Agrobacterium

Agrobacterium (лат.) — группа грамотрицательных бактерий, впервые выделенная как самостоятельный род Г. Дж. Конном в 1942 году. Представители рода способны к горизонтальному переносу генов при помощи которого вызывают опухоли у растений. Наиболее исследованным и хорошо изученным видом этого рода является Agrobacterium tumefaciens. Agrobacterium широко известен своей способностью осуществлять взаимообратный перенос ДНК между собой и растениями. Благодаря этому свойству представители этого рода стали важным инструментом генной инженерии.

Парафилетическая группа бактерий
Название
Agrobacterium
Статус названия
Устаревшее таксономическое
Научное название
Agrobacterium Conn 1942
emend. Sawada et al. 1993
Родительский таксон
Род Rhizobium Frank 1889
emend. Young et al. 2001
Виды

см. текст
Изображения на Викискладе
Систематика в Викивидах

Род Agrobacterium гетерогенен по своему составу. В 1998 году была проведена реклассификация, в результате которой всех представителей Agrobacterium разделили на четыре новых рода: Ahrensia, Pseudorhodobacter, Ruegeria и Stappia[1][2]. Однако, более поздние исследования 2001—2003 годов пришли к выводу, что большую часть видов следует причислить к роду Rhizobium[3][4][5].

Патогены растений
Аномальный рост этих корней (галлы) вызван бактерией Agrobacterium sp.

A. tumefaciens вызывает образование у растений злокачественных опухолей — галл. Обычно они возникают в месте смыкания корня и побега. Такие опухоли возникают в результате конъюгационного переноса бактериальной Ti-плазмиды (Т-ДНК) в клетки растения. Близкородственный вид A. rhizogenes также вызывает корневые опухоли и обладает специальной Ri-плазмидой (англ. root-inducing — индуцирующая корни). Хотя таксономическое положение Agrobacterium постоянно пересматривается, всё же можно разделить этот род на три биовара: A. tumefaciens, A. rhizogenes и A. vitis. Штаммы в группе A. tumefaciens и A. rhizogenes могут обладать либо Ti либо Ri-плазмидой, в то время как штаммы из группы A. vitis, обычно поражающие только виноград, несут Ti-плазмиду. Из природных образцов были выделены штаммы не относящиеся к Agrobacterium, которые несли Ri-плазмиду, а лабораторные исследования показали, что штаммы не относящиеся к Agrobacterium также могут нести Ti-плазмиду. Многие природные штаммы Agrobacterium не обладают ни Ti ни Ri-плазмидой и, поэтому, не являются вирулентными.

Плазмидная T-ДНК полуслучайным образом внедряется в геном клетки хозяина[6], и происходит экспрессия генов, ответственных за образование опухоли, что в конечном итоге приводит к образованию галла. T-ДНК содержит гены, кодирующие ферменты, необходимые для синтеза нестандартных аминокислот, обычно октопина или нопалина. Здесь же закодированы ферменты для синтеза растительных гормонов ауксина и цитокинина, а также для биосинтеза разного рода опинов, которые обеспечивают бактериям источник углерода и азота, недоступный для других микроорганизмов. Такая стратегия даёт Agrobacterium селективное преимущество[7]. Изменение гормонального баланса растения, приводит к нарушению деления клеток и образованию опухоли. Соотношение ауксина к цитокину определяет морфологию опухоли (корнеобразная, бесформенная или побегообразная).

Патогены человека

Хотя обычно Agrobacterium инфицирует только растения, он может вызывать оппортунистические заболевания у людей с ослабленным иммунитетом[8][9], но пока нет данных указывающих на его опасность для здоровых индивидов. Самое раннее сообщение о заболевании человека, вызванном Agrobacterium radiobacter, сделал Доктор Дж. Р. Кейн из Шотландии (1988)[10]. Более поздние исследования подтвердили, что Agrobacterium поражает и генетически трансформирует некоторые виды человеческих клеток и способен вводить T-ДНК в клеточный геном. Исследование проводилось с использованием культуры человеческой ткани, поэтому не было сделано каких либо оценок о патогенности этого организма для человека в природе[11].

Использование в биотехнологии
См. также: Горизонтальный перенос генов

Способность Agrobacterium переносить свои гены в растения и грибы используется в биотехнологии, в частности в генетической инженерии с целью улучшения производительности растений. Обычно для этих целей используются модифицированные Ti или Ri плазмиды. Сначала плазмиду 'обезвреживают', удаляя гены, вызывающие развитие опухоли; единственная необходимая для процесса переноса часть T-ДНК это два маленьких (25 пар оснований) краевых повтора. Для успешной трансформации необходим по крайней мере один такой повтор. Марк Ван Монтегю и Джозеф Шелл из Гентского университета (Бельгия) открыли механизм переноса генов между Agrobacterium и растениями, что привело к созданию методов по изменению ДНК Agrobacterium с целью эффективной доставки генов в клетки растений[12][13]. Команда исследователей под руководством Доктора Мэри-Делл Чилтон впервые продемонстрировала, что удаление генов вирулентности не оказывает неблагоприятного воздействия на способность Agrobacterium вводить своё ДНК в растительный геном (1983).

