Agrobacterium - Agrobacterium
Agrobacterium | |
---|---|
![]() | |
Vědecká klasifikace ![]() | |
Doména: | Bakterie |
Kmen: | Proteobakterie |
Třída: | Alphaproteobacteria |
Objednat: | Rhizobiales |
Rodina: | Rhizobiaceae |
Rod: | Agrobacterium |
Zadejte druh | |
Agrobacterium tumefaciens (Smith and Townsend 1907) Conn 1942 | |
Druh | |
| |
Synonyma | |
|
Agrobacterium je rod z Gramnegativní bakterie založil H. J. Conn, který používá horizontální přenos genů způsobit nádory v rostlinách. Agrobacterium tumefaciens je nejčastěji studován druh v tomto rodu. Agrobacterium je dobře známý pro svou schopnost přenosu DNA mezi sebou a rostlinami, a z tohoto důvodu se stala důležitým nástrojem genetické inženýrství.
Rod Agrobacterium je docela heterogenní. Nedávno taxonomické studie reklasifikovaly všechny Agrobacterium druhy do nových rodů, jako např Ahrensia, Pseudorhodobý znak, Ruegeria, a Stappia,[1][2] ale většina druhů byla sporně překlasifikována na Rhizobium druh.[3][4][5]
Rostlinný patogen

Agrobacterium tumefaciens způsobuje onemocnění korunní žluče u rostlin. Onemocnění je charakterizováno a nádor -jako růst nebo žluč na infikované rostlině, často na křižovatce mezi kořenem a výhonkem. Nádory jsou podněcovány konjugační přenos segmentu DNA (T-DNA ) z bakteriálního nádoru indukujícího (Ti) plazmid. Blízce příbuzný druh, Agrobacterium rhizogenes, indukuje kořenové nádory a nese odlišný Ri (kořen indukující) plazmid. Ačkoli taxonomie Agrobacterium je v současné době v revizi, lze zobecnit, že v rámci rodu existují 3 biovary, Agrobacterium tumefaciens, Agrobacterium rhizogenes, a Agrobacterium vitis. Kmeny uvnitř Agrobacterium tumefaciens a Agrobacterium rhizogenes je známo, že jsou schopné ukrývat buď Ti nebo Ri-plazmid, zatímco kmeny Agrobacterium vitis, obecně omezeno na vinnou révu, může obsahovat Ti-plazmid. Ne-Agrobacterium kmeny byly izolovány ze vzorků životního prostředí, které obsahují Ri-plazmid, zatímco laboratorní studie ukázaly, žeAgrobacterium kmeny mohou také obsahovat Ti-plazmid. Některé ekologické kmeny Agrobacterium nemají ani Ti, ani Ri-plazmid. Tyto kmeny jsou avirulentní.[6]
Plazmid T-DNA je integrován semi-náhodně do genom hostitelské buňky,[7] a jsou exprimovány geny morfologie nádoru na T-DNA, což způsobuje tvorbu žluči. T-DNA nese geny pro biosyntetické enzymy pro produkci neobvyklých aminokyseliny, typicky chobotnice nebo nopalin. To také nese geny pro biosyntézu rostlinné hormony, auxin a cytokininy a pro biosyntézu opiny, poskytující zdroj uhlíku a dusíku pro bakterie, které většina ostatních mikroorganismů nedokáže použít Agrobacterium A selektivní výhoda.[8] Změnou hormonální rovnováhy v rostlinné buňce nelze dělení těchto buněk ovládat rostlinou a tvoří se nádory. Poměr auxinu k cytokininu produkovaný nádorovými geny určuje morfologii nádoru (kořenový, dezorganizovaný nebo podobný výhonku).
