Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Плазмида Ti с участком тДНК

ДНК переноса (сокращенно Т-ДНК ) является переносили ДНК из опухоли , индуцирующего (Ti) плазмиды некоторых видов бактерий , таких как Agrobacterium tumefaciens и Agrobacterium rhizogenes (фактически плазмиды Ri) . Т-ДНК передается от бактерии в геном ядерной ДНК растения-хозяина . [1] Способность этой специализированной индуцирующей опухоль (Ti) плазмиды приписывается двум важным областям, необходимым для переноса ДНК в клетку-хозяин. Т-ДНК ограничена повторами из 25 пар оснований на каждом конце. Передача инициируется на правой границе и завершается на левой границе и требуетvir гены плазмиды Ti.

Бактериальная Т-ДНК имеет длину около 24 000 пар оснований [2] [3] и содержит гены , экспрессируемые растениями, которые кодируют ферменты, синтезирующие опины и фитогормоны . Перенося Т-ДНК в геном растения, бактерия, по сути, перепрограммирует клетки растения, чтобы превратиться в опухоль и произвести уникальный источник пищи для бактерий. Синтез растительных гормонов ауксина и цитокинина ферментами, кодируемыми в Т-ДНК, позволяет растительной клетке разрастаться, образуя таким образом опухоли коронного галла, обычно вызываемые инфекцией Agrobacterium tumefaciens . [4] Agrobacterium rhizogenesвызывает аналогичную инфекцию, известную как болезнь волосистых корней . В полагает , являются аминокислотные производные , используемые бактерии в качестве источника углерода и энергии. Этот естественный процесс горизонтального переноса генов в растениях используется в качестве инструмента для фундаментальных и прикладных исследований в биологии растений с помощью Agrobacterium tumefaciens, опосредованной трансформацией чужеродных генов и инсерционным мутагенезом. [5] [6] Геномы растений могут быть сконструированы с использованием Agrobacterium для доставки последовательностей, содержащихся в бинарных векторах Т-ДНК .

Механизм трансформации в природе [ править ]

Процесс заражения Т-ДНК в клетке-хозяине и интеграция в ее ядро ​​включает несколько этапов. Сначала бактерии размножаются в раневом соке до заражения, а затем прикрепляются к стенкам клеток растений. Экспрессия генов бактериальной вирулентности примерно 10 оперонов активируется при восприятии фенольных соединений, таких как ацетосирингон, выделяемых поврежденной тканью растения, и следует за межклеточным контактом. Затем этот процесс продолжается макромолекулярной транслокацией из Agrobacterium в цитоплазму клетки-хозяина, передачей Т-ДНК вместе с ассоциированными белками (так называемый Т-комплекс) к ядру клетки-хозяина с последующей разборкой Т-комплекса, стабильной интеграцией Т-ДНК в геном растения-хозяина и возможной экспрессией перенесенных генов . Интеграция Т-ДНК в геном хозяина включает образование одноцепочечного разрыва в ДНК на правом краю плазмиды Ti. Этот разрыв создает область одноцепочечной ДНК от левого края гена Т-ДНК до правого края, который был разрезан. Затем одноцепочечные связывающие белки присоединяются к одноцепочечной ДНК. Синтез ДНК смещает одноцепочечный участок, а затем второй разрыв в левой пограничной области высвобождает одноцепочечный фрагмент Т-ДНК. Далее этот фрагмент может быть включен в геном хозяина. [7]

Известно, что Agrobacterium разработала систему контроля, которая использует факторы растения-хозяина и клеточные процессы для нескольких путей защитной реакции растения-хозяина для вторжения в ядро ​​клетки-хозяина. Для интеграции Т-ДНК в геном-мишень-хозяин Agrobacterium осуществляет множественные взаимодействия с факторами растения-хозяина. [7] Для взаимодействия с белками растений-хозяев многие белки вирулентности Agrobacterium кодируются генами vir. Agrobacterium virЭкспрессия гена происходит через сенсор VirA-VirG, что приводит к генерации мобильной одноцепочечной копии Т-ДНК (Т-цепи). Процессированная форма VirB2 является основным компонентом Т-комплекса, который необходим для трансформации. VirD2 представляет собой белок, который покрывает 5'-конец перенесенной Т-цепи путем ковалентного присоединения и транспортируется в цитоплазму клетки-хозяина. [8] [9]VirE2 представляет собой одноцепочечный ДНК-связывающий белок, который предположительно покрывает Т-цепь в цитоплазме хозяина за счет кооперативного связывания. Затем он направляется в ядро ​​через взаимодействия с белками клетки-хозяина, такими как импортин А, бактериальный VirE3 и динеин-подобные белки. Некоторые другие эффекторы бактериальной вирулентности, такие как VirB5, VirB7 (второстепенные компоненты Т-комплекса), VirD5, VirE2, VirE3 и VirF, которые также могут взаимодействовать с белками клеток растений-хозяев. [10]

