Агробактерия
Агробактерия | |
---|---|
![]() | |
Научная классификация ![]() | |
Домен: | Бактерии |
Тип: | Псевдомонадота |
Сорт: | Альфапротеобактерии |
Заказ: | Гифомикробиалы |
Семья: | Ризобиевые |
Род: | Агробактерия Конн 1942 г. (утвержденные списки 1980 г.) |
Типовой вид | |
Агробактерия радиобактерия (Смит и Таунсенд, 1907 г.) Конн, 1942 г. (утвержденные списки, 1980 г.) | |
Разновидность | |
| |
Синонимы [1] | |
|
Agrobacterium — это род грамотрицательных , бактерий, созданный Х. Дж. Конном , который использует горизонтальный перенос генов чтобы вызывать опухоли у растений. Agrobacterium tumefaciens — наиболее часто изучаемый вид этого рода. Agrobacterium хорошо известна своей способностью переносить ДНК между собой и растениями, и по этой причине она стала важным инструментом генной инженерии .
Номенклатурная история
[ редактировать ]До 1990-х годов род Agrobacterium использовался в качестве таксона мусорной корзины . С появлением секвенирования 16S многие виды Agrobacterium (особенно морские виды) были отнесены к таким родам, как Ahrensia , Pseudorhodobacter , Ruegeria и Stappia . [2] [3] Остальные виды Agrobacterium были отнесены к трем биоварам: биовар 1 ( Agrobacterium tumefaciens ), биовар 2 ( Agrobacterium rhizogenes ) и биовар 3 ( Agrobacterium vitis ). В начале 2000-х годов Agrobacterium был синонимом рода Rhizobium . [4] Этот шаг оказался спорным. [5] [6] Спор окончательно разрешился, когда род Agrobacterium был восстановлен. [7] после того, как было продемонстрировано, что он филогенетически отличается от Rhizobium. [8] [9] и что виды Agrobacterium были объединены уникальной синапоморфией : наличием гена протеомеразы telA , который заставляет всех членов рода иметь линейную хромиду . [10] Однако к этому времени три биовара Agrobacterium прекратили свое существование; биовар 1 остался с Agrobacterium , биовар 2 был переименован в Rhizobium rhizogenes , а биовар 3 переименован в Allorhizobium vitis .
Растительный патоген
[ редактировать ]
Agrobacterium tumefaciens вызывает у растений коронково-галловую болезнь. Заболевание характеризуется опухолевидным наростом или галлом на зараженном растении, часто на стыке корня и побега. Опухоли индуцируются конъюгативным переносом сегмента ДНК ( Т-ДНК ) из бактериальной опухолеиндуцирующей (Ti) плазмиды . Близкородственный вид, Agrobacterium rhizogenes , индуцирует опухоли корня и несет отдельную плазмиду Ri (индуцирующую корни). Хотя таксономия Agrobacterium в настоящее время пересматривается, можно обобщить, что внутри рода существует 3 биовара: Agrobacterium tumefaciens , Agrobacterium rhizogenes и Agrobacterium vitis . Известно, что штаммы Agrobacterium tumefaciens и Agrobacterium rhizogenes могут содержать либо Ti-, либо Ri- плазмиду , тогда как штаммы Agrobacterium vitis , обычно встречающиеся в виноградной лозе, могут содержать Ti-плазмиду. Штаммы, не относящиеся к агробактериям, были выделены из образцов окружающей среды, содержащих Ri-плазмиду, тогда как лабораторные исследования показали, что не-агробактерии Штаммы Agrobacterium также могут содержать Ti-плазмиду. Некоторые экологические штаммы Agrobacterium не содержат ни Ti, ни Ri-плазмиды. Эти штаммы авирулентны. [11]
Плазмидная Т-ДНК полуслучайным образом интегрируется в геном клетки-хозяина. [12] и гены морфологии опухоли на Т-ДНК экспрессируются, вызывая образование галла. Т-ДНК несет гены ферментов биосинтеза, отвечающих за производство необычных аминокислот , обычно октопина или нопалина . Он также несет гены для биосинтеза растительных гормонов , ауксинов и цитокининов , а также для биосинтеза опинов , обеспечивая источник углерода и азота для бактерий, которые большинство других микроорганизмов не могут использовать, что дает Agrobacterium селективное преимущество . [13] Изменяя гормональный баланс в растительной клетке, растение не может контролировать деление этих клеток, и образуются опухоли. Соотношение ауксина и цитокинина, продуцируемого опухолевыми генами, определяет морфологию опухоли (корневидную, дезорганизованную или побеговидную).