U lidí
Ačkoli se obecně považuje za infekci rostlin, Agrobacterium může být zodpovědný za oportunní infekce u lidí s oslabením imunitní systémy,[9][10] ale nebylo prokázáno, že je primárním patogenem u jinak zdravých jedinců. Jedna z prvních asociací lidských nemocí způsobených Agrobacterium radiobacter byl popsán Dr. J. R. Cainem ve Skotsku (1988).[11] Pozdější studie tomu nasvědčovala Agrobacterium připojuje se a geneticky transformuje několik typů lidských buněk integrací své T-DNA do genomu lidské buňky. Studie byla provedena s použitím kultivované lidské tkáně a neprovedla žádné závěry týkající se související biologické aktivity v přírodě.[12]
Využití v biotechnologii
Schopnost Agrobacterium převést geny na rostliny a houby se používají v biotechnologie, zejména, genetické inženýrství pro zlepšení rostlin. Genomy rostlin a hub lze vytvořit pomocí Agrobacterium pro dodání sekvencí hostovaných v Binární vektory T-DNA. Může být použit modifikovaný plazmid Ti nebo Ri. Plazmid je „odzbrojen“ delecí genů indukujících nádor; jedinou podstatnou částí T-DNA jsou její dvě malá (25 párů bází) hraniční opakování, z nichž alespoň jedna je potřebná pro transformaci rostlin.[13][14] Geny, které mají být zavedeny do rostliny, jsou klonovány do rostlinného binárního vektoru, který obsahuje oblast T-DNA odzbrojeného plazmid společně s volitelnou značkou (např odolnost proti antibiotikům ) umožnit výběr rostlin, které byly úspěšně transformovány. Rostliny se po transformaci pěstují na médiu obsahujícím antibiotikum a ty, které nemají v genomu integrovanou T-DNA, zemřou. Alternativní metoda je agroinfiltrace.[15][16]
Proměna s Agrobacterium lze dosáhnout několika způsoby. Protoplasty nebo alternativně lze listové disky inkubovat s Agrobacterium a celé rostliny regenerovány pomocí rostlinná tkáňová kultura. v agroinfiltrace the Agrobacterium mohou být injikovány přímo do listové tkáně rostliny. Tato metoda transformuje pouze buňky v bezprostředním kontaktu s bakteriemi a vede k přechodné expresi plazmidové DNA.[17]
Agroinfiltrace se běžně používá k transformaci tabáku (Nicotiana ). Běžný transformační protokol pro Arabidopsis je metoda květinové dip:[18] květenství jsou ponořeny do suspenze Agrobacteriuma bakterie transformuje zárodečná linie buňky, které tvoří samici gamety. The semena potom mohou být skrínovány na rezistenci na antibiotika (nebo na jiný zajímavý marker) a rostliny, které neintegrovaly plazmidovou DNA, zemřou, když jsou vystaveny správnému stavu antibiotika.[15]
Agrobacterium neinfikuje všechny druhy rostlin, ale existuje několik dalších účinných technik transformace rostlin, včetně genová zbraň.
Agrobacterium je uveden jako vektor genetického materiálu, který byl přenesen do těchto GMO v USA:[19]
- Sójové boby
- Bavlna
- Kukuřice
- Cukrovka
- Vojtěška
- Pšenice
- Řepkový olej (Řepka )
- Plíživá bentgrass (pro krmení zvířat)
- Rýže (Zlatá rýže )
The proměna hub Agrobacterium se používá především pro výzkumné účely,[20][21] a sleduje podobné přístupy jako při transformaci rostlin. The Ti plasmidový systém je modifikován tak, aby zahrnoval prvky DNA pro selekci transformovaných kmenů hub po společné inkubaci Agrobacterium kmeny nesoucí tyto plazmidy s druhy hub.
Genomika
Sekvenování genomy několika druhů Agrobacterium povolil studium evoluční historie těchto organismů a poskytl informace o geny a systémy zapojené do patogeneze, biologické kontroly a symbióza. Jedním důležitým zjištěním je možnost, že chromozomy se vyvíjejí z plazmidy v mnoha z těchto bakterií. Dalším objevem je, že rozmanité chromozomální struktury v této skupině se zdají být schopné podporovat symbiotický i patogenní životní styl. Dostupnost genomových sekvencí Agrobacterium druhů bude i nadále přibývat, což povede k podstatnému nahlédnutí do funkce a evoluční historie této skupiny mikrobů spojených s rostlinami.[22]
Dějiny
Marc Van Montagu a Jozef Schell na Univerzita v Gentu (Belgie ) objevil mechanismus přenosu genů mezi Agrobacterium a rostliny, což vyústilo ve vývoj metod pro změnu Agrobacterium do efektivního doručovacího systému pro genové inženýrství v rostlinách.[13][14] Tým vědců vedený Dr. Mary-Dell Chilton byli první, kdo prokázal, že virulentní geny lze odstranit bez nepříznivého ovlivnění schopnosti Agrobacterium vložit vlastní DNA do genomu rostliny (1983).