Использование в биотехнологии [ править ]

Опосредованный агробактериями перенос Т-ДНК широко используется в качестве инструмента в биотехнологии . Более двух десятилетий Agrobacterium tumefaciens использовалась для введения генов в растения для фундаментальных исследований, а также для коммерческого производства трансгенных культур . [11] В генной инженерии гены, способствующие развитию опухоли, и гены синтеза опина удаляются из Т-ДНК и заменяются представляющим интерес геном и / или маркером отбора, который требуется для установления того, какие растения были успешно трансформированы. Примеры маркеров отбора включают неомицин-фосфотрансферазу, гигромицин-B-фосфотрансферазу (которая одновременно фосфорилирует антибиотики) и фосфинотрицинацетилтрансферазу.(который ацетилирует и дезактивирует фосфинотрицин , мощный ингибитор глутамин синтетазы ) или гербицидные препараты, такие как Баста или Биалофос. [12] Другой системой отбора, которая может быть использована, является использование метаболических маркеров, таких как изомераза фосфоманнозы. [13] Agrobacterium затем используется в качестве вектора для переноса сконструированной Т-ДНК в клетки растений, где она интегрируется в геном растения. Этот метод можно использовать для создания трансгенных растений, несущих чужеродный ген. Agrobacterium tumefaciens способна передавать чужеродную ДНК как однодольным, так и двудольным растениям.растения, эффективно заботясь о критически важных факторах, таких как генотип растений, типы и возраст инокулированных тканей, вид векторов, штаммы Agrobacterium , гены маркеров селекции и селективные агенты, а также различные условия культивирования тканей. [4]

Та же процедура переноса Т-ДНК может быть использована для разрушения генов посредством инсерционного мутагенеза . [6] Не только вставленная последовательность Т-ДНК создает мутацию, но ее вставка также «маркирует» [14] пораженный ген, что позволяет выделить его в виде фланкирующих последовательностей Т-ДНК. Репортерный ген может быть связан с правым концом Т-ДНК для трансформации вместе с плазмидным репликоном и селективным геном устойчивости к антибиотикам (например, гигромицину ) и может проявлять примерно 30% средней эффективности при успешных вставках Т-ДНК. индуцированные слияния генов у Arabidopsis thaliana . [15]

Обратная генетика включает в себя проверку предполагаемой функции известного гена путем ее нарушения, а затем поиск влияния этой индуцированной мутации на фенотип организма. Мутагенез с меткой Т-ДНК включает скрининг популяций по инсерционным мутациям Т-ДНК. Коллекции известных мутаций Т-ДНК предоставляют ресурсы для изучения функций отдельных генов, как это было разработано для модельного растения Arabidopsis thaliana . [16] Примеры инсерционных мутаций Т-ДНК в Arabidopsis thaliana включают те, которые связаны со многими классами фенотипов, включая летальные всходы, варианты размера, варианты пигмента, дефектные эмбрионы, пониженную фертильность и морфологически или физиологически аберрантные растения [17]

См. Также [ править ]

  • Передача бинарной системы ДНК

Ссылки [ править ]

