Agrobacterium tumefaciens

Agrobacterium tumefaciens — вид грам-негативних облігатно аеробних паличковидних ґрунтових бактерій. На відміну від своїх родичів — різобій, — що є симбіонтами рослин, ця бактерія є відомим патогеном багатьох видів рослин, викликаючи хворобу корончастих галлів (типу рослинної пухлини). Через велике число видів рослин, які вона вражає (наприклад, виноград, хрін, цукровий буряк, ревінь), є важливою загрозою для сільського господарства[1]. Крім того, вона може бути опортуністичним патогеном деяких тварин, зокрема людини[2]. Головний фактором патогенності є здатність цієї бактерії трансформувати клітини рослини-хазяїна за допомогою спеціальної плазміди. Через цю властивість Agrobacterium tumefaciens широко використовується в генній інженерії для трансформації рослин.

?
Agrobacterium tumefaciens

Електронна мікрофотографія A. tumefaciens в процесі інфікування клітини моркови
Біологічна класифікація
Домен: Бактерії (Bacteria)
Тип: Протеобактерії (Proteobacteria)
Клас: Альфа-протеобактерії (α Proteobacteria)
Ряд: Rhizobiales
Родина: Rhizobiaceae
Рід: Agrobacterium
Вид: Agrobacterium tumefaciens
Біноміальна назва
Agrobacterium tumefaciens
(Smith et Townsend 1907) Conn 1942
Синоніми
Bacterium tumefaciens
Smith and Townsend 1907
Pseudomonas tumefaciens
(Smith and Townsend 1907) Duggar 1909
Phytomonas tumefaciens
(Smith and Townsend 1907) Bergey et al. 1923
Polymonas tumefaciens
(Smith and Townsend 1907) Lieske 1928
Посилання
Вікісховище: Agrobacterium tumefaciens
Віківиди: Agrobacterium tumefaciens
ITIS: 967928
NCBI: 358

Систематика

Ця бактерія була вперше описана Смітом (Smith) і Таунсендом (Townsend) під назвою Bacterium tumefaciens (від tumor — «пухлина» і facere — «робити, діяти» — в назві була відображена здатність бактерії викликати пухлини рослин). У 1902 році Бейєрінк (Beijerink) і ван Дельден (van Delden) описали вид під назвою Agrobacterium radiobacter, а в 1942 році Конн (Conn) рекласифікував його під назвою Agrobacterium tumefaciens. У 1993 році Савада (Sawada) та ін. запропонували скасувати назву Agrobacterium tumefaciens як нелегітимний молодший синонім назви Agrobacterium radiobacter[3], проте комісія залишила назву Agrobacterium tumefaciens і цю бактерію як типовий вид роду Agrobacterium Conn 1942[4]. У 2001 році Юнг (Young) та ін. запропонували перевести вид Agrobacterium tumefaciens до роду Rhizobium, що вирішувало питання про видовий епітет tumefaciens, який був би легітимним при перенесенні бактерії до іншого роду[5], проте пропозиція не була прийнята.

Біологічні властивості

Морфологія

Agrobacterium tumefaciens — прямі або злегка зігнуті паличкоподібні бактерії розміром 0,6-1,0 × 1,5-3,0 мікрон. Не утворюють спор, рухомі за допомогою 1-4 джгутиків, розташованих перітрихіально, одиночно або попарно.

Метаболізм

Ця бактерія хемоорганогетеротроф, облігатний аероб. Не вимагає специфічних факторів для зростання на штучних поживних середовищах. Здатна використовувати відносно великий спектр органічних речовин як єдине джерело вуглецю (N-ацетилглюкозамін, α-аланін, β-аланін, арабінозу, аспартат, дульцит тощо), здатний рости в LB-бульйоні. На агаризованих поживних середовищах утворюють опуклі, круглі гладкі колонії, що не пігментуються або слабо-бежеві. Утилізувє маннітол та інші вуглеводи з утворенням кислоти. На середовищах з вуглеводами спостерігається виділення слизу (екзополісахаридів). Оксидазопозитивні, утворюють уреазу, не утворюють індол[6].

Геном

Геном A. tumefaciens штаму С58 має розмір 5,67 млн. пар основ і складається з двох хромосом (кільцеіої і лінійної[7]) і дві плазміди. Відмічений великий рівень гомології з геномом Sinorhizobium meliloti, що припускає недавнє еволюційне розходження[8].

Кільцева хромосома A. tumefaciens штаму С58 має розмір 2841580 пар основ і містить 2819 генів, з яких 2765 кодують білки[9]. Лінійна хромосома має розмір 2075577 пар основ і містить 1884 генів, з яких 1851 кодують білки[10]. Наявність кільцевої і лінійної хромосоми характерна і для інших штамів A. tumefaciens, наприклад штаму MAFF301001[8].