Viz také
- Agroinfiltrace
- Marc Van Montagu
- Rhizobium rhizogenes (dříve Agrobacterium rhizogenes)
Reference
- ^ Uchino Y, Yokota A, Sugiyama J (srpen 1997). „Fylogenetická poloha mořského dělení druhů Agrobacterium na základě 16S rRNA sekvenční analýzy“. The Journal of General and Applied Microbiology. 43 (4): 243–247. doi:10.2323 / jgam.43.243. PMID 12501326.
- ^ Uchino Y, Hirata A, Yokota A, Sugiyama J (červen 1998). „Reklasifikace mořských druhů Agrobacterium: Návrhy Stappia stellulata gen. Nov., Komb. Nov., Stappia aggregata sp. Nov., Nom. Rev., Ruegeria atlantica gen. Nov., Kombinace. Nov., Ruegeria gelatinovora komb. Nov. ., Ruegeria algicola comb. Nov. A Ahrensia kieliense gen. Nov., Sp. Nov., Nom. Rev ". The Journal of General and Applied Microbiology. 44 (3): 201–210. doi:10,2323 / jgam.44.201. PMID 12501429.
- ^ Young JM, Kuykendall LD, Martínez-Romero E, Kerr A, Sawada H (leden 2001). „Revize Rhizobium Frank 1889 s upraveným popisem rodu a zahrnutí všech druhů Agrobacterium Conn 1942 a Allorhizobium undicola de Lajudie et al. 1998 jako nové kombinace: Rhizobium radiobacter, R. rhizogenes, R. rubi, R. undicola a R. vitis ". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 51 (Pt 1): 89–103. doi:10.1099/00207713-51-1-89. PMID 11211278.[trvalý mrtvý odkaz ]
- ^ Farrand SK, van Berkum PB, Oger P (září 2003). „Agrobacterium je definovatelný rod z čeledi Rhizobiaceae“. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 53 (Pt 5): 1681–1687. doi:10.1099 / ijs.0.02445-0. PMID 13130068.
- ^ Young JM, Kuykendall LD, Martínez-Romero E, Kerr A, Sawada H (září 2003). "Klasifikace a nomenklatura Agrobacterium a Rhizobium". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 53 (Pt 5): 1689–1695. doi:10.1099 / ijs.0.02762-0. PMID 13130069.
- ^ Sawada H, Ieki H, Oyaizu H, Matsumoto S (říjen 1993). „Návrh na odmítnutí Agrobacterium tumefaciens a revidované popisy pro rod Agrobacterium a pro Agrobacterium radiobacter a Agrobacterium rhizogenes“. International Journal of Systematic Bacteriology. 43 (4): 694–702. doi:10.1099/00207713-43-4-694. PMID 8240952.
- ^ Francis KE, Spiker S (únor 2005). „Identifikace transformantů Arabidopsis thaliana bez selekce odhaluje vysoký výskyt umlčených integrací T-DNA“. The Plant Journal. 41 (3): 464–77. doi:10.1111 / j.1365-313X.2004.02312.x. PMID 15659104.
- ^ Pitzschke A, Hirt H (březen 2010). „Nové poznatky o starém příběhu: Agrobacterium indukovaná tvorba nádorů v rostlinách transformací rostlin“. Časopis EMBO. 29 (6): 1021–32. doi:10.1038 / emboj.2010.8. PMC 2845280. PMID 20150897.
- ^ Hulse M, Johnson S, Ferrieri P (leden 1993). „Infekce Agrobacterium u lidí: zkušenosti v jedné nemocnici a kontrola“. Klinické infekční nemoci. 16 (1): 112–7. doi:10.1093 / clinids / 16.1.112. PMID 8448285.
- ^ Dunne WM, Tillman J, Murray JC (září 1993). „Obnova kmene Agrobacterium radiobacter s mukoidním fenotypem od dítěte s oslabenou imunitou s bakteremií“. Journal of Clinical Microbiology. 31 (9): 2541–3. doi:10.1128 / JCM.31.9.2541-2543.1993. PMC 265809. PMID 8408587.
- ^ Cain JR (březen 1988). "Případ septikémie způsobené Agrobacterium radiobacter". The Journal of Infection. 16 (2): 205–6. doi:10.1016 / s0163-4453 (88) 94272-7. PMID 3351321.
