С. Изучение множественного встраивания модифицированных нуклеотидов в растущую цепь ДНК / О.С. Волкова, А.В. Чудинов, С.А. Лапа // Тонкие химические технологии. — 2021. — № 16 (2). — С. 148–155. — DOI: 10.32362/2410-6593-2021-16-2-148-155. Дмитриев А.А. Секвенирование геномов растений: современные технологии и новые возможности для селекции / А.А. Дмитриев, Е.Н. Пушкова, Н.В. Мельникова // Молекулярная биология. — 2022. — № 56 (4). — С. 531–545. — DOI: 10.31857/S0026898422040048. Tsyganov V.E. Symbiotic regulatory genes controlling nodule development in Pisum sativum L. / V.E. Tsyganov, A.V. Tsyganova // Plants. — 2020. — № 9 (12). — P. 1–29. — DOI: 10.3390/plants9121741. Пензин А.А. In silico дизайн праймеров для профилирования запасных белков сои / А.А. Пензин, П.Д. Тимкин // Journal of Bioinformatics and Genomics. — 2023. — № 3 (21). — DOI: 10.18454/jbg.2023.21.4. Проворов Н.А. Сельскохозяйственная микробиология и симбиогенетика: синтез классических идей и конструирование высокопродуктивных агроценозов (обзор) / Н.А. Проворов, И.А. Тихонович // Сельскохозяйственная биология. — 2022. — № 57 (5). — С. 821–831. — DOI: 10.15389/agrobiology.2022.5.821rus.