Biomics

Симбиозы прокариот и эукариот рассмотрены как модели для анализа фундаментальных проблем генетики и эволюционной биологии, включая соотношение редукционистских и холистических подходов к исследованию биосистем. Использование симбиотических моделей позволяет изучать возникновение и эволюцию: 1) клеточных форм жизни; 2) мульти-геномных эукариотических клеток; 3) многоклеточных эукариот как холобионтов, в которых симбиотические микробные сообщества обеспечивают хозяевам питание, защиту от антагонистов и стрессов, а также регуляцию развития. Показано, что эколого-генетические факторы образования надвидовых комплексов выходят за рамки Дарвиновской парадигмы адаптивной эволюции, основанной на накоплении малых изменений, поддерживаемых индивидуальным отбором. Эволюция мутуалистического симбиоза включает: а) межвидовой альтруизм, связанный с формированием симбионтами неспособных к размножению клеточных форм, выполняющих полезные для хозяев функции; б) пангенезис, определяемый вертикальной передачей симбионтов как приобретенных хозяевами наследственных детерминант, которые входят в состав хологеномов и могут служить донорами генов, переносимых в ядерные хромосомы.

симбиоз, эволюция, пангенезис, межвидовой альтруизм, симбиогенез и органеллогенез, холобионт и хологеном, симбиогенетика.

