Изучение филогенетической структуры фитомикробиома с целью использования в селекции растений

Статья является обзорной и посвящена исследованию закономерностей формирования филогенетической структуры фитомикробиомов и методам селекции растений, направленным на их оптимизацию с целью получения новых фенотипов с ценными хозяйственными свойствами. При создании высокопродуктивных адаптивных сортов плодовых и ягодных культур необходимо использование ресурса ассоциированных микроорганизмов, входящих в состав фитомикробиома (эндосферы, филлосферы, ризосферы), которые выполняют важную роль в реализации потенциала генотипа и могут способствовать получению новых форм с более высоким уровнем проявления полезных признаков. С этой целью обоснована необходимость разработки экологически безопасных направлений и методов селекции, основанных на достижениях синтетической биологии и инженерии фитомикробиома, оптимизирующих симбиоз растений и микроорганизмов. Эта стратегия может ускорить селекционный процесс, а их использование увеличит количество и качество доноров и источников с хозяйственно-ценными признаками.

1. Сазонов Ф. Ф., Евдокименко C. Н., Неброй К. Ю., Подгаецкий М. А. Оценка генофонда смородины черной ФГБНУ ФНЦ Садоводства по устойчивости к почковому клещу в условиях Брянской области, Садоводство и виноградарство. 2023;3:28-36. DOI: 10.31676/0235-2591-2023-3-28-36.

2. Fenta L., Mekonnen H. Microbial biofungicides as a substitute for chemical fungicides in the control of phytopathogens: current perspectives and research directions, Scientifica. 2024;1:1-12. DOI: 10.1155/2024/5322696.

3. Kumar V., Raghuvanshi N., Kumar A., Rithesh L., Rai A., Pandey A. K. Deciphering phytomicrobiomes for sustainable crop production: Recent findings and future perspectives, Plant Stress. 2023;10:100285. DOI: 10.1016/j.stress.2023.100285.

4. О семеноводстве: Федеральный закон от 30 декабря 2021 года № 454-ФЗ. Собр. законодательства Рос. Федерации. 2022. № 1 от 3 января 2022 г. (ЧастиI-IV). Ст. 23.

5. Contreras-Liza S. E. Plant Breeding and Microbiome, Plant Breeding Current and Future Views. 2021, 188-189. DOI: 10.5772/intechopen.94948.

6. Проворов Н. А., Тихонович И. А. Симбиогенетика и симбиогенез: молекулярные и экологические основы интегративной эволюции, Генетика. 2023;59(2):135-146. DOI: 10.31857/S0016675823020091.

7. Sangiorgio D., Cellini A., Donati I., Ferrari E., Tanunchai B., Fareed S., Wahdan M., Sadubsarn D., Farneti B., Checcucci A., Buscot F., Spinelli F., Purahong W. Taxonomical and functional composition of strawberry microbiome is genotype-dependent, Journal of Advanced Research. 2022;42:189-204. DOI: 10.1016/j.jare.2022.02.009.

8. Ghatak A., Kanellopoulos A. E., López-Hidalgo C. [et al.]. Natural variation of the wheat root exudate metabolome and its influence on biological nitrification inhibition activity, Plant Biotechnology Journal. 2025;23(11):55-72. DOI:10.1111/pbi.70248.

9. Abdelfattah A., Tack A. J. M., Wasserman B., Liu J., Berg G., Norelli J., Droby S., Wisniewski M. Evidence for host-microbiome co-evolution in apple, New Phytol. 2022;234(6):2088-2100. DOI: 10.1111/nph.17820.

10. Patz S., Rauh M., Gautam A., Huson D. H. Metagenomic analysis of plant growth-promoting traits, BioRxiv. 2024. DOI: 10.1101/2024.02.17.580828.

11. Chaudhary P., Agri U., Chaudhary A., Kumar A., Kumar G. Endophytes and their potential in biotic stress management and crop production, Front. Microbiol. 2022;13:933017. DOI: 10.3389/fmicb.2022.933017.

12. Abokoura H. Endophytic Bacteria; Diversity, Characterization and Role in Agriculture, Journal of Basic & Applied Sciences. 2023;1:19. DOI: 10.29169/1927-5129.2023.19.11.

13. O’Banion B. S., Jones P., Demetros A. A., Kelley B. R., Knoor L. H., Wagner A. S., Chen J. G., Muchero W., Reynolds T. B., Jacobson D., Lebeis S. L. Plantmyo-inositol transport influences bacterial colonization phenotypes, Curr Biol. 2023;33(15):3111-3124. DOI: 10.1016/j.cub.2023.06.057.

14. Su P., Kang H., Peng Q., Wicaksono W. A., Berg G., Liu Z., Ma J., Zhang D., Cernava T., Liu Y. Microbiome homeostasis on rice leaves is regulated by a precursor molecule of lignin biosynthesis, Nature Commun. 2024;15(1):23. DOI: 10.1038/s41467-023-44335-3.