Гены, которые будут введены в растительную клетку клонируют в специальный вектор для трансформации растений, который состоит их участка T-ДНК обезвреженной плазмиды и селективного маркёра (например, гена устойчивости к антибиотику), который позволяет осуществлять отбор растений, успешно прошедших трансформацию. Далее, трансформированные растения выращивают в среде с антибиотиком, и те из них, кто не несёт Т-ДНК и ген устойчивости в своём геноме, погибнут.

S. chacoense трансформированный при помощи Agrobacterium. С края листа трансформированные клекти начинаяют формировать каллус.

Трансформация с использованием Agrobacterium можно осуществить двумя путями. Протопласты или листовые пластинки инкубируются с Agrobacterium, а затем целое растение регенируруют, используя метод культуры тканей. Стандартный метод для трансформации Arabidopsis — это метод окунания цветка: цветы окунают в культуру Agrobacterium, и бактерии трансформируют половые клетки, которые производят женские гаметы. Затем, полученные семена можно проверить на устойчивость к антибиотику (или отбирать используя любой другой маркёр). Альтернативным методом является агроинфильтрация, когда раствор с культурой бактериальных клеток вводят в лист через устьица.

Agrobacterium не поражает все виды растений, но существует несколько других эффективных техник для трансформации, например генное ружьё.

Agrobacterium входит в список источников генетического материала, использованного для создания следующих ГМО в США[14]:

Виды
Положение вида в роде Agrobacterium[15]Современное положение
"A. aggregatum" Ahrens 1968Labrenzia aggregata (Uchino et al. 1999) Biebl et al. 2007[16]
"A. albilineans" (Ashby 1929) Savulescu 1947Xanthomonas albilineans (Ashby 1929) Dowson 1943 emend. van den Mooter and Swings 1990[17]
A. atlanticum Rüger and Höfle 1992Ruegeria atlantica (Rüger and Höfle 1992) Uchino et al. 1999 emend. Vandecandelaere et al. 2008
A. ferrugineum (ex Ahrens and Rheinheimer 1967) Rüger and Höfle 1992Pseudorhodobacter ferrugineus (Rüger and Höfle 1992) Uchino et al. 2003
A. gelatinovorum (ex Ahrens 1968) Rüger and Höfle 1992Thalassobius gelatinovorus (Rüger and Höfle 1992) Arahal et al. 2006
"A. kieliense" Ahrens 1968Ahrensia kielensis corrig. (ex Ahrens 1968) Uchino et al. 1999[18]
A. larrymoorei Bouzar and Jones 2001Rhizobium larrymoorei (Bouzar and Jones 2001) Young 2004
A. meteori Rüger and Höfle 1992Ruegeria atlantica (Rüger and Höfle 1992) Uchino et al. 1999 emend. Vandecandelaere et al. 2008
A. radiobacter (Beijerinck and van Delden 1902) Conn 1942Rhizobium radiobacter (Beijerinck and van Delden 1902) Young et al. 2001
"A. rathayi" (Smith 1913) Savulescu 1947Rathayibacter rathayi (Smith 1913) Zgurskaya et al. 1993[19]
A. rhizogenes (Riker et al. 1930) Conn 1942 emend. Sawada et al. 1993Rhizobium rhizogenes (Riker et al. 1930) Young et al. 2001
A. rubi (Hildebrand 1940) Starr and Weiss 1943Rhizobium rubi (Hildebrand 1940) Young et al. 2001
"A. sanguineum" Ahrens and Rheinheimer 1968Porphyrobacter sanguineus (ex Ahrens and Rheinheimer 1968) Hiraishi et al. 2002[20]
A. stellulatum (ex Stapp and Knösel 1954) Rüger and Höfle 1992Stappia stellulata (Rüger and Höfle 1992) Uchino et al. 1999 emend. Biebl et al. 2007
A. tumefaciens (Smith and Townsend 1907) Conn 1942typusRhizobium radiobacter (Beijerinck and van Delden 1902) Young et al. 2001
A. vitis Ophel and Kerr 1990Allorhizobium vitis (Ophel and Kerr 1990) Mousavi et al. 2016

