Simulation of legume-rhizobia symbiosis evolution under the multi-strain competition of bacteria for inoculation of symbiotic habitats


Cite item

Full Text

Abstract

The model is suggested for evolution of N2-fixing legume-rhizobia symbiosis implemented under the conditions of multi-strain bacteria competition for inoculation of symbiotic habitats (rhizosphere, nodules). Competitiveness of each strain is characterized by the power coefficients which reflect the operation of frequency-dependent selection in the rhizobia population. When polymorphic bacteria populations are interacting with the dimorphic plant population, the selective pressures in favor of hostspecific symbionts (forming N2-fixing nodules only with one of the available plant genotypes) are higher than the pressures in favor of non-host-specific symbionts (forming these nodules with both plant genotypes). The highest mutualism efficiency is reached under an intermediate level of plant population diversity.

About the authors

Nikolay I Vorobyov

All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, Saint-Petersburg, RF

Email: nik4@newmail.ru

Nikolay A Provorov

All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, Saint-Petersburg, RF

Email: provorov@newmail.ru

References

  1. West S.A., Kiers E.T., Simms E.L., Denison R.F. 2002. Sanctions and mutualism stability: why do rhizobia fix nitrogen?//Proc. Roy. Soc. B. Vol. 269. P. 685-694.
  2. West S.A., Kiers E.T., Pen I., Denison R.F. 2001. Sanctions and mutualism stability: when should less beneficial mutualists be tolerated?//J. Evol. Biol. Vol. 15. P. 830-837.
  3. Simms E.L., Bever J.D. 1998. Evolutionary dynamics of rhizopine within spatially structured Rhizobium populations//Proc. Roy. Soc. Lond. B. Vol. 265. P. 1713-1719.
  4. Sharypova L.A., Yurgel S.N., Keller M. et al. 1998. The eff-482 locus of Sinorhizobium meliloti CXM1 -105 that influences symbiotic effectiveness consists of three genes encoding an endoglucanase, a transcriptional regulator and an adenylate cyclase//Molec. Gen. Genet. Vol. 261. P. 1032-1044.
  5. Provorov N.A., Vorobyov N.I. 2008b. Simulation of plant-bacteria co-evolution in the mutually beneficial symbiosis//Ecological Genetics. Vol. 6. N 2. P. 35-48.
  6. Provorov N.A., Vorobyov N.I. 2008a. Evolution of symbiotic bacteria in «plant-soil» systems: interplay of molecular and population mechanisms//Progress in Environmental Microbiology. Ed. Kim M. -B. Nova Sci. Publ. Inc. New York. P. 11-67.
  7. Provorov N.A., Vorobyov N.I. 2006. Interplay of Darwinian and frequency-dependent selection in the host-associated microbial populations//Theor. Populat. Biol. Vol. 70. P. 262-272.
  8. Доросинский Л.М., Лазарева Н.М. 1968. О специфичности клубеньковых бактерий сои и люпина//Микробиология. Т. 37. Вып. 1. С. 115-121.
  9. Проворов Н.А., 2000. Популяционная генетика клубеньковых бактерий//Журн. общей биологии. Т. 61. № 3. С. 229-257.
  10. Проворов Н.А., Воробьев Н.И., 2000. Эволюционная генетика клубеньковых бактерий: молекулярные и популяционные аспекты//Генетика. Т. 36. № 12. С. 1573-1587.
  11. Проворов Н.А., Воробьев Н.И., 2009. Моделирование ко-эволюции бактерий и растений в системе мутуалистического симбиоза//Генетика. Т. 45. № 3. С.
  12. Проворов Н.А., Воробьев Н.И., Андронов Е.Е., 2008. Макро-и микроэволюция бактерий в системах симбиоза//Генетика. Т. 44. № 1. С. 12-28.
  13. Проворов Н.А., Симаров Б.В., 1992. Генетический полиморфизм бобовых культур по способности к симбиозу с клубеньковыми бактериями//Генетика. Т. 28. № 6. C. 5-14.
