Сравнительный геномный анализ Sinorhizobium meliloti LPU88: разнообразие плазмид и конъюгационные механизмы

В настоящем исследовании представлен полный геномный и сравнительный анализ штамма Sinorhizobium meliloti LPU88 с акцентом на структуру, функцию и эволюционную динамику его плазмид. Полное секвенирование генома выявило пять репликонов: хромосому, два мегаплазмида (pSymA-подобный pSmeLPU88c и pSymB-подобный pSmeLPU88d) и две вспомогательные плазмиды (pSmeLPU88a и pSmeLPU88b). Кроме того, геном LPU88 содержит богатый набор мобильных генетических элементов, разнообразные модули репликации и уникальные генные кластеры, что отражает его динамичную архитектуру. Штамм LPU88 обладает разнообразными системами конъюгации, распределёнными по плазмидам. Сравнительный анализ с другими штаммами S. meliloti и Sinorhizobium medicae продемонстрировал неоднородное распределение конъюгативных и регуляторных элементов, указывающее на различные эволюционные давления среди этих плазмид. Кроме того, мобилизация pSymA-подобной плазмиды pSmeLPU88c опосредовалась системой формирования пар для спаривания (mating pair formation), кодируемой вспомогательной плазмидой pSmeLPU88a, что отражает сложные механизмы и эволюционную динамику горизонтального переноса генов, осуществляемого плазмидами у Sinorhizobium. Интегрируя данные секвенирования генома, функциональной аннотации и сравнительных подходов, эта работа позиционирует LPU88 как ценный модельный штамм для изучения разнообразия плазмид, горизонтального переноса генов и эффективности симбиоза у ризобий. Ризобии — почвенные бактерии, устанавливающие симбиотические связи с бобовыми и превращающие атмосферный азот в аммиак с помощью биологической фиксации азота, при этом хозяин обеспечивает бактерии питательными веществами. Sinorhizobium meliloti является одним из наиболее изученных видов. В работе мы сравнили полные геномы штаммов S. meliloti, включая лабораторный модельный штамм LPU88, с особым вниманием к плазмидам pSymA. Ранние исследования предполагали, что плазмида pSymA могла быть приобретена посредством горизонтального переноса генов. Анализ их конъюгационной аппаратуры показал, что все плазмиды pSymA содержат систему конъюгации типа II, хотя во многих случаях отсутствует регуляторная цепочка, необходимая для её активации. В LPU88 мы выявили и охарактеризовали множественные конъюгационные системы, что даёт новые сведения о горизонтальном переносе генов в S. meliloti. Понимание этих процессов важно для прояснения эволюционной динамики ризобий, повышения стабильности и эффективности симбиотических взаимодействий и продвижения их использования в качестве биоинокулянтов в устойчивом сельском хозяйстве.