- ^ Kunik T, Tzfira T, Kapulnik Y, Gafni Y, Dingwall C, Citovsky V (únor 2001). "Genetická transformace buněk HeLa Agrobacterium". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 98 (4): 1871–6. Bibcode:2001PNAS ... 98,1871K. doi:10.1073 / pnas.041327598. JSTOR 3054968. PMC 29349. PMID 11172043.
- ^ A b Schell J, Van Montagu M (1977). „Ti-plazmid Agrobacterium Tumefaciens, přírodní vektor pro zavedení NIF genů v rostlinách?“. In Hollaender A, Burris RH, Day PR, Hardy RW, Helinski DR, Lamborg MR, Owens L, Valentine RC (eds.). Genetické inženýrství pro fixaci dusíku. Základní biologické vědy. 9. str. 159–79. doi:10.1007/978-1-4684-0880-5_12. ISBN 978-1-4684-0882-9. PMID 336023.
- ^ A b Joos H, Timmerman B, Montagu MV, Schell J (1983). „Genetická analýza přenosu a stabilizace DNA Agrobacterium v rostlinných buňkách“. Časopis EMBO. 2 (12): 2151–60. doi:10.1002 / j.1460-2075.1983.tb01716.x. PMC 555427. PMID 16453483.
- ^ A b Thomson JA. "Genetické inženýrství rostlin" (PDF). Biotechnologie. 3. Archivováno (PDF) z původního dne 17. ledna 2017. Citováno 17. července 2016.
- ^ Leuzinger K, Dent M, Hurtado J, Stahnke J, Lai H, Zhou X, Chen Q (červenec 2013). "Efektivní agroinfiltrace rostlin pro přechodnou expresi rekombinantních proteinů na vysoké úrovni". Žurnál vizualizovaných experimentů. 77 (77). doi:10.3791/50521. PMC 3846102. PMID 23913006.
- ^ Shamloul M, Trusa J, Mett V, Yusibov V (duben 2014). „Optimalizace a využití produkce přechodných proteinů zprostředkovaných Agrobacterium v Nicotianě“. Žurnál vizualizovaných experimentů (86). doi:10.3791/51204. PMC 4174718. PMID 24796351.
- ^ Clough SJ, Bent AF (prosinec 1998). „Floral dip: a zjednodušená metoda pro transformaci Arabidopsis thaliana zprostředkovanou Agrobacterium“. The Plant Journal. 16 (6): 735–43. doi:10.1046 / j.1365-313x.1998.00343.x. PMID 10069079.
- ^ Seznam FDA dokončených konzultací o bioinženýrských potravinách Archivováno 13. Května 2008 v Wayback Machine
- ^ Michielse CB, Hooykaas PJ, van den Hondel CA, Ram AF (červenec 2005). „Transformace zprostředkovaná Agrobacterium jako nástroj funkční genomiky v houbách“. Současná genetika. 48 (1): 1–17. doi:10.1007 / s00294-005-0578-0. PMID 15889258. S2CID 23959400.
- ^ Idnurm A, Bailey AM, Cairns TC, Elliott CE, Foster GD, Ianiri G, Jeon J (2017). „Transformace hub zprostředkovaná Agrobacterium“. Houbová biologie a biotechnologie. 4: 6. doi:10.1186 / s40694-017-0035-0. PMC 5615635. PMID 28955474.
- ^ Setubal JC, Wood D, Burr T, Farrand SK, Goldman BS, Goodner B, Otten L, Slater S (2009). "Genomika Agrobacterium: Pohledy na jeho patogenitu, biologickou kontrolu a evoluci “. V Jackson RW (ed.). Rostlinné patogenní bakterie: Genomika a molekulární biologie. Caister Academic Press. str. 91–112. ISBN 978-1-904455-37-0.
Další čtení
- Kyndt T, Quispe D, Zhai H, Jarret R, Ghislain M, Liu Q a kol. (Květen 2015). „Genom pěstovaných sladkých brambor obsahuje T-DNA Agrobacterium s exprimovanými geny: Příklad přirozeně transgenní potravinové plodiny“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 112 (18): 5844–9. Bibcode:2015PNAS..112,5844 tis. doi:10.1073 / pnas.1419685112. PMC 4426443. PMID 25902487. Shrnutí ležel – Phys.org (21. dubna 2015).
externí odkazy
- Aktuální taxonomie Agrobacterium druhy a nové Rhizobium jména
- Agrobakterie se používají jako genový trajekt - Transformace rostlin pomocí Agrobacterium]