Agrobacterium tumefaciens
| Agrobacterium tumefaciens | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Электронная микрофотография Agrobacterium tumefaciens в процессе инфицирования клетки моркови, начало передачи плазмиды.
|
||||||||||||||
| Научная классификация | ||||||||||||||
|
||||||||||||||
| Латинское название | ||||||||||||||
| Agrobacterium tumefaciens (Smith et Townsend 1907) Conn 1942 |
||||||||||||||
|
Agrobacterium tumefaciens — грамотрицательная, облигатно аэробная палочковидная почвенная бактерия рода Agrobacterium. Способна трансформировать клетки растений при помощи специальной плазмиды. Фитопатоген, вызывает образование т. н. корончатых галлов у растений, также известна условная патогенность у людей, страдающих иммунодефицитными заболеваниями, например СПИД[1]. Используется в генной инженерии для трансформации растений.
Содержание |
Систематика [править]
Впервые была описана Смитом (Smith) и Тоунзендом (Townsend) под названием Bacterium tumefaciens (от tumor «опухоль» и facere «делать, действовать» — в названии была отражена способность бактерии вызывать опухоли растений). В 1902 г. Бейеринк (Beijerink) и ван Дельден (van Delden) описали вид под названием Agrobacterium radiobacter, в 1942 г. Конн (Conn) реклассифицировал вид под названием Agrobacterium tumefaciens. В 1993 Савада (Sawada) и др. предложили отменить название Agrobacterium tumefaciens (Smith et Townsend 1907) Conn 1942 как нелегитимный поздний синоним названия Agrobacterium radiobacter (Beijerinck, van Delden 1902) Conn 1942[2], однако комиссия оставила Agrobacterium tumefaciens как типовой вид рода Agrobacterium Conn 1942[3]. В 2001 году Янг (Young) и др. предложили перевести вид Agrobacterium tumefaciens в род Rhizobium, что решало вопрос о видовом эпитете tumefaciens, который был бы легитимным при переводе бактерии в другой род[4].
Биологические свойства [править]
Морфология [править]
Прямые или слегка изогнутые палочковидные бактерии размером 0,6—1,0 × 1,5—3,0 мкм. Не образуют спор, подвижные. Несут 1—4 жгутика, расположенных перитрихиально. Располагаются одиночно или попарно.
Культуральные свойства [править]
Хемоорганогетеротроф, облигатный аэроб. Не требует специфических факторов для роста на искусственных питательных средах. Способен использовать относительно большой спектр органических веществ как единственный источник углерода (N-ацетилглюкозамин, α-аланин, β-аланин, арабинозу, аспартат, дульцит и т. д.), способен расти в LB-бульоне. На агаризованных питательных средах образуют выпуклые, круглые гладкие непигментированные или слабо-бежевые колонии. Утилизируют маннитол и другие углеводы с образованием кислоты. На средах с углеводами наблюдается выделение внеклеточной слизи полисахаридной природы. Оксидазоположительны, образуют уреазу, не образуют индол[5].
Геном [править]
Геном A. tumefaciens штамма С58 имеет размер 5,67 Мп.н. и состоит из двух хромосом (кольцевой и линейной[6]) и двух плазмид. Отмечен большой уровень гомологии с геномом Sinorhizobium meliloti, что предполагает недавнее эволюционное расхождение[7].
Хромосомы [править]
Кольцевая хромосома A. tumefaciens штамма С58 имеет размер 2841580 п.н. и содержит 2819 генов, из которых 2765 кодируют белки[8]. Линейная хромосома же имеет размер 2075577 п.н. и содержит 1884 генов, из которых 1851 кодируют белки[9]. Наличие кольцевой и линейной хромосомы характерно и для других штаммов A. tumefaciens, например штамма MAFF301001[10].