  1. ^ Gelvin, Стентон Б. (2017-11-27). «Интеграция Т-ДНК Agrobacterium в геном растений» . Ежегодный обзор генетики . 51 (1): 195–217. DOI : 10.1146 / annurev-genet-120215-035320 . ISSN  0066-4197 .
  2. Перейти ↑ Barker RF, Idler KB, Thompson DV, Kemp JD (ноябрь 1983). «Нуклеотидная последовательность области тДНК из плазмиды октопина Ti pTi15955 A. grobacterium tumefaciens». Молекулярная биология растений . 2 (6): 335–50. DOI : 10.1007 / BF01578595 . PMID 24318453 . S2CID 26118909 .  
  3. ^ Gielen Дж, Terryn Н, Виллароел R, Ван Монтэгу М (1999-08-01). «Полная нуклеотидная последовательность области тДНК растения-индуцирующей опухоль плазмиды pTiC58 Agrobacterium tumefaciens Ti» . Журнал экспериментальной ботаники . 50 (337): 1421–1422. DOI : 10.1093 / JXB / 50.337.1421 . ISSN 0022-0957 . 
  4. ^ а б Хиеи Й, Комари Т., Кубо Т. (сентябрь 1997 г.). «Трансформация риса, опосредованная Agrobacterium tumefaciens». Молекулярная биология растений . 35 (1-2): 205-18. DOI : 10.1023 / а: 1005847615493 . PMID 9291974 . 
  5. ^ Zupan JR, Zambryski P (апрель 1995). «Перенос тДНК из Agrobacterium в растительную клетку» . Физиология растений . 107 (4): 1041–7. DOI : 10.1104 / pp.107.4.1041 . PMC 157234 . PMID 7770515 .  
  6. ^ a b Krysan PJ, Young JC, Sussman MR (декабрь 1999 г.). «Т-ДНК как инсерционный мутаген Arabidopsis» . Растительная клетка . 11 (12): 2283–90. DOI : 10.1105 / tpc.11.12.2283 . PMC 144136 . PMID 10590158 .  
  7. ^ a b Lacroix B, Citovsky V (2013). «Роль бактериальных факторов и факторов растения-хозяина в генетической трансформации, опосредованной Agrobacterium» . Международный журнал биологии развития . 57 (6–8): 467–81. DOI : 10,1387 / ijdb.130199bl . PMID 24166430 . 
  8. ^ Koukolíková-Nicola Z, D Ренери, Стивенса К, Ramos С, Tinland В, Нестер EW, Хон Б (февраль 1993). «Генетический анализ оперона virD Agrobacterium tumefaciens: поиск функций, участвующих в транспорте Т-ДНК в ядро ​​растительной клетки и в интеграции Т-ДНК» . Журнал бактериологии . 175 (3): 723–31. DOI : 10.1128 / jb.175.3.723-731.1993 . PMC 1962 11 . PMID 8380800 .  
  9. ↑ Arya A (февраль 2017 г.). «Патология Agrobacterium и дизайн векторов на основе Ti-плазмид». Примечания высокой ценности . 4 (1): 1–24. DOI : 10.13140 / RG.2.2.18345.49769 / 1 .
  10. ^ Gelvin SB (март 2003). «Опосредованная Agrobacterium трансформация растений: биология, лежащая в основе инструмента« генной борьбы » . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 67 (1): 16–37, содержание. DOI : 10.1128 / mmbr.67.1.16-37.2003 . PMC 150518 . PMID 12626681 .  
  11. ^ Олтманс H, Frame B, Ли LY, Johnson S, Li B, Ван K, Gelvin SB (март 2010). «Создание растений с низким содержанием трансгенных копий без остова путем запуска Т-ДНК из хромосомы Agrobacterium» . Физиология растений . 152 (3): 1158–66. DOI : 10.1104 / pp.109.148585 . PMC 2832237 . PMID 20023148 .  
  12. ^ Ли LY, Gelvin SB (февраль 2008). «Бинарные векторы и системы тДНК» . Физиология растений . 146 (2): 325–32. DOI : 10.1104 / pp.107.113001 . PMC 2245830 . PMID 18250230 .  
  13. ^ Todd R, Tague BW (2001-12-01). «Фосфоманнозоизомераза: универсальный селективный маркер для трансформации зародышевой линии Arabidopsis thaliana». Репортер по молекулярной биологии растений . 19 (4): 307–319. DOI : 10.1007 / bf02772829 . ISSN 0735-9640 . 
  14. ^ Лю YG, Shirano Y, Fukaki Н, Yanai Y, Тасака М, Табата S, Шибата D (май 1999 г.). «Комплементация мутантов растений большими фрагментами геномной ДНК с помощью подходящего для трансформации искусственного хромосомного вектора ускоряет позиционное клонирование» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (11): 6535–40. Bibcode : 1999PNAS ... 96.6535L . DOI : 10.1073 / pnas.96.11.6535 . PMC 26917 . PMID 10339623 .  
  15. ^ Конц С, Martini Н, Mayerhofer R, Конц-Калмана Z, Кёрбер Н, Редеи Г.П., Шелл J (ноябрь 1989). «Высокочастотное мечение генов, опосредованное Т-ДНК в растениях» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 86 (21): 8467–71. Bibcode : 1989PNAS ... 86.8467K . DOI : 10.1073 / pnas.86.21.8467 . PMC 298303 . PMID 2554318 .  
  16. ^ Бен-Amar A, S Daldoul, Reustle GM, Krczal G, Mliki A (декабрь 2016). «Обратная генетика и методологии высокопроизводительного секвенирования для функциональной геномики растений» . Текущая геномика . 17 (6): 460–475. DOI : 10.2174 / 1389202917666160520102827 . PMC 5282599 . PMID 28217003 .  
  17. ^ Фельдман KA (1991-07-01). «Мутагенез вставки Т-ДНК в Arabidopsis: спектр мутаций» . Заводской журнал . 1 (1): 71–82. DOI : 10.1111 / j.1365-313x.1991.00071.x . ISSN 1365-313X . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Raven PH, Evert RF, Eichhorn SE (2005). Биология растений (7-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company Publishers. ISBN 0-7167-1007-2.