Метагеномно-ассоциированные геномы неаксеничных цианобактерий: таксономия, функциональный потенциал и отбор перспективных штаммов для агробиотехнологий

Аннотация

Поиск новых высокоэффективных штаммов микроорганизмов и конструирование на их основе полифункциональных микробных препаратов является одним из ключевых векторов развития современных агробиотехнологий. В настоящей работе с использованием методов полногеномного анализа метагеномов проведена комплексная таксономическая и функциональная характеристика девяти неаксеничных штаммов почвенных нитчатых цианобактерий порядка Nostocales. Сборка геномов, собранных из метагеномов, позволила реконструировать высококачественные геномные последовательности целевых таксонов без трудоемкого этапа аксенизации штаммов. Согласно филогеномному анализу, исследованные культуры занимают обособленное положение на филогенетическом дереве и могут рассматриваться в качестве кандидатов в новые таксоны, что, однако, требует дальнейшей верификации по мере преодоления существующего дефицита референсных геномов почвенных цианобактерий. На основе маркерных рибосомальных генов охарактеризован состав сопутствующей сателлитной микробиоты, локализованной в экзополисахаридных чехлах хозяев. Верифицировано присутствие полезных гетеротрофных бактерий из родов Devosia, Lysobacter, Brevundimonas, Variovorax, Bosea, Achromobacter и Pseudoflavitalea, обладающих выраженным ростостимулирующим и биоконтрольным потенциалом. Функциональная аннотация геномов выявила у всех штаммов наличие полного кластера генов азотфиксации и развитых систем мобилизации фосфора. Штамм Nostoc sp. VKM Al-56 выделялся уникальным аппаратом метаболизма железа, а Nostoc edaphicum VKM Al-156 – путями расщепления ароматических соединений. Интегральный анализ, учитывающий таксономическое и биогеографическое разнообразие, а также наличие ключевых агрономически ценных признаков (способность к синтезу фитогормонов, азотфиксации, мобилизации фосфатов, защите от патогенов и устойчивости к абиотическим стрессам), позволил отобрать три штамма-кандидата для дальнейших прикладных исследований по разработке биопрепаратов для растениеводства: Nostoc sp. VKM Al-115, Hassallia pseudoramosissima VKM Al-158 и Anabaena pirinica VKM Al-153.