Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Агробактерии
Agrobacterium-tumefaciens.png
Научная классификация е
Домен:Бактерии
Тип:Протеобактерии
Учебный класс:Alphaproteobacteria
Заказ:Ризобиальные
Семья:Rhizobiaceae
Род:Агробактерии
Типовой вид
Agrobacterium tumefaciens
(Смит и Таунсенд 1907 г.) Конн 1942 г.
Разновидность
Синонимы
  • Полимон Лиске 1928

Agrobacterium , является родом из грамотрицательных бактерий установлено HJ Conn , что использование переноса генов горизонтальных вызывать опухоли у растений. Agrobacterium tumefaciens - наиболее часто изучаемый вид этого рода. Agrobacterium хорошо известна своей способностью передавать ДНК между собой и растениями, и по этой причине она стала важным инструментом генной инженерии .

Род Agrobacterium довольно неоднороден . Недавние таксономические исследования переклассифицировали все виды Agrobacterium в новые роды, такие как Ahrensia , Pseudorhodobacter , Ruegeria и Stappia , [1] [2], но большинство видов были переклассифицированы как виды Rhizobium . [3] [4] [5]

Патоген растений [ править ]

Крупные наросты на этих корнях - это галлы, вызванные Agrobacterium sp.

Agrobacterium tumefaciens вызывает у растений венозную болезнь. Заболевание характеризуется опухолевидным ростом или желчью на зараженном растении, часто на стыке корня и побега. Опухоли возбуждаются конъюгативным переносом сегмента ДНК ( Т-ДНК ) из бактериальной опухоль-индуцирующей (Ti) плазмиды . Близкородственный вид, Agrobacterium rhizogenes , индуцирует опухоли корней и несет отдельную плазмиду Ri (индуцирующую корни). Хотя таксономия Agrobacterium в настоящее время пересматривается, можно сделать вывод, что в пределах рода существует 3 биовара: Agrobacterium tumefaciens ,Agrobacterium rhizogenes и Agrobacterium vitis . Известно, что штаммы Agrobacterium tumefaciens и Agrobacterium rhizogenes способны нести Ti или R- плазмиду , тогда как штаммы Agrobacterium vitis , обычно ограниченные виноградными лозами, могут содержать Ti-плазмиду. Штаммы, не относящиеся к Agrobacterium , были выделены из образцов окружающей среды, содержащих Ri-плазмиду, в то время как лабораторные исследования показали, что штаммы , не относящиеся к Agrobacterium , также могут содержать Ti-плазмиду. Некоторые экологические штаммы Agrobacterium не содержат ни Ti, ни Ri-плазмиды. Эти штаммы невирулентны. [6]

Плазмидная Т-ДНК полуслучайно интегрируется в геном клетки-хозяина [7], и гены морфологии опухоли на Т-ДНК экспрессируются, вызывая образование галла. Т-ДНК несет гены биосинтетических ферментов для производства необычных аминокислот , обычно октопина или нопалина . Он также несет гены для биосинтеза гормонов растений , ауксин и цитокинины , а также для биосинтеза полагает , что обеспечивает источник углерода и азота для бактерий , что большинство других микроорганизмов , которые не могут использовать, давая Agrobacterium в избирательное преимущество. [8] Изменяя гормональный баланс в растительной клетке, растение не может контролировать деление этих клеток, и образуются опухоли. Отношение ауксина к цитокинину, продуцируемому опухолевыми генами, определяет морфологию опухоли (корневая, дезорганизованная или подобная побегу).

У людей [ править ]

Несмотря на то, как правило , рассматривается как инфекция у растений, Agrobacterium , могут быть ответственны за оппортунистических инфекций у людей с ослабленной иммунной системой , [9] [10] , но не было показано, что первичный патоген у здоровых лиц. Об одной из самых ранних ассоциаций заболеваний человека, вызываемых Agrobacterium radiobacter, сообщил доктор Дж. Р. Кейн из Шотландии (1988). [11] Более позднее исследование показало, что Agrobacteriumприсоединяется к нескольким типам человеческих клеток и генетически трансформирует их, интегрируя свою Т-ДНК в геном человеческой клетки. Исследование проводилось с использованием культивированных тканей человека и не сделало никаких выводов относительно биологической активности в природе. [12]

Использование в биотехнологии [ править ]