У людей
[ редактировать ]обычно рассматривается как инфекция растений, Хотя Agrobacterium она может вызывать оппортунистические инфекции у людей с ослабленной иммунной системой . [14] [15] но не было показано, что он является основным патогеном у здоровых людей. Об одной из самых ранних ассоциаций заболеваний человека, вызванных Agrobacterium radiobacter, сообщил д-р Дж. Р. Каин из Шотландии (1988). [16] Более позднее исследование показало, что Agrobacterium прикрепляется к нескольким типам клеток человека и генетически трансформирует их, интегрируя свою Т-ДНК в геном клеток человека. Исследование проводилось с использованием культивированных тканей человека и не позволило сделать никаких выводов относительно соответствующей биологической активности в природе. [17]
Использование в биотехнологии
[ редактировать ]Способность Agrobacterium переносить гены растениям , в и грибам используется в биотехнологии частности, генной инженерии для улучшения растений . Геномы растений и грибов можно сконструировать с помощью Agrobacterium для доставки последовательностей, содержащихся в бинарных векторах Т-ДНК . Можно использовать модифицированную плазмиду Ti или Ri. Плазмида «обезвреживается» путем удаления генов, индуцирующих опухоль; Единственными важными частями Т-ДНК являются два небольших (25 пар оснований) пограничных повтора, по крайней мере один из которых необходим для трансформации растений. [18] [19] Гены, подлежащие введению в растение, клонируются в растительный бинарный вектор, который содержит область Т-ДНК обезвреженной плазмиды вместе с селектируемым маркером (например, устойчивостью к антибиотикам ), чтобы обеспечить отбор растений, которые были успешно трансформированы. Растения после трансформации выращивают на средах, содержащих антибиотики, и те, у которых Т-ДНК не интегрирована в геном, погибнут. Альтернативный метод – агроинфильтрация . [20] [21]
Трансформация с помощью Agrobacterium может быть достигнута несколькими способами. Протопласты или, альтернативно, листовые диски можно инкубировать с Agrobacterium , а целые растения регенерировать с использованием культуры тканей растений . При агроинфильтрации 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. [22]
Для трансформации табака обычно применяют агроинфильтрацию ( Никотиана ). Распространенным протоколом трансформации арабидопсиса является метод цветочного погружения: [23] Соцветие клетки , погружают в суспензию агробактерий , и бактерия трансформирует зародышевые образующие женские гаметы . Затем семена можно проверить на устойчивость к антибиотикам ( или другому интересующему маркеру). Растения, в которых не интегрирована плазмидная ДНК, погибнут под воздействием антибиотика. [20]
Agrobacterium указан как переносчик генетического материала, который был перенесен в следующие ГМО США: [24]
- соевый
- Хлопок
- кукуруза
- Сахарная свекла
- Люцерна
- Пшеница
- Рапсовое масло ( канола )
- Полевица ползучая (на корм животным)
- Рис ( Золотой рис )
Трансформация Agrobacterium грибов с помощью используется в первую очередь в исследовательских целях. [25] [26] и использует те же подходы, что и для трансформации растений. Плазмидная система Ti модифицирована и включает элементы ДНК для отбора трансформированных штаммов грибов после совместной инкубации штаммов Agrobacterium, несущих эти плазмиды, с видами грибов.
Геномика
[ редактировать ]Секвенирование геномов нескольких видов Agrobacterium позволило изучить историю эволюции этих организмов и предоставило информацию о генах и системах, участвующих в патогенезе, биологическом контроле и симбиозе . Одним из важных открытий является возможность того, что хромосомы развиваются из плазмид у многих из этих бактерий . Другое открытие заключается в том, что разнообразные хромосомные структуры в этой группе, по-видимому, способны поддерживать как симбиотический, так и патогенный образ жизни. Доступность последовательностей генома видов Agrobacterium будет продолжать расти, что приведет к существенному пониманию функций и истории эволюции этой группы микробов, связанных с растениями. [27]
История
[ редактировать ]Марк Ван Монтегю и Йозеф Шелл из Гентского университета ( Бельгия ) открыли механизм переноса генов между Agrobacterium и растениями, что привело к разработке методов превращения Agrobacterium в эффективную систему доставки для генной инженерии растений. [18] [19] Группа исследователей под руководством Мэри-Делл Чилтон первой продемонстрировала, что гены вирулентности можно удалить, не оказывая при этом отрицательного влияния на способность агробактерий вставлять