Мапа Ti-плазміди A. tumefaciens

A. tumefaciens штаму С58 містить два плазміди: At-плазміду і Ti-плазміду. At-плазмида (від Agrobacterium tumefaciens) є кільцевою дволанцюжковою молекулою ДНК розміром 542868 пар основ і містить 557 генів, з яких 542 кодують білки[11]. Ti-плазмида (від англ. tumor inducing) обумовлює патогенність A. tumefaciens і здатна вбудовуватися в геном рослини-господаря, переносячи Т-ДНК в процесі сайт-специфічної рекомбінації[12][13], плазміда також може частково вбудовуватися в геном Saccharomyces cerevisiae шляхом незаконної рекомбінації[14]. Проте зараження мишей патогенними A. tumefaciens не викликає експресії генів-репортерів в тканинах[15]. Ti-плазміда A. tumefaciens штаму С58 є кільцевою двуцепочечную молекулою ДНК розміром 214233 пар основ і містить 199 генів, з яких 197 кодують білки[16]. Ця плазміда містить гени, що контролюють біосинтез і катаболізм специфічних амінокислот, — опінів[17], що використовуються як джерело живляння цієї бактерії (октопін, нопалін, агропін)[18], гени вірулентності, гени синтезу фітогормонів — цитокінінів і ауксинів (власне вони викликають утворення пухлин і дедиференціювання тканин рослини), Т-ДНК власне і є інтегрованою ділянкою Ti-плазміди, що несе гени синтезу фітогормонов і опінів[19].

Патогенність для рослин
Корончасті галли, утворені A. tumefaciens на корінні Carya illinoensis

A. tumefaciens викликає утворення так званих корончатих галлів у рослин. Це пухлиноутворення пов'язане з перенесенням Т-ДНК в геном рослини з подальшою його трансформацією. Трансформовані клини, зважаючи на дисбаланс синтезу фітогормонов, дедіференцуються і починають неврегульоване зростання. Також трансформовані клітини рослини починають синтезувати опіни, які A. tumefaciens здатна використовувати як джерело живлення. Певну роль в індукції експресії генів вірулентності A. tumefaciens з рослиною-господарем грають специфічні внутріклітинні метаболіти рослини-хазяїна[20], що виділяються при пораненні тканин рослини[21]. Важливим етапом патогенного процесу є синтез Т-ворсинок при допомозі системи секреції IV типу, що здійснюється під дією VIRB-оперону. За допомогою Т-ворсинок A. tumefaciens приєднується до клітини рослини, формуючи кон'югаційний місток і за допомогою білка VirE1 переносить комплекс одноланцюжкової Т-ДНК з білком VirE2[22] (що утворюється заздалегідь з Ti-плазміди і сполученого з білком VirE2[23]) в клітину рослини[24][25]. Також на трансформацію клітин рослин робить вплив специфічний білок VirE3, що транспортується в ядро разом з Т-ДНК і що ймовірно зв'язується з фактором транскрипції[26]. У ядрі Т-ДНК інтегрується в геном клітини рослини-хазяїна[27] шляхом сайт-специфічної рекомбінації[28][29]. Впровадження Т-ДНК викликає утворення характерних пухлин рослин через гіперсинтез фітогормонів, у пухлинних тканинах починають накопичуватися опіни. Подібний процес властивий іншому виду роду A. rhizogenes, що також містить Ті плазміду.

Використання в генній інженерії
S. chacoense, трансформовані за допомогою A. tumefaciens. Шматочки листка, в яких розпочалося калусоутворення

Завдяки здатності A. tumefaciens трансформувати клітини рослин, ця бактерія зараз активно використовується для перенесення генетичного матеріалу з метою генетичної модифікації рослин[30][31]. A. tumefaciens здатна трансформувати більшість дводольних рослин[32][33], так і деякі однодольні[34][35] та деякі мікроскопічні грибки[36]. На основі Ti-плазмиди були розроблені специфічні вектори, з видаленими генами фітогормонів і опінів, для того, щоб переносити чужорідну генетичну інформації до геному рослин[37] з метою отримання рослин з бажаними корисними ознаками.

