Агробактерии - Agrobacterium

Агробактерии
Agrobacterium-tumefaciens.png
Научная классификация е
Домен:Бактерии
Тип:Протеобактерии
Класс:Alphaproteobacteria
Порядок:Ризобиальные
Семья:Rhizobiaceae
Род:Агробактерии
Типовой вид
Agrobacterium tumefaciens
(Смит и Таунсенд 1907 г.) Конн 1942 г.
Виды
Синонимы
  • Полимонас Lieske 1928

Агробактерии это род из Грамотрицательный бактерии установленный Х. Дж. Конном, который использует горизонтальный перенос генов вызывать опухоли в растениях. Agrobacterium tumefaciens наиболее часто изучается виды в этом роде. Агробактерии хорошо известен своей способностью передавать ДНК между собой и растениями, и по этой причине он стал важным инструментом для генная инженерия.

Род Агробактерии вполне неоднородный. Недавние таксономический исследования переклассифицировали все Агробактерии виды в новые роды, такие как Аренсия, Псевдородобактер, Ruegeria, и Стаппия,[1][2] но большинство видов были классифицированы как спорно Ризобий виды.[3][4][5]

Патоген растений

Большие наросты на этих корнях галлы индуцированный Агробактерии sp.

Agrobacterium tumefaciens вызывает у растений венозную болезнь. Заболевание характеризуется опухоль -подобный рост или желчь на зараженном растении, часто на стыке корня и побега. Опухоли вызваны сопряженный перенос сегмента ДНК (Т-ДНК ) от бактериального опухоль-индуцирующего (Ti) плазмида. Близкородственные виды, Agrobacterium rhizogenes, индуцирует опухоли корней и несет отдельную плазмиду Ri (индуцирующую корни). Хотя таксономия Агробактерии в настоящее время пересматривается, можно сделать вывод, что в пределах рода существует 3 биовара, Agrobacterium tumefaciens, Agrobacterium rhizogenes, и Agrobacterium vitis. Штаммы внутри Agrobacterium tumefaciens и Agrobacterium rhizogenes как известно, могут содержать либо Ti, либо Ri-плазмида, в то время как штаммы Agrobacterium vitis, обычно ограничиваемый виноградной лозой, может содержать Ti-плазмиду. Не-Агробактерии штаммы были выделены из образцов окружающей среды, содержащих Ri-плазмиду, в то время как лабораторные исследования показали, что не-Агробактерии штаммы также могут содержать Ti-плазмиду. Некоторые экологические штаммы Агробактерии не обладают ни Ti, ни Ri-плазмидой. 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 аминокислоты обычно осьминог или нопалин. Он также несет гены биосинтеза гормоны растений, ауксин и цитокинины, а для биосинтеза высказывает мнение, являясь источником углерода и азота для бактерий, которые не могут использовать большинство других микроорганизмов, Агробактерии а селективное преимущество.[8] Из-за изменения гормонального баланса в клетке растения деление этих клеток не может контролироваться растением, и образуются опухоли. Отношение ауксина к цитокинину, продуцируемому генами опухоли, определяет морфологию опухоли (корневая, дезорганизованная или подобная побегу).

В людях

Хотя обычно рассматривается как инфекция растений, Агробактерии может нести ответственность за оппортунистические инфекции у людей с ослабленным иммунная система,[9][10] но не было показано, что он является первичным патогеном у здоровых людей. Одна из самых ранних ассоциаций болезней человека, вызванных Agrobacterium radiobacter об этом сообщил доктор Дж. Р. Кейн из Шотландии (1988).[11] Более позднее исследование показало, что Агробактерии присоединяется к нескольким типам человеческих клеток и генетически трансформирует их, интегрируя свою Т-ДНК в геном человеческой клетки. Исследование было проведено с использованием культивированных тканей человека и не сделало никаких выводов относительно биологической активности в природе.[12]

Использование в биотехнологии

Смотрите также: горизонтальный перенос генов

Способность Агробактерии перевести гены к растения и грибы используются в биотехнология, особенно, генная инженерия для улучшение растений. Геномы растений и грибов могут быть созданы с использованием Агробактерии для доставки последовательностей, размещенных в Бинарные векторы 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, вводимые в растение, клонируются в растительный бинарный вектор, содержащий область Т-ДНК обезвреженного плазмида вместе с выбираемым маркером (например, устойчивость к антибиотикам ) для селекции растений, которые были успешно трансформированы. После трансформации растения выращивают на среде, содержащей антибиотик, и те, в геном которых не интегрирована Т-ДНК, погибнут. Альтернативный метод - агроинфильтрация.[15][16]

Завод (S. chacoense ) преобразован с помощью Агробактерии. Трансформированные клетки начинают образовывать мозоли на стороне кусочков листа.