См. Также: горизонтальный перенос генов

Способность Agrobacterium для переноса генов в растения и грибы используют в биотехнологии , в частности, генной инженерии для улучшения растений . Геномы растений и грибов могут быть сконструированы с использованием Agrobacterium для доставки последовательностей, содержащихся в бинарных векторах Т-ДНК . Можно использовать модифицированную плазмиду Ti или Ri. Плазмида «обезвреживается» делецией генов, индуцирующих опухоль; единственными существенными частями Т-ДНК являются два ее небольших (25 пар оснований) граничных повторов, по крайней мере, один из которых необходим для трансформации растений. [13] [14]Гены, которые необходимо ввести в растение, клонируют в бинарный вектор растения, который содержит область Т-ДНК обезвреженной плазмиды вместе с селектируемым маркером (например, устойчивостью к антибиотикам ), чтобы сделать возможным селекцию растений, которые были успешно трансформированы. После трансформации растения выращивают на среде, содержащей антибиотик, и те растения, в геном которых не интегрирована Т-ДНК, погибнут. Альтернативный метод - агроинфильтрация . [15] [16]

Растение ( S. chacoense ) трансформировали с помощью Agrobacterium . Трансформированные клетки начинают образовывать мозоли на стороне кусочков листа.

Трансформация с помощью Agrobacterium может быть достигнута несколькими способами. Протопласты или, альтернативно, листовые диски могут быть инкубированы с Agrobacterium и целыми растениями, регенерированными с использованием культуры тканей растений . В агроинфильтрации Agrobacterium , может быть введен непосредственно в ткани листьев растения. Этот метод трансформирует только клетки, находящиеся в непосредственном контакте с бактериями, и приводит к временной экспрессии плазмидной ДНК. [17]

Для трансформации табака обычно используется агроинфильтрация ( Nicotiana ). Распространенным протоколом трансформации арабидопсиса является метод окунания цветков: [18] соцветия погружают в суспензию Agrobacterium , и бактерия трансформирует клетки зародышевой линии , из которых образуются женские гаметы . Затем семена можно проверить на устойчивость к антибиотикам (или другому представляющему интерес маркеру), и растения, которые не интегрировали плазмидную ДНК, погибнут при воздействии антибиотика в правильном состоянии. [15]

Agrobacterium не поражает все виды растений, но есть несколько других эффективных методов трансформации растений, включая генную пушку .

Agrobacterium указана как вектор генетического материала, который был передан этим ГМО США: [19]

  • Соя
  • Хлопок
  • Кукуруза
  • Сахарная свекла
  • Люцерна
  • Пшеница
  • Рапсовое масло ( канола )
  • Полевица ползучая (на корм животным)
  • Рис ( Золотой рис )

Преобразование грибов с использованием Agrobacterium используется в основном для исследовательских целей, [20] [21] и следует аналогичные подходы , как и для трансформации растений. Плазмидная система Ti изменяется , чтобы включать в себя элементы ДНК , чтобы выбрать для трансформированных штаммов грибов, после совместного инкубирования Agrobacterium штаммов , несущих этих плазмиды с видами грибов.

Геномика [ править ]

Секвенирование геномов нескольких видов Agrobacterium позволило изучить историю эволюции этих организмов и предоставило информацию о генах и системах, участвующих в патогенезе, биологическом контроле и симбиозе . Одним из важных открытий является возможность того, что хромосомы эволюционируют из плазмид у многих из этих бактерий. Другое открытие заключается в том, что различные хромосомные структуры в этой группе, по-видимому, способны поддерживать как симбиотический, так и патогенный образ жизни. Наличие последовательностей генома Agrobacteriumвидов будет продолжать расти, что приведет к существенному пониманию функций и эволюционной истории этой группы связанных с растениями микробов. [22]

История [ править ]

Марк Ван Монтегю и Юзеф Schell в Университете Гента ( Бельгия ) обнаружили механизм переноса генов между Agrobacterium и растений, что привело к разработке методов к альтер Agrobacterium в эффективную систему доставки для генной инженерии растений. [13] [14] Группа исследователей во главе с доктором Мэри-Делл Чилтон была первой, кто продемонстрировал, что гены вирулентности могут быть удалены без отрицательного воздействия на способность Agrobacterium вставлять свою собственную ДНК в геном растения (1983).

