Agrobacterium tumefaciens

? Agrobacterium tumefaciens
Электронная микрофотография Agrobacterium tumefaciens в процессе инфицирования клетки моркови, начало передачи плазмиды.
Научная классификация
Царство: Бактерии Тип: Протеобактерии Класс: Альфа-протеобактерии Порядок: Rhizobiales Семейство: Rhizobiaceae Род: Agrobacterium Вид: Agrobacterium tumefaciens
Латинское название
Agrobacterium tumefaciens (Smith et Townsend 1907) Conn 1942
[{{fullurl:wikispecies:{{{wikispecies}}}|uselang=ru}} Систематика на Викивидах] Изображения на Викискладе NCBI 358

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.

Систематика

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

Морфология

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

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

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

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

Основная статья: Ti-плазмида

Физическая карта Ti плазмиды A. tumefaciens

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

Корончатые галлы, образуемые A. tumefaciens на корнях Carya illinoensis

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

S. chacoense, трансформированные при помощи A. tumefaciens. Кусочки листа с начатым каллусообразованием

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

• Ti-плазмида
• Генная инженерия

Примечания

1. ↑ Инфекции, вызываемые Agrobacterium tumefaciens
2. ↑ 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.
3. ↑ JUDICIAL COMMISSION: Minutes of the Meetings, 2 and 6 July 1994, Prague, Czech Republic. Int. J. Syst. Bacteriol., 1995, 45, 195—196.
4. ↑ 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 …
5. ↑ Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology
6. ↑ Presence of one linear and one circular chromosome… [J Bacteriol. 1993] — PubMed result
7. ↑ The genome of the natural genetic engineer Agrobac… [Science. 2001] — PubMed result
8. ↑ uid=189 Genome Result
9. ↑ uid=190 Genome Result
10. ↑ http://www.jstage.jst.go.jp/article/ggs/76/6/363/_pdf
11. ↑ uid=191 Genome Result
12. ↑ Site-Specific Integration of Agrobacterium tumefaciens T-DNA via Double-Stranded Intermediates — Tzfira et al. 133 (3): 1011 — PLANT PHYSIOLOGY
13. ↑ Involvement of KU80 in T-DNA integration in plant cells — PNAS
14. ↑ Integration of Agrobacterium tumefaciens T-DNA in the Saccharomyces cerevisiae genome by illegitimate recombination — PNAS
15. ↑ PLoS ONE: Agrobacterium tumefaciens-Induced Bacteraemia Does Not Lead to Reporter Gene Expression in Mouse Organs
16. ↑ uid=192 Genome Result
17. ↑ Diversity of Opines and Opine-Catabolizing Bacteria Isolated from Naturally Occurring Crown Gall Tumors — Moore et al. 63 (1): 201 — Applied and Environmental Microbiology
18. ↑ Ti-плазмида (Ti-plasmid, tumor inducing plasmid) — Плазмида почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens, специфический Т-участок которой способен включаться в клетки двудольн …
19. ↑ Agrobacterium and Ti Plasmids — A Brief History
20. ↑ A plant cell factor induces Agrobacterium tumefaciens vir gene expression — PNAS
21. ↑ Identification of the signal molecules produced by wounded plant cells that activate T-DNA transfer in Agrobacterium tumefaciens
22. ↑ ScienceDirect — FEMS Microbiology Letters : The VirE2 protein of Agrobacterium tumefaciens: the Yin and Yang of T-DNA transfer
23. ↑ Plant Transformation by Agrobacterium tumefaciens — JBC
24. ↑ 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 …
25. ↑ Crystal structure of the Agrobacterium virulence complex VirE1-VirE2 reveals a flexible protein that can accommodate different partners — PNAS
26. ↑ The Agrobacterium VirE3 effector protein: a potential plant transcriptional activator — García-Rodríguez et al., 10.1093/nar/gkl877 — Nucleic Acids Research
27. ↑ Agrobacterium-Mediated Plant Transformation: the Biology behind the «Gene-Jockeying» Tool — Gelvin 67 (1): 16 — Microbiology and Molecular Biology Reviews
28. ↑ 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 …
29. ↑ The Agrobacterium tumefaciens gene transfer to plant cell
30. ↑ Agrobacterium tumefaciens: a natural tool for plant transformation
31. ↑ Agrobacterium tumefaciens
32. ↑ Transformation of Poplar by : Agrobacterium tumefaciens : Abstract : Nature Biotechnology
33. ↑ http://www.bashedu.ru/str_n_col/vestnic/magaz1_2/S3_9.html
34. ↑ Transformation of Zea mays L. Using Agrobacterium tumefaciens and the Shoot Apex — Gould et al. 95 (2): 426 — PLANT PHYSIOLOGY
35. ↑ Agrobacterium tumefaciens transformation of Musa species — Patent 5792935
36. ↑ Abstracts: Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation of Aspergillus fumigatus: An efficient tool for insertional mutagenesis and targeted gene disruption — Biological …
37. ↑ T-DNA Binary Vectors and Systems — Lee and Gelvin 146 (2): 325 — PLANT PHYSIOLOGY

Ссылки

• Agrobacterium tumefaciens
• Agrobacterium Conn 1942
• Agrobacterium tumefaciens Homepage
• Agrobacterium tumefaciens: From Plant Pathology to
• Agrobacterium tumefaciens C58 Cereon Genome Page
• The Genome of Agrobacterium tumefaciens A plant pathogen with a talent for transferring genes