Трансформация с участием Агробактерии может быть достигнуто несколькими способами. Протопласты или альтернативно листовые диски можно инкубировать с Агробактерии и целые растения, регенерированные с использованием культура ткани растений. В агроинфильтрация то Агробактерии можно вводить непосредственно в ткань листа растения. Этот метод трансформирует только клетки, находящиеся в непосредственном контакте с бактериями, и приводит к временной экспрессии плазмидной ДНК.[17]

Агроинфильтрация обычно используется для преобразования табака (Никотиана ). Общий протокол преобразования для Арабидопсис это метод цветочного окунания:[18] соцветие погружены в суспензию Агробактерии, а бактерия трансформирует зародышевый клетки, которые делают самку гаметы. В семена затем можно провести скрининг на устойчивость к антибиотикам (или другому представляющему интерес маркеру), и растения, которые не интегрировали плазмидную ДНК, погибнут при воздействии антибиотика в правильном состоянии.[15]

Агробактерии не заражает все виды растений, но есть несколько других эффективных методов трансформации растений, включая генная пушка.

Агробактерии указан как вектор генетического материала, который был передан этим ГМО США:[19]

В трансформация грибов с использованием Агробактерии используется в основном в исследовательских целях,[20][21] и следует тем же подходам, что и при трансформации растений. В Плазмидная система Ti модифицирован для включения элементов ДНК для отбора трансформированных штаммов грибов после совместной инкубации Агробактерии штаммы, несущие эти плазмиды с видами грибов.

Геномика

Последовательность геномы нескольких видов Агробактерии позволил изучить эволюционную историю этих организмов и предоставил информацию о гены и системы, участвующие в патогенезе, биологическом контроле и симбиоз. Одним из важных открытий является возможность того, что хромосомы развиваются из плазмиды во многих из этих бактерий. Еще одно открытие заключается в том, что разнообразные хромосомные структуры в этой группе, по-видимому, способны поддерживать как симбиотический, так и патогенный образ жизни. Наличие последовательностей генома Агробактерии видов будет продолжать увеличиваться, что приведет к существенному пониманию функций и эволюционной истории этой группы связанных с растениями микробов.[22]

История

Марк Ван Монтегю и Йозеф Шелл на Гентский университет (Бельгия ) обнаружил механизм передачи генов между Агробактерии и растений, что привело к разработке методов изменения Агробактерии в эффективную систему доставки для генной инженерии растений.[13][14] Команда исследователей во главе с доктором Мэри-Делл Чилтон были первыми, кто продемонстрировал, что гены вирулентности могут быть удалены без отрицательного воздействия на способность Агробактерии для вставки собственной ДНК в геном растения (1983).