См. Также [ править ]

  • Агроинфильтрация
  • Марк Ван Монтегю
  • Rhizobium rhizogenes (ранее Agrobacterium rhizogenes )

Ссылки [ править ]

  1. ^ Uchino Y, Ёкота А, Сугияма J (август 1997 г.). «Филогенетическое положение морского подразделения видов Agrobacterium на основе анализа последовательности 16S рРНК» . Журнал общей и прикладной микробиологии . 43 (4): 243–247. DOI : 10,2323 / jgam.43.243 . PMID  12501326 .
  2. ^ Uchino Y, Хирата A, Ёкота A, Сугияма J (июнь 1998). «Реклассификация морских видов Agrobacterium : предложения Stappia stellulata gen. Nov., Comb . Nov., Stappia aggregata sp. Nov., Nom . Rev. , Ruegeria atlantica gen. Nov., Comb . Nov., Ruegeria gelatinovora comb. Nov. ., Ruegeria algicola comb. Nov. И Ahrensia kieliense gen. Nov., Sp. Nov., Nom. Rev " . Журнал общей и прикладной микробиологии . 44 (3): 201–210. DOI : 10,2323 / jgam.44.201 . PMID 12501429 . 
  3. ^ Young JM, Kuykendall Л.Д., Мартинес-Romero E Керр A, Sawada H (январь 2001). "Пересмотр Rhizobium Frank 1889 с исправленным описанием рода и включением всех видов Agrobacterium Conn 1942 и Allorhizobium undicola de Lajudie et al . 1998 в качестве новых комбинаций: Rhizobium radiobacter , R. rhizogenes , R. rubi , R. undicola и R. vitis " . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 51 (Pt 1): 89–103. doi : 10.1099 / 00207713-51-1-89 . PMID  11211278 .[ постоянная мертвая ссылка ]
  4. ^ Фарранд SK, ван Berkum PB, Oger P (сентябрь 2003). « Agrobacterium - определяемый род семейства Rhizobiaceae» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 53 (Pt 5): 1681–1687. DOI : 10.1099 / ijs.0.02445-0 . PMID 13130068 . 
  5. ^ Young JM, Kuykendall Л.Д., Мартинес-Romero E Керр A, Sawada H (сентябрь 2003). «Классификация и номенклатура Agrobacterium и Rhizobium » . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 53 (Pt 5): 1689–1695. DOI : 10.1099 / ijs.0.02762-0 . PMID 13130069 . 
  6. ^ Sawada H, Ieki H, Oyaizu H, Мацумото S (октябрь 1993). «Предложение об отказе от Agrobacterium tumefaciens и пересмотренных описаний рода Agrobacterium и Agrobacterium radiobacter и Agrobacterium rhizogenes » . Международный журнал систематической бактериологии . 43 (4): 694–702. DOI : 10.1099 / 00207713-43-4-694 . PMID 8240952 . 
  7. ^ Фрэнсис KE, Спайкер S (февраль 2005). «Идентификация трансформантов Arabidopsis thaliana без отбора показывает высокую частоту замалчивания интеграций Т-ДНК» . Заводской журнал . 41 (3): 464–77. DOI : 10.1111 / j.1365-313X.2004.02312.x . PMID 15659104 . 
  8. ^ Pitzschke A, Хирт H (март 2010). «Новый взгляд на старую историю: образование опухолей, вызванное Agrobacterium, в результате трансформации растений» . Журнал EMBO . 29 (6): 1021–32. DOI : 10.1038 / emboj.2010.8 . PMC 2845280 . PMID 20150897 .  
  9. ^ Халс М, Джонсон S, Ferrieri Р (январь 1993 г.). « Инфекции Agrobacterium у людей: опыт в одной больнице и обзор». Клинические инфекционные болезни . 16 (1): 112–7. DOI : 10.1093 / clinids / 16.1.112 . PMID 8448285 . 
  10. ^ Данна WM, Тиллман J, Мюррей JC (сентябрь 1993). «Восстановление штамма Agrobacterium radiobacter с мукоидным фенотипом от ребенка с ослабленным иммунитетом и бактериемией» . Журнал клинической микробиологии . 31 (9): 2541–3. DOI : 10.1128 / JCM.31.9.2541-2543.1993 . PMC 265809 . PMID 8408587 .  
  11. ^ Cain JR (март 1988). «Случай сепсиса, вызванного Agrobacterium radiobacter ». Журнал инфекции . 16 (2): 205–6. DOI : 10.1016 / s0163-4453 (88) 94272-7 . PMID 3351321 . 