1. Инге-Вечтомов    С.Г.    Введение    в    молекулярную генетику. М.: Высш. школа. 1983. 343 с.
2. Кайданов Л.З. Генетика популяций. М.: Высш. школа. 1996. 319 с.
3. Каратыгин И.В. Коэволюция грибов и растений // Труды Ботан. ин-та РАН. 1993. Вып. 9. С. 1-118.
4. Лобашев М.Е. Генетика. Л.: Изд-во ЛГУ. 1967. 751 с.
5. Лобашёв М.Е., Инге-Вечтомов С.Г. Физиологическая генетика. Л.: Медицина. 1976. 472 с.
6. Першина Е.В., Кутовая О.В., Когут Б.М., Андронов Е.Е. Основные достижения и перспективы почвенной метагеномики. СПб: Информ-Навигатор. 2017. 288 с.
7. Проворов Н.А., Тихонович И.А. Генетические и молекулярные основы симбиотических адаптаций // Успехи совр. биологии. 2014. Т. 134(3). C. 211-226.
8. Проворов Н.А., Тихонович И.А. Реконструкция органеллогенеза. СПб: Информ-Навигатор. 2022. 296 с.
9. Проворов Н.А., Штарк О.Ю. Направленная эволюция грибов и растений в системах симбиоза // Микология и фитопатология. 2014. Т. 48(3). С. 151-160.  
10. Шмальгаузен И.И. Пути и закономерности эволюционного процесса. М.: Наука. 1983. 404 с.
11. Bhattacharjee A., Ghangal R., Garg R., Jain M. Genome- wide analysis of homeobox gene family in legumes: identification, gene duplication and expression profiling // PLoS  One.  2015.  V.10(3).  e0119198.  doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0119198
12. Brueckner J., Martin W.F. Bacterial genes out number archaeal genes in eukaryotic genomes // Genome Biol. Evol.   2020.   V.   12(4).   P.282-292.   doi: https://doi.org/10.1093/gbe/evaa047
13. Campbell N.E., Reece J.B. Biology (6th ed.). San Francisco: Benjamin Cummings. 2002. 175 р. Crespi M., Gálvez S. Molecular mechanisms in root nodule development // J. Plant Growth and Regulation. 2000. 19(2). P. 155–166. doi: https://doi.org/10.1007/s003440000023
14. Douglas A.E. The molecular basis of bacterial–insect symbiosis // J. Mol. Biol. 2014. V. 426(10). P. 3830– 3837. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmb.2014.04.005
15. Driscoll T., Gillespie J.J., Nordberg E.K., Azad A.F., Sobral B.W. Bacterial DNA sifted from the Trichoplax adhaerens (Animalia: Placozoa) genome project reveals a putative rickettsial endosymbiont // Genome Biol. Evol. 2013. V. 5(4). P. 621-645. doi: https://doi.org/10.1093/gbe/evt036
16. Flor H.H. Genetics of pathogenicity in Melampsora lini // J. Agric. Res. 1946. V. 73(2). P. 335-357. Georgiades K., Raoult D., The rhizome of Reclinomonas americana, Homo sapiens, Pediculus humanus and Saccharomyces cerevisiae mitochondria // Biology Direct. 2011. V. 6(55). doi: https://doi.org/10.1186/1745-6150-6-55
17. Gould S.J., Eldredge N. Punctuated equilibrium comes of age // Nature. 1993. V. 366(6452). P.223– 227. doi: https://doi.org/10.1038/366223a0
18. Green B.R. Chloroplast genomes of photosynthetic eukaryotes // The Plant J. 2011. V. 66. P. 34–44. doi: https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2011.04541.x 
19. Haag A.F., Arnold M.F., Myka K.K., Kerscher B., Dall'Angelo S., Zanda M., Mergaert P., Ferguson G.P. Molecular insights into bacteroid development during Rhizobium-legume symbiosis // FEMS Microbiol. Rev. 2013.  V.  37(3).  P.  364-383.  doi:  https://doi.org/10.1111/1574-6976.12003
20. Husnik F., Nikoh N., Koga R., Ross L., Duncan R.P., Fujie M., Tanaka M., Satoh N., Bachtrog D., Wilson A.C., von Dohlen C.D., Fukatsu T., McCutcheon J.P. Horizontal gene transfer from diverse bacteria to an insect genome enables a tripartite nested mealybug symbiosis // Cell. 2013. V. 153(5). P. 1567–1578. doi: https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.05.040
21. Kurihara K., Okura Y., Matsuo M. A recursive vesicle- based model protocell with a primitive model cell cycle // Nat. Commun. 2015. V. 6(8352). doi: https://doi.org/10.1038/ncomms9352
22. Lithgow T., Schneider A. Evolution of macromolecular import pathways in mitochondria, hydrogenosomes and   mitosomes // Phil. Trans. R. Soc. B. 2010. V. 365. P. 799- 817. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2009.0167
23. Margulis L. Symbiosis in Cell Evolution. New York: W.H. Freeman. 1981. 320 p. Martin W. Symbiogenesis, gradualism, and mitochondrial energy in eukaryote origin // Period. Biol. 2017. V. 119(3). P. 141-158. doi: https://doi.org/10.18054/pb.v119i3.5694 
24. Meeks J.C., Elhai J. Regulation of cellular differentiation in filamentous cyanobacteria in free-living and plant- associated symbiotic growth states // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2002. V. 66. P. 94-121. doi: https://doi.org/10.1128/MMBR.66.1.94-121.2002 
25. Nutman P.S. Genetic factors concerned in the symbiosis of clover and nodule bacteria // Nature. 1946. V. 157 (3989). P. 463-465.
26. Oberholzer T., Wick R., Luisi P.L., Biebricher C.K. Enzymatic RNA replication in self-reproducing vesicles: an approach to a minimal cell // Biochem. Biophys. Res. Comm. 1995. V. 207(2). P. 250–257.
27. Pawlowski J., Audic S., Adl S., <...> Zimmermann J., Schindel D., De Vargas C. CBOL protist working group: barcoding eukaryotic richness beyond the animal, plant and fungal kingdoms // PLoS Biol. 2012. V. 11(6). e1001419. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1001419
28. Porter T.M. The curious case of blending inheritance // Studies in History and Philosophy of Science. Part C: Biological and Biomedical Sciences. 2014. V. 46(1). P. 125-132. doi: https://doi.org/10.1016/j.shpsc.2014.02.003
29. Provorov N.A. Symbiogenesis as evolution of opened genetic systems // Russ. J. Genetics. 2018. V. 54(8). P. 888-896. DOI: https://doi.org/10.1134/S1022795418080100   
30. Provorov N.A., Andronov E.E., Kimeklis A.K., Onishchuk O.P., Igolkina A.A., Karasev E.S. Microevolution, speciation and macroevolution in rhizobia: genomic mechanisms and selective patterns // Front. Plant Sci. 2022. Sect. Plant Symbiotic Interactions. doi: https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1026943
31. Provorov N.A., Tikhonovich I.A. Genetic resources for improving nitrogen fixation in legume-rhizobia symbiosis // Genet. Res. Crop Evol. 2003. V. 50(1). P. 89-99.
32. Ran L., Larsson J., Vigil-Stenman T., Nylander J.A.A., Ininbergs K. Genome erosion in a nitrogen-fixing vertically transmitted endosymbiotic multicellular cyanobacterium // PLOS One. 2010. V. 5(9). doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0011486
33. Rosenberg E., Zilber-Rosenberg I. The hologenome concept of evolution after 10 years // Microbiome. 2018. V. 6(78). doi: https://doi.org/10.1186/s40168-018-0457-9   
34. Sprent J.I. Nodulation in Legumes. Kew Royal Bot. Gard.: Cromwell Press Ltd. 2001. 102 p. Steele E.J. Lamarck and immunity: somatic and germline evolution of antibody genes // J.R. Soc. Western Australia. 2009. V. 92(2). P. 437–446.
35. Theißen G. The proper place of hopeful monsters in evolutionary biology // Theory in Biosciences. 2006. V. 124(3-4). P. 349-369. DOI: https://doi.org/10.1016/j.thbio.2005.11.002
36. Tian C.F., Zhou Y.L., Zhang Y.M., Li Q.Q., Zhang Y.Z., Li D.F., Wang S., Wang J., Gilbert L.B., Li Y.L., Chen W.X. Comparative genomics of rhizobia nodulating soybeans suggests extensive recruitment of lineage- specific genes in adaptations // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2012. V. 109(22). P. 8629-8634. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.1120436109
37. Tikhonovich I.A., Provorov N.A. Development of symbiogenetic approaches for studying variation and heredity of superspecies systems // Russ. J. Genetics. 2012. V. 48(4). P. 357-368.
38. Vesteg M., Krajčovič J. Origin of eukaryotic cells as a symbiosis of parasitic α-proteobacteria in the periplasm of two-membrane-bounded sexual pre-karyotes // Commun. Integr. Biol. 2008. 1(1).P. 104–113. doi: https://doi.org/10.4161/cib.1.1.6349   
39. von Bertalanffy L. General system theory: foundations, development, applications. N.Y.: George Braziller. 1968. 250 р. Webster N.S., Taylor M.W. Marine sponges and their microbial symbionts: love and other relationships // Environ. Microbiol. 2012. V. 14(2). P. 335-346.DOI: https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2011.02460.x   
40. Zilber-Rosenberg I., Rosenberg E. Role of microorganisms in the evolution of animals and plants: the hologenome theory of evolution // FEMS Microbiol. Rev. 2008. V. 32(5). P. 723-735. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1574-6976.2008.00123.x