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Утино Ю., Йокота А., Сугияма Дж. (Август 1997 г.). «Филогенетическое положение морского подразделения видов Agrobacterium на основе анализа последовательности 16S рРНК». Журнал общей и прикладной микробиологии. 43 (4): 243–247. Дои:10.2323 / jgam.43.243. PMID  12501326.
  2. ^ Утино Ю., Хирата А., Йокота А., Сугияма Дж. (Июнь 1998 г.). "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. Дои:10.2323 / jgam.44.201. PMID  12501429.
  3. ^ Янг JM, Kuykendall LD, Martínez-Romero E, Kerr A, Sawada H (январь 2001 г.). "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 (Чт 1): 89–103. Дои:10.1099/00207713-51-1-89. PMID  11211278.[постоянная мертвая ссылка ]
  4. ^ Фарранд С.К., ван Беркум ПБ, Огер П. (сентябрь 2003 г.). «Agrobacterium - определяемый род семейства Rhizobiaceae». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии. 53 (Pt 5): 1681–1687. Дои:10.1099 / ijs.0.02445-0. PMID  13130068.
  5. ^ Янг Дж. М., Куйкендалл Л. Д., Мартинес-Ромеро Э., Керр А., Савада Х. (сентябрь 2003 г.). «Классификация и номенклатура Agrobacterium и Rhizobium». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии. 53 (Pt 5): 1689–1695. Дои:10.1099 / ijs.0.02762-0. PMID  13130069.
  6. ^ Савада Х., Иеки Х., Ояидзу Х., Мацумото С. (октябрь 1993 г.). «Предложение об отказе от Agrobacterium tumefaciens и пересмотренных описаний для рода Agrobacterium и для Agrobacterium radiobacter и Agrobacterium rhizogenes». Международный журнал систематической бактериологии. 43 (4): 694–702. Дои:10.1099/00207713-43-4-694. PMID  8240952.
  7. ^ Фрэнсис К.Е., Спайкер С. (февраль 2005 г.). «Идентификация трансформантов Arabidopsis thaliana без отбора показывает высокую частоту замалчивания интеграций Т-ДНК». Журнал растений. 41 (3): 464–77. Дои:10.1111 / j.1365-313X.2004.02312.x. PMID  15659104.
  8. ^ Pitzschke A, Hirt H (март 2010 г.). «Новый взгляд на старую историю: образование опухолей у растений, вызванное Agrobacterium, в результате трансформации растений». Журнал EMBO. 29 (6): 1021–32. Дои:10.1038 / emboj.2010.8. ЧВК  2845280. PMID  20150897.
  9. ^ Халс М., Джонсон С., Ферриери П. (январь 1993 г.). «Инфекции Agrobacterium у человека: опыт в одной больнице и обзор». Клинические инфекционные болезни. 16 (1): 112–7. Дои:10.1093 / Clinids / 16.1.112. PMID  8448285.
  10. ^ Данн В.М., Тиллман Дж., Мюррей Дж. С. (сентябрь 1993 г.). «Извлечение штамма Agrobacterium radiobacter с мукоидным фенотипом от ребенка с ослабленным иммунитетом и бактериемией». Журнал клинической микробиологии. 31 (9): 2541–3. Дои:10.1128 / JCM.31.9.2541-2543.1993. ЧВК  265809. PMID  8408587.
  11. ^ Каин-младший (март 1988 г.). «Случай сепсиса, вызванного Agrobacterium radiobacter». Журнал инфекции. 16 (2): 205–6. Дои:10.1016 / s0163-4453 (88) 94272-7. PMID  3351321.
  12. ^ Куник Т., Цфира Т., Капульник Ю., Гафни Ю., Дингуолл С., Цитовский 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. Дои:10.1073 / pnas.041327598. JSTOR  3054968. ЧВК  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. Дои: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. Дои:10.1002 / j.1460-2075.1983.tb01716.x. ЧВК  555427. PMID  16453483.
  15. ^ а б Томсон Дж. «Генная инженерия растений» (PDF). Биотехнологии. 3. В архиве (PDF) из оригинала 17 января 2017 г.. Получено 17 июля 2016.
  16. ^ Леуцингер К., Дент М., Уртадо Дж., Станке Дж., Лай Х., Чжоу Х, Чен К. (июль 2013 г.). «Эффективная агроинфильтрация растений для высокоуровневой временной экспрессии рекомбинантных белков». Журнал визуализированных экспериментов. 77 (77). Дои:10.3791/50521. ЧВК  3846102. PMID  23913006.
  17. ^ Шамлул М, Труса Дж, Метт В., Юсибов В. (апрель 2014 г.). «Оптимизация и использование продукции временного белка, опосредованного Agrobacterium, в Nicotiana». Журнал визуализированных экспериментов (86). Дои:10.3791/51204. ЧВК  4174718. PMID  24796351.
  18. ^ Клаф С.Дж., Бент А.Ф. (декабрь 1998 г.). «Цветочный окунание: упрощенный метод опосредованной Agrobacterium трансформации Arabidopsis thaliana». Журнал растений. 16 (6): 735–43. Дои:10.1046 / j.1365-313x.1998.00343.x. PMID  10069079.
  19. ^ Список завершенных FDA консультаций по биоинженерным продуктам питания В архиве 13 мая 2008 г. Wayback Machine
  20. ^ Michielse CB, Hooykaas PJ, van den Hondel CA, Ram AF (июль 2005 г.). «Агробактерии-опосредованная трансформация как инструмент функциональной геномики грибов». Текущая генетика. 48 (1): 1–17. Дои:10.1007 / s00294-005-0578-0. PMID  15889258. S2CID  23959400.
  21. ^ Иднурм А., Бейли А.М., Кэрнс Т.К., Эллиотт К.Э., Фостер Г.Д., Ианири Дж., Чон Дж. (2017). «Агробактерия-опосредованная трансформация грибов». Грибковая биология и биотехнология. 4: 6. Дои:10.1186 / s40694-017-0035-0. ЧВК  5615635. PMID  28955474.
  22. ^ Сетубал Дж. К., Вуд Д., Берр Т., Фарранд С. К., Голдман Б. С., Гуднер Б., Оттен Л., Слейтер С. (2009). "Геномика Агробактерии: Взгляд на его 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

внешние ссылки