Див. також

Примітки
  1. Moore LW, Chilton WS, Canfield ML (1997). Diversity of Opines and Opine-Catabolizing Bacteria Isolated from Naturally Occurring Crown Gall Tumors. App. Environ. Microbiol. 63: 201–207. PMID 16535484.
  2. Инфекции, вызываемые Agrobacterium tumefaciens. Биология и медицина. Архів оригіналу за 27 червня 2013. Процитовано 22 вересня 2008.
  3. Sawada H., Ieki H., Oyaizu H., and Mtsumoto S (1993). Proposal for rejection of Agrobacterium tumefaciens and revised descriptions for the genus Agrobacterium and for Agrobacterium radiobacter and Agrobacterium rhizogenes. Int. J. Syst. Bacteriol. 43: 694—702. PMID 8240952.
  4. Judicial Comission (1995). Minutes of the Meetings, 2 and 6 July 1994, Prague, Czech Republic. Int. J. Syst. Bacteriol. 45: 195—196.
  5. JM Young, LD Kuykendall, E Martinez-Romero, A Kerr and H Sawada (2001). A revision of Rhizobium Frank 1889…. Int. J. Systematic and Evolutionary Microbiology 51: 89–103. PMID 11211278. Архів оригіналу за 5 вересня 2009. Процитовано 22 вересня 2008.
  6. John G Holt (1994). Bergey's Manual of Determinative Bacteriology (вид. 9th). ISBN 978-0683006032.
  7. Allardet-Servent A, Michaux-Charachon S, Jumas-Bilak E, Karayan L, Ramuz M (1993). Presence of one linear and one circular chromosome in the Agrobacterium tumefaciens C58 genome. J Bacteriol. 175 (24): 7869–7874. PMID 8253676.
  8. Wood DW et. al (2001). The genome of the natural genetic engineer Agrobacterium tumefaciens C58. Science 294 (5550): 2266. PMID 11743193.
  9. Agrobacterium tumefaciens str. C58 chromosome circular, complete sequence. NCBI.
  10. Agrobacterium tumefaciens str. C58 chromosome linear, complete sequence. NCBI.
  11. Agrobacterium tumefaciens str. C58 plasmid At, complete sequence. NCBI.
  12. Tzfira T, Frankman LR, Vaidya M, Citovsky V (2003). Site-Specific Integration of Agrobacterium tumefaciens T-DNA via Double-Stranded Intermediates. Plant Physiol. 133 (3): 1011–23.
  13. Li J, Vaidya M, White C, Vainstein A, Citovsky V, Tzfira T (2005). Involvement of KU80 in T-DNA integration in plant cells. Proc Natl Acad Sci U S A 102 (52): 19231–6. PMID 16380432.
  14. Paul Bundock and Paul J. J. Hooykaas (1996). Integration of Agrobacterium tumefaciens T-DNA. PNAS 93 (26): 15272–15275.
  15. Igor V. Petrunia et. al (2008). Agrobacterium tumefaciens-Induced Bacteraemia Does Not Lead to Reporter Gene Expression in Mouse Organs. PLoS Biology 3 (6): e2352. doi:10.1371/journal.pone.0002352.
  16. Agrobacterium tumefaciens str. C58 Ti plasmid, complete sequence. NCBI.
  17. Larry Moore, William Scott, and Marilyn Canfield (1997). Diversity of Opines and Opine-Catabolizing Bacteria Isolated from Naturally Occurring Crown Gall Tumors. Appl. Env. Mocrobiol. 63 (1): 201–207.
  18. Ti-плазмида. Cbio.ru. Архів оригіналу за 27 червня 2013. Процитовано 23 вересня 2008.
  19. Agrobacterium and Ti Plasmids — A Brief History. Scribd. Архів оригіналу за 27 червня 2013. Процитовано 23 вересня 2008.
  20. http://www.pnas.org/content/83/2/379.abstract
  21. http://www.nature.com/nature/journal/v318/n6047/abs/318624a0.html
  22. http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6T2W-48JC5WX-1&_user=10&_coverDate=06%5Bнедоступне+посилання+з+серпня+2019%5D %2F06%2F2003&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=698c36cab0b02a12183af2827e2d84d1
  23. http://www.jbc.org/cgi/content/full/282/6/3458
  24. http://jb.asm.org/cgi/content/abstract/178/4/1207?ijkey=41429f8dcdead92c99b9be966bd91464ea4c714d&keytype2=tf_ipsecsha
  25. http://www.pnas.org/content/105/32/11170.full
  26. http://nar.oxfordjournals.org/cgi/content/abstract/gkl877v1%5Bнедоступне+посилання+з+лютого+2019%5D
  27. http://mmbr.asm.org/cgi/content/full/67/1/16
  28. http://jb.asm.org/cgi/content/full/183/13/4079
  29. Gustavo A. de la Riva et. al (1998). Agrobacterium tumefaciens: a natural tool for plant transformation. EJB Electronic Journal of Biotechnology 1 (3).
  30. http://www.ejbiotechnology.info/content/vol1/issue3/full/1/
  31. http://www.biology.ed.ac.uk/research/groups/jdeacon/microbes/crown.htm
  32. http://www.nature.com/nbt/journal/v4/n6/abs/nbt0686-533.html
  33. Архівована копія. Архів оригіналу за 4 травня 2008. Процитовано 23 вересня 2008.
  34. http://www.plantphysiol.org/cgi/content/abstract/95/2/426
  35. http://www.freepatentsonline.com/5792935.html
  36. http://www.faqs.org/abstracts/Biological-sciences/Agrobacterium-tumefaciens-mediated-transformation-of-Aspergillus-fumigatus-An-efficient-tool-for-ins.html
  37. Lan-Ying Lee and Stanton B. Gelvin (2008). T-DNA Binary Vectors and Systems. Plant Physiology 146 (2): 325.

Посилання
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.