15. Галиева Г. Ш., Галицкая П. Ю., Селивановская С. Ю. Растительный микробиом: происхождение, состав и функции, Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. 2023;165(2):231-262. DOI: 10.26907/2542-064X.2023.2.231-262.

16. Romão I. R., do Carmo Gomes J., Silva D. et.al. The seed microbiota from an application perspective: an underexplored frontier in plant-microbe interactions, Crop Health. 2025;3:12. DOI: 10.1007/s44297-025-00051-6.

17. Simonin M., Briand M., Chesneau G., Rochefort A., Marais C., Sarniguet A., Barret M. Seedmicrobiota revealed by a large-scale meta-analysis including 50 plant species, New Phytologist. 17 February 2022, 1448-1463. DOI: 10.1111/nph.18037.

18. Johnston-Monje D., Gutiérrez J. P., Lopez-Lavalle L. A. B. Seed-Transmitted Bacteria and Fungi Dominate Juvenile Plant Microbiomes, Front. Microbiol. 2021;12:737616. DOI: 10.3389/fmicb.2021.737616.

19. Matsumoto H., Fan X., Wang Y. et al. Bacterial seed endophyte shapes disease resistance in rice, Nat. Plants. 2021;7:60-72. DOI: 10.1038/s41477-020-00826-5.

20. Michl K., Kanasugi M., Förster A., Wuggenig R., Issifu S., Hrynkiewicz K., Emmerling C., David C., Dumont B., Martensson L. D., Rasche F., Berg G., Cernava T. The microbiome of a perennial cereal differs from annual winter wheat only in the root endosphere, ISME Commun. 2024;23;5(1):ycae165. DOI: 10.1093/ismeco/ycae165.

21. Olimi E., Kusstatscher P., Wicaksono W. A. et al. Insights into the microbiome assembly during different growth stages and storage of strawberry plants, Environmental Microbiome. 2022;17:21. DOI: 10.1186/s40793-022-00415-3.

22. Wicaksono W. A., Buko A., Kusstatscher P. et al. Impact of Cultivation and Origin on the Fruit Microbiome of Apples and Blueberries and Implications for the Exposome, Microb. Ecol. 2023;86:973-984. DOI: 10.1007/s00248-022-02157-8.

23. Cernava T. Coming of age for Microbiome gene breeding in plants, Nat Commun. 2024;15:6623. DOI: 10.1038/s41467-024-50700-7.

24. Hanif M. S., Tayyab M., Baillo E. H., Islam M. M., Islam W., Li X. Plant microbiome technology for sustainable agriculture, Frontiers in Microbiology. 2024, 15. DOI: 10.3389/fmicb.2024.1500260.

25. Jain P., Ravi L. Phytomicrobiomes Engineering Using Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR). In: Dharumadurai, D., Narayanan A. S. (eds), Plant Microbiome Engineering. Methods and Protocols in Food Science. Humana, New York, NY. 2025, 377-400. DOI: 10.1007/978-1-0716-4180-4_43.

26. Shinde C. Plant Microbiome Engineering for Crop Breeding: A Revolutionary Approach, New Era agriculture Magazine. 2024:3(5):227-230.

27. Ke J., Wang B., Yoshikuni Y. Microbiome Engineering: Synthetic Biology of Plant-Associated Microbiomes in Sustainable Agriculture, Trends Biotechnol. 2021;39(3):244-261. DOI: 10.1016/j.tibtech.2020.07.008.

28. Orukotan K. E., Elughi G. N., Abimbola B. S., Akinyosoye A. D., Ahuekwe E. F., Oziegbe O. Plant Microbiome Engineering: Principles, Methods, and Current Trends. In: Isibor P. O., Akinduti P., Oranusi S. U., Popoola J. O. Biotechnological Approaches to Sustainable Development Goals. Springer, Cham. 2023, 251-267. DOI: 10.1007/978-3-031-33370-5_17.

29. Vinskienė J., Tamošiūnė I., Rugienius R. et al. Endophytic bacterial community dynamics in sweet cherry in vitro shoot culture and their role in shoot adaptation after cryopreservation, BMC Plant Biol. 2024;24:1145. DOI: 10.1186/s12870-024-05866-z.

30. Бобкова В. В., Коновалов С. Н., Упадышев М. Т. Таксономический состав эндофитного бактериального компонента микробиома растительных тканей клоновых подвоев яблони, выращиваемых на дерново-подзолистых почвах с различными свойствами, Садоводство и виноградарство. 2021;6:36-44. DOI: 10.31676/0235-2591-2021-6-36-44.

31. Бобкова В. В., Коновалов С. Н., Чеботарь В. К. Изучение таксономического состава бактериального компонента микробиома сортов земляники садовой (Fragaria x ananassa Duch.) в условиях Московской области, Материалы 3-ей Международной научной конференции PLAMIC2022 «Растения и микроорганизмы: биотехнология будущего» 3-8 октября 2022 г., Санкт-Петербург. Отв. ред. И. А. Тихонович. 2022, 45.