  12. ^ Куник Т, Т Tzfira, Kapulnik Y, Гафни Y, Дингуолл С, Citovsky В (февраль 2001 г.). «Генетическая трансформация клеток HeLa с помощью Agrobacterium » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (4): 1871–6. Bibcode : 2001PNAS ... 98.1871K . DOI : 10.1073 / pnas.041327598 . JSTOR 3054968 . PMC 29349 . PMID 11172043 .   
  13. ^ а б Шелл Дж, Ван Монтегю М (1977). «Ti-плазмида Agrobacterium tumefaciens , естественный вектор для внедрения генов NIF в растения?». В Hollaender A, Burris RH, Day PR, Hardy RW, Helinski DR, Lamborg MR, Owens L, Valentine RC (ред.). Генная инженерия для фиксации азота . Основные науки о жизни. 9 . С. 159–79. DOI : 10.1007 / 978-1-4684-0880-5_12 . ISBN 978-1-4684-0882-9. PMID  336023 .
  14. ^ а б Джоос Х, Тиммерман Б., Монтегю М.В., Шелл Дж. (1983). «Генетический анализ переноса и стабилизации ДНК Agrobacterium в растительных клетках» . Журнал EMBO . 2 (12): 2151–60. DOI : 10.1002 / j.1460-2075.1983.tb01716.x . PMC 555427 . PMID 16453483 .  
  15. ^ а б Томсон Дж. "Генная инженерия растений" (PDF) . Биотехнология . 3 . Архивировано 17 января 2017 года (PDF) . Проверено 17 июля 2016 года .
  16. ^ Лейцингер К, Дент М, Хуртад J, J Станке, Лай Н, Чжоу Х, Чен Q (июль 2013 г. ). «Эффективная агроинфильтрация растений для высокоуровневой временной экспрессии рекомбинантных белков» . Журнал визуализированных экспериментов . 77 (77). DOI : 10.3791 / 50521 . PMC 3846102 . PMID 23913006 .  
  17. ^ Shamloul М, Trusa Дж, Меты В, Юсибах V (апрель 2014). «Оптимизация и использование продукции временного белка, опосредованного Agrobacterium, в Nicotiana » . Журнал визуализированных экспериментов (86). DOI : 10.3791 / 51204 . PMC 4174718 . PMID 24796351 .  
  18. ↑ Clough SJ, Bent AF (декабрь 1998 г.). «Цветочный соус: упрощенный метод опосредованной Agrobacterium трансформации Arabidopsis thaliana ». Заводской журнал . 16 (6): 735–43. DOI : 10.1046 / j.1365-313x.1998.00343.x . PMID 10069079 . 
  19. ^ В FDA Список завершенных консультаций по биоинженерии Фудс Архивированного 13 мая 2008, в Wayback Machine
  20. ^ Michielse CB, Hooykaas PJ, ван ден Hondel CA, Ram AF (июль 2005). «Агробактерии-опосредованная трансформация как инструмент функциональной геномики грибов». Текущая генетика . 48 (1): 1–17. DOI : 10.1007 / s00294-005-0578-0 . PMID 15889258 . S2CID 23959400 .  
  21. ^ Idnurm А, Бейли А.М., Cairns ТС, Эллиот CE, Фостер Г. Д., Ianiri G, Джеон J (2017). « Агробактерия- опосредованная трансформация грибов» . Грибковая биология и биотехнология . 4 : 6. DOI : 10,1186 / s40694-017-0035-0 . PMC 5615635 . PMID 28955474 .  
  22. ^ Сетубал JC, Вуд Д, Т Барр, Фарранд СК, Голдман БС, Гуднер В, Оттена л, Слейтер S (2009). «Геномика Agrobacterium : взгляд на ее патогенность, биоконтроль и эволюцию» . В Джексоне RW (ред.). Патогенные бактерии растений: геномика и молекулярная биология . Caister Academic Press. С. 91–112. ISBN 978-1-904455-37-0.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Kyndt T, Quispe D, Zhai H, Jarret R, Ghislain M, Liu Q и др. (Май 2015 г.). «Геном культивируемого сладкого картофеля содержит Т-ДНК Agrobacterium с экспрессируемыми генами: пример естественно трансгенной пищевой культуры» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (18): 5844–9. Bibcode : 2015PNAS..112.5844K . DOI : 10.1073 / pnas.1419685112 . PMC  4426443 . PMID  25902487 . Краткое содержание - Phys.org (21 апреля 2015 г.).

Внешние ссылки [ править ]

  • Текущая таксономия видов Agrobacterium и новые названия Rhizobium
  • Агробактерии используются в качестве парома генов - Трансформация растений с помощью Agrobacterium ]