Горох посевной является весьма полиморфным видом в отношении «отзывчивости» на инокуляцию грибами арбускулярной микоризы и клубеньковыми бактериями (Zhukov et al., 2017). Выделяют «отзывчивые» на инокуляцию генотипы, которые способны к значительному увеличению биомассы и семенной продуктивности в ответ на инокуляцию, и «неотзывчивые», которые не демонстрируют такого ответа (Shtark et al., 2012). В рамках сотрудничества с группой к.б.н. А.А. Фролова (лаб. Функциональной геномики СПбГУ) с использованием протеомного подхода было установлено, что растения «отзывчивого» генотипа реагируют на инокуляцию продлением фазы налива семян, а растения «неотзывчивого» генотипа – ускоренным завершением созревания семян, что отражается в увеличении массы семян при инокуляции лишь у «отзывчивого» генотипа (Mamontova et al., 2019). В настоящее время в ходе проекта РНФ 20-16-00107 под руководством к.б.н. О.Ю. Штарк проводится транскриптомный и метаболомный анализ семян растений «отзывчивого» и «неотзывчивого» генотипов для выявления молекулярно-генетических основ данной реакции растений на инокуляцию.
В другой недавней работе с применением метаболомики продемонстрирован эффект продления жизненного цикла у растений сорта Finale под воздействием гриба АМ (Shtark et al., 2019), а также описаны изменения метаболома, характерные для микоризованных корней гороха посевного (Shtark et al., 2021). В рамках нового проекта РНФ 16-22-00109 под руководством к.б.н. Жукова В.А. это исследование продолжается: проводится детальное изучение метаболома, протеома и транскриптома подземных органов растения – корней и клубеньков, непосредственно вовлечённых в образование и функционирование симбиозов.
С использованием транскриптомного подхода проведено сравнение профилей экспрессии генов в корнях растений гороха между группами нескольких неродственных генотипов, контрастных по степени отзывчивости на инокуляцию микроорганизмами, и выявлены транскриптомные сигнатуры (специфические профили экспрессии генов), характерные для генотипов гороха с высокой и низкой симбиотической отзывчивостью (Afonin et al., 2021c). У высокоотзывчивых генотипов гороха, в отличие от низкоотзывчивых, активированы процессы биосинтеза флавоноидов в корнях и подавлен стриголактоновый сигналинг, что в целом свидетельствует о более строгом контроле «отзывчивых» генотипов гороха над своими микросимбионтами, по сравнению с «неотзывчивыми» генотипами. Идентифицированные транскриптомные маркеры могут быть полезны для селекционной работы.
Проведен анализ полиморфизма серии симбиотических генов у набора неродственных генотипов гороха с ранее определенными параметрами симбиотической эффективности и оценено влияние аллельных состояний симбиотических генов на признак симбиотической отзывчивости. Установлено, что определённое аллельное состояние гена LykX, кодирующего рецептор бактериальных сигнальных молекул, ассоциировано с повышенной семенной продуктивностью при выращивании растений в симбиотических условиях (Sulima et al., 2017; Zhukov et al., 2021b). На основании данного результата спланирована работа по генетическому редактированию последовательности гена LykX у культурных сортов гороха с целью повышения их продуктивности, которая проводится в рамках совместного проекта с каф. генетики и биотехнологии СПбГУ и Университетом «Сириус».