Плазмиды [править]
A. tumefaciens штамм С58 содержит две плазмиды: плазмида At-плазмида и Ti-плазмида. At-плазмида (от Agrobacterium tumefaciens) представляет собой кольцевую двуцепочечную молекулу ДНК размером 542868 п.н. и содержит 557 гена, из которых 542 кодируют белки[11]. Ti-плазмида (от англ. tumor-inducing) обуславливает патогенность A. tumefaciens и способна встраиваться в геном растения-хозяина, перенося Т-ДНК в процессе сайт-специфической рекомбинации[12][13], плазмида также может частично встраиваться в геном Saccharomyces cerevisiae путём незаконной рекомбинации[14]. Однако заражение мышей патогенными A. tumefaciens не вызывает экспрессии репортерных генов в тканях[15]. Ti-плазмида A. tumefaciens штамма С58 представляет собой кольцевую двуцепочечную молекулу ДНК размером 214233 п.н. и содержит 199 генов, из которых 197 кодируют белки[16]. Ti плазмида A. tumefaciens содержит гены, контролирующие синтез и катаболизм специфических аминокислот- опинов[17], использующихся A. tumefaciens в качестве источника питания (октопин, нопалин, агропин)[18], гены вирулентности, гены синтеза фитогормонов- цитокининов и ауксинов (собственно они вызывают опухолеобразование и дедифференцировку тканей растения), Т-ДНК собственно представляет собой интегрируемый участок Ti плазмиды, несущий гены синтеза фитогормонов и опинов[19].
Патогенность для растений [править]
A. tumefaciens вызывает образование т. н. корончатых галлов у растений. Опухолеобразование связано с переносом Т-ДНК в геном растения с последующей его трансформацией. Трансформированные клетки ввиду дисбаланса синтеза фитогормонов дедифференцируются и начинают неупорядоченный рост. Также трансформированные клетки растения начинают синтезировать опины, которые A. tumefaciens способна использовать как источник питания. Определённую роль в индукции экспрессии генов вирулентности A. tumefaciens с растением-хозяином играют специфические внутриклеточные метаболиты растения[20], выделяющиеся при ранении тканей растения[21]. Важным этапом патогенного процесса является синтез Т-пилей при помощи системы секреции IV типа, осуществляющееся под действием VirB-оперона. При помощи Т-пилей A. tumefaciens присоединяется к клетке растения, формируя коньюгационный мостик и при помощи белка VirE1 переносит комплекс одноцепочечная Т-ДНК- белок VirE2[22] (образовавшуюся предварительно из Ti плазмиды и соединенную с белком VirE2[23]) в клетку растения[24][25]. Также на трансформацию клеток растений оказывает влияние специфический белок VirE3, транспортирующийся в ядро вместе с Т-ДНК и предположительно связывающийся с фактором транскрипции[26]. В ядре Т-ДНК интегрируется в геном клетки растения-хозяина[27] путём сайт-специфической рекомбинации[28][29]. Внедрение Т-ДНК вызывает образование характерных опухолей растений из-за гиперсинтеза фитогормонов, в опухолевых тканях начинают накапливаться опины.
Использование в генной инженерии [править]
Ввиду способности A. tumefaciens трансформировать клетки растений, бактерия сейчас активно используется для привнесения генетического материала с целью генетической модификации растений[30][31]. A. tumefaciens способна трансформировать как двудольные растения[32][33], так и некоторые однодольные растения[34][35] и некоторые микроскопические грибки[36]. Поэтому были разработаны специальные векторы на основе Ti-плазмиды с удалёнными генами фитогормонов и опинов («разоруженной плазмиды») для привнесения чужеродной генетической информации в геном растений[37] с целью получения растений с желаемыми полезными признаками.
См. также [править]
Примечания [править]
- ↑ Инфекции, вызываемые Agrobacterium tumefaciens
- ↑ Sawada H., Ieki H., Oyaizu H. and Mtsumoto S. Proposal for rejection of Agrobacterium tumefaciens and revised descriptions for the genus Agrobacterium and for Agrobacterium radiobacter and Agrobacterium rhizogenes// Int. J. Syst. Bacteriol., 1993, 43, 694—702.
- ↑ JUDICIAL COMMISSION: Minutes of the Meetings, 2 and 6 July 1994, Prague, Czech Republic. Int. J. Syst. Bacteriol., 1995, 45, 195—196.
