Ti-плазмида

Ti-плазми́да (англ. Ti plasmid от англ. tumor inducing — индуцирующая образование опухолей) — плазмида почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens, с помощью которой она вызывает образование клубеньков на корнях бобовых растений. Участок Ti-плазмиды, известный как T-ДНК (от англ. transfer DNA), может встраиваться в геном растений и содержит гены биосинтеза фитогормонов и опинов, которые запускают образование опухоли[1].

Схема строения Ti-плазмиды

Строение

Ti-плазмида представляет собой кольцевую двуцепочечную молекулу ДНК, состоящую из 214 233 пар оснований (п. о.) и содержащую 199 генов. В состав плазмиды входит участок длиной от 12 до 22 тысяч п. о., известный как T-ДНК, который может интегрироваться в геном растения. Шесть генов, локализованных в T-ДНК — iaaM1, iaaH2, ipt, tml6, 6a, 6b, — отвечают за биосинтез опинов и некоторых фитогормонов, причём гены iaaM, iaaH2 и ipt являются онкогенами. Экспрессия этих генов запускает образование опухоли — клубенька на корне заражённого растения[1].

Помимо T-ДНК, в состав Ti-плазмиды входит область vir, представленная опероном virABCDEFG[2]. Гены vir отвечают за вырезание и перенос T-ДНК в клетки растения. Ген virA кодирует рецептор (гистидинкиназу), который реагирует на такие фенольные соединения, как ацетосирингон, сирингальдегид и апоцинин[3], которые выходят наружу из повреждённых клеток растения. Ген virB кодирует белки, образующие подобие пилей, продукт гена virC связывается с последовательностью, которая будет перенесена, а белки, кодируемые генами virD1 и virD2, являются эндонуклеазами, которые распознают прямые повторы на концах T-ДНК и вносят разрезы в этих областях при участии вспомогательного белка virD4[4]. Продукт гена virE опосредует собственно перенос T-ДНК в растительную клетку, а белок, кодируемый геном virG, запускает экспрессию генов vir, после того как его фосфорилирует активированный белок virA[5][6].

Также Ti-плазмида содержит гены переработки опинов и tra-область, которая обеспечивает конъюгативный перенос плазмиды между двумя бактериями[7].

Инфицирование

Внедрение T-ДНК в растительный геном протекает в четыре этапа:

  • формирование контакта между бактерией и стенкой растительной клетки;
  • проникновение T-ДНК внутрь клетки растения;
  • встраивание T-ДНК в растительный геном;
  • экспрессия генов T-ДНК в растительной клетке[7].

T-ДНК может попасть внутрь растения только в месте повреждения ввиду особенностей рецептора virA, описанных выше. Кроме того, на проникновение влияет кислотность окружающей среды и температура. Проникновение T-ДНК опосредовано особыми T-пилями, которые в виде пучка тонких гибких фибрилл располагаются на одном из полюсов бактериальной клетки. Вырезание и интеграцию T-ДНК в растительный геном опосредуют продукты генов vir. Процесс переноса T-ДНК в цитоплазму бактериальной клетки занимает 30 минут, причём сама бактерия внутрь растительной клетки не попадает, а находится в межклеточном пространстве и использует инфицированные T-ДНК клетки в качестве поставщика опинов, которые служат источником углерода и азота для бактерии. В индукции экспрессии генов вирулентности также задействованы особые внутриклеточные метаболиты растения, образующиеся при раневых повреждениях[8].

Применение в генетической инженерии

Agrobacterium tumefaciens активно используется в генетической инженерии для создания трансгенных растений благодаря способности трансформировать растительные клетки, причём необходимый ген доставляется в растительный геном в составе T-ДНК[9].

Примечания
  1. Гигани, 2017, с. 91—92.
  2. Stachel S. E., Nester E. W. The genetic and transcriptional organization of the vir region of the A6 Ti plasmid of Agrobacterium tumefaciens. (англ.) // The EMBO Journal. — 1986. — July (vol. 5, no. 7). — P. 1445—1454. — PMID 3017694.
  3. Lohrke S. M., Yang H., Jin S. Reconstitution of Acetosyringone-Mediated Agrobacterium tumefaciens Virulence Gene Expression in the Heterologous Host Escherichia coli (англ.) // Journal of Bacteriology. — 2001. — 15 June (vol. 183, no. 12). — P. 3704—3711. — ISSN 0021-9193. — doi:10.1128/JB.183.12.3704-3711.2001.
  4. Hamilton C. M., Lee H., Li P. L., Cook D. M., Piper K. R., von Bodman S. B., Lanka E., Ream W., Farrand S. K. TraG from RP4 and TraG and VirD4 from Ti plasmids confer relaxosome specificity to the conjugal transfer system of pTiC58. (англ.) // Journal Of Bacteriology. — 2000. — March (vol. 182, no. 6). — P. 1541—1548. — PMID 10692358.
  5. Schrammeijer B., Beijersbergen A., Idler K. B., Melchers L. S., Thompson D. V., Hooykaas P. J. Sequence analysis of the vir-region from Agrobacterium tumefaciens octopine Ti plasmid pTi15955. (англ.) // Journal Of Experimental Botany. — 2000. — June (vol. 51, no. 347). — P. 1167—1169. — PMID 10948245.
  6. Alexander N. Glazer, Hiroshi Nikaidō. Microbial biotechnology: fundamentals of applied microbiology (англ.). — Cambridge University Press, 2007. — ISBN 0-521-84210-7.
  7. Гигани, 2017, с. 92.
  8. Гигани, 2017, с. 92—93.
  9. Dale & Park, 2004, p. 241.

Литература
  • Гигани О. Б. Плазмиды. — М.: РУСАЙНС, 2017. — 154 с. — ISBN 978-5-4365-1976-0.
  • Jeremy W. Dale, Simon F. Park. Molecular Genetics of Bacteria. — 4th Edition. — John Wiley & Sons, Ltd, 2004. — ISBN 0-470-85084-1.

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