Примечания
  1. Uchino Y., Yokota A., Sugiyama J. Phylogenetic position of the marine subdivision of Agrobacterium species based on 16S rRNA sequence analysis (англ.) // The Journal of General and Applied Microbiology : journal. — 1997. — Vol. 43, no. 4. — P. 243—247. — doi:10.2323/jgam.43.243. — PMID 12501326.
  2. Uchino, Yoshihito; Hirata, Aiko; Yokota, Akira; Sugiyama, Junta. Reclassification of marine Agrobacterium species: Proposals of 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., and Ahrensia kieliense gen. nov., sp. nov., nom. Rev (англ.) // The Journal of General and Applied Microbiology. — 1998. — Vol. 44, no. 3. — P. 201—210. — doi:10.2323/jgam.44.201. — PMID 12501429.
  3. Young J. M., Kuykendall L. D., Martínez-Romero E., Kerr A., Sawada H. 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 et al. 1998 as new combinations: Rhizobium radiobacter, R. Rhizogenes, R. Rubi, R. Undicola and R. Vitis (англ.) // International journal of systematic and evolutionary microbiology : journal. — 2001. — Vol. 51, no. Pt 1. — P. 89—103. — doi:10.1099/00207713-51-1-89. — PMID 11211278. (недоступная ссылка)
  4. Farrand S. K., Van Berkum P. B., Oger P. Agrobacterium is a definable genus of the family Rhizobiaceae (англ.) // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology : journal. — 2003. — Vol. 53, no. 5. — P. 1681—1687. — doi:10.1099/ijs.0.02445-0. — PMID 13130068.
  5. Young J. M., Kuykendall L. D., Martínez-Romero E., Kerr A., Sawada H. Classification and nomenclature of Agrobacterium and Rhizobium - a reply to Farrand et al. (2003) (англ.) // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology : journal. — 2003. — Vol. 53, no. 5. — P. 1689—1695. — doi:10.1099/ijs.0.02762-0. — PMID 13130069.
  6. Francis K. E., Spiker S. Identification of Arabidopsis thaliana transformants without selection reveals a high occurrence of silenced T-DNA integrations (англ.) // The Plant Journal : journal. — 2004. — Vol. 41, no. 3. — P. 464—477. — doi:10.1111/j.1365-313X.2004.02312.x. — PMID 15659104.
  7. Pitzschke A., Hirt H. New insights into an old story: Agrobacterium-induced tumour formation in plants by plant transformation (англ.) // The EMBO Journal : journal. — 2010. — Vol. 29, no. 6. — P. 1021—1032. — doi:10.1038/emboj.2010.8. — PMID 20150897.
  8. Hulse M., Johnson S.,. Agrobacterium Infections in Humans: Experience at One Hospital and Review (англ.) // Clinical Infectious Diseases : journal. — 1993. — Vol. 16, no. 1. — P. 112—117. — doi:10.1093/clinids/16.1.112. — PMID 8448285.
  9. Dunne Jr. W. M., Tillman J., Murray J. C. Recovery of a strain of Agrobacterium radiobacter with a mucoid phenotype from an immunocompromised child with bacteremia (англ.) // Journal of clinical microbiology : journal. — 1993. — Vol. 31, no. 9. — P. 2541—2543. — PMID 8408587.
  10. Cain, John Raymond. A case of septicaemia caused by Agrobacterium radiobacter (англ.) // Journal of Infection : journal. — 1988. — Vol. 16, no. 2. — P. 205—206. — doi:10.1016/s0163-4453(88)94272-7. — PMID 3351321.
  11. Kunik T., Tzfira T., Kapulnik Y., Gafni Y., Dingwall C., Citovsky V. Genetic transformation of HeLa cells by Agrobacterium (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences : journal. — National Academy of Sciences, 2001. — Vol. 98, no. 4. — P. 1871—1876. — doi:10.1073/pnas.041327598. — . — PMID 11172043. — .
  12. Schell J., Van Montagu M. The Ti-Plasmid of Agrobacterium Tumefaciens, A Natural Vector for the Introduction of NIF Genes in Plants? // Genetic Engineering for Nitrogen Fixation (англ.) / Hollaender, Alexander; Burris, R. H.; Day, P. R.; Hardy, R. W. F.; Helinski, D. R.; Lamborg, M. R.; Owens, L.; Valentine, R. C.. — 1977. — Vol. 9. — P. 159—179. — (Basic Life Sciences). — ISBN 978-1-4684-0882-9. — doi:10.1007/978-1-4684-0880-5_12.
  13. Joos H., Timmerman B., Montagu M. V., Schell J. Genetic analysis of transfer and stabilization of Agrobacterium DNA in plant cells (англ.) // The EMBO journal : journal. — 1983. — Vol. 2, no. 12. — P. 2151—2160. — PMID 16453483.
  14. The FDA List of Completed Consultations on Bioengineered Foods Архивная копия от 13 мая 2008 на Wayback Machine Архивировано 13 мая 2008 года.
  15. Genus Agrobacterium : [англ.] // LPSN.
  16. Genus Labrenzia : [англ.] // LPSN. (Дата обращения: 13 января 2018).
  17. Genus Xanthomonas : [англ.] // LPSN. (Дата обращения: 13 января 2018).
  18. Genus Ahrensia : [англ.] // LPSN. (Дата обращения: 13 января 2018).
  19. Genus Rathayibacter : [англ.] // LPSN. (Дата обращения: 13 января 2018).
  20. Genus Porphyrobacter : [англ.] // LPSN. (Дата обращения: 13 января 2018).

Внешние ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.