- ↑ A revision of Rhizobium Frank 1889, with an emended description of the genus, and the inclusion of all species of Agrobacterium Conn 1942 and Allorhizobium undicola de Lajudie …
- ↑ Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology
- ↑ Presence of one linear and one circular chromosome… [J Bacteriol. 1993] — PubMed result
- ↑ The genome of the natural genetic engineer Agrobac… [Science. 2001] — PubMed result
- ↑ uid=189 Genome Result
- ↑ uid=190 Genome Result
- ↑ http://www.jstage.jst.go.jp/article/ggs/76/6/363/_pdf
- ↑ uid=191 Genome Result
- ↑ Site-Specific Integration of Agrobacterium tumefaciens T-DNA via Double-Stranded Intermediates — Tzfira et al. 133 (3): 1011 — Plant Physiology
- ↑ Involvement of KU80 in T-DNA integration in plant cells — PNAS
- ↑ Integration of Agrobacterium tumefaciens T-DNA in the Saccharomyces cerevisiae genome by illegitimate recombination — PNAS
- ↑ PLoS ONE: Agrobacterium tumefaciens-Induced Bacteraemia Does Not Lead to Reporter Gene Expression in Mouse Organs
- ↑ uid=192 Genome Result
- ↑ Diversity of Opines and Opine-Catabolizing Bacteria Isolated from Naturally Occurring Crown Gall Tumors — Moore et al. 63 (1): 201 — Applied and Environmental Microbiology
- ↑ Ti-плазмида (Ti-plasmid, tumor inducing plasmid) — Плазмида почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens, специфический Т-участок которой способен включаться в клетки двудольн …
- ↑ Agrobacterium and Ti Plasmids — A Brief History
- ↑ A plant cell factor induces Agrobacterium tumefaciens vir gene expression — PNAS
- ↑ Identification of the signal molecules produced by wounded plant cells that activate T-DNA transfer in Agrobacterium tumefaciens
- ↑ ScienceDirect — FEMS Microbiology Letters : The VirE2 protein of Agrobacterium tumefaciens: the Yin and Yang of T-DNA transfer
- ↑ Plant Transformation by Agrobacterium tumefaciens — JBC
- ↑ VirE1 protein mediates export of the single-stranded DNA-binding protein VirE2 from Agrobacterium tumefaciens into plant cells — Sundberg et al. 178 (4): 1207 — The Journal of …
- ↑ Crystal structure of the Agrobacterium virulence complex VirE1-VirE2 reveals a flexible protein that can accommodate different partners — PNAS
- ↑ The Agrobacterium VirE3 effector protein: a potential plant transcriptional activator — García-Rodríguez et al., 10.1093/nar/gkl877 — Nucleic Acids Research
- ↑ Agrobacterium-Mediated Plant Transformation: the Biology behind the «Gene-Jockeying» Tool — Gelvin 67 (1): 16 — Microbiology and Molecular Biology Reviews
- ↑ Efficient vir Gene Induction in Agrobacterium tumefaciens Requires virA, virG, and vir Box from the Same Ti Plasmid — Krishnamohan et al. 183 (13): 4079 — The Journal of Bacte …
- ↑ The Agrobacterium tumefaciens gene transfer to plant cell
- ↑ Agrobacterium tumefaciens: a natural tool for plant transformation
- ↑ Agrobacterium tumefaciens
- ↑ Transformation of Poplar by : Agrobacterium tumefaciens : Abstract : Nature Biotechnology
- ↑ http://www.bashedu.ru/str_n_col/vestnic/magaz1_2/S3_9.html
- ↑ Transformation of Zea mays L. Using Agrobacterium tumefaciens and the Shoot Apex — Gould et al. 95 (2): 426 — PLANT PHYSIOLOGY
- ↑ Agrobacterium tumefaciens transformation of Musa species — Patent 5792935
- ↑ Abstracts: Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation of Aspergillus fumigatus: An efficient tool for insertional mutagenesis and targeted gene disruption — Biological …
- ↑ T-DNA Binary Vectors and Systems — Lee and Gelvin 146 (2): 325 — PLANT PHYSIOLOGY