  14. Проворов Н.А., Тихонович И.А., 2003. Эколого-генетические принципы селекции растений на повышение эффективности взаимодействия с микроорганизмами//С.-х. биология. № 3. С. 11-25.
  15. Amarger N., Lobreau J.P. 1982. Quantitative study of nodulation competitiveness in Rhizobium strains//Appl. Environ. Microbiol. Vol. 44. N 3. P. 583-588.
  16. Beattie G.A., Clayton M.K., Handelsman J. 1989. Quantitative comparison of the laboratory and field competitiveness of Rhizobium leguminosarum biovar phaseoli//Appl. Environ. Microbiol. Vol. 55. P 2755-2761.
  17. Bever J.D., Simms E.L. 2000. Evolution of nitrogen fixation in spatially structured populations of Rhizobium//Heredity. Vol. 85. P. 366-372.
  18. Bosworth A.H., Williams M.K., Albrecht K.A. et al. 1994. Alfalfa yield response to inoculation with the recombinant strains of Rhizobium meliloti with an extra copy of dctABD and/or modified nifA expression//Appl.
  19. Foster K.R., Kokko H. 2006. Cheating can stabilize cooperation in mutualisms//Proc. Roy. Soc. B. Vol. 273. P. 2233-2239.
  20. Frank S.A. 1994. Genetics of mutualism: the evolution of altruism between species//J. Theor. Biol. Vol. 17. P. 393-400.
  21. Jimenez J., Casadesus J. 1989. An altruistic model of Rhizobium-legume association//J. Heredity. Vol. 80. P. 335-337.
  22. Maynard Smith J. 1989. Generating novelty by symbiosis//Nature. Vol. 341. N 6240. P. 284-285.
  23. Nei M. 1978. Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals//Genetics. Vol. 89. P. 583-590.
  24. Olivieri I., Frank S.A. 1994. The evolution of nodulation in Rhizobium: altruism in the rhizosphere//J. Heredity. Vol. 85. P. 46-47.
  25. Person C., Samborski D.J., Rohringer R. 1962. The gene-for-gene concept//Nature. Vol. 194. P 561-562.
  26. Provorov N.A., Simarov B.V. 1990. Genetic variation in alfalfa, sweet clover and fenugreek for the activity of symbiosis with Rhizobium meliloti//Plant Breeding. Vol. 105. N 3. P. 300-310.
  27. Provorov N.A., Vorobyov N.I. 2000. Population genetics of rhizobia: construction and analysis of an infection and release» model//J. Theor. Biol. Vol. 205. P. 105-119.
  28. Provorov N.A., Vorobyov N.I. 2006. Interplay of Darwinian and frequency-dependent selection in the host-associated microbial populations//Theor. Populat. Biol. Vol. 70. P. 262-272.
  29. Provorov N.A., Vorobyov N.I. 2008a. Evolution of symbiotic bacteria in «plant-soil» systems: interplay of molecular and population mechanisms//Progress in Environmental Microbiology. Ed. Kim M. -B. Nova Sci. Publ. Inc. New York. P. 11-67.
  30. Provorov N.A., Vorobyov N.I. 2008b. Simulation of plant-bacteria co-evolution in the mutually beneficial symbiosis//Ecological Genetics. Vol. 6. N 2. P. 35-48.
  31. Sharypova L.A., Yurgel S.N., Keller M. et al. 1998. The eff-482 locus of Sinorhizobium meliloti CXM1 -105 that influences symbiotic effectiveness consists of three genes encoding an endoglucanase, a transcriptional regulator and an adenylate cyclase//Molec. Gen. Genet. Vol. 261. P. 1032-1044.
  32. Simms E.L., Bever J.D. 1998. Evolutionary dynamics of rhizopine within spatially structured Rhizobium populations//Proc. Roy. Soc. Lond. B. Vol. 265. P. 1713-1719.
  33. West S.A., Kiers E.T., Pen I., Denison R.F. 2001. Sanctions and mutualism stability: when should less beneficial mutualists be tolerated?//J. Evol. Biol. Vol. 15. P. 830-837.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2008 Vorobyov N.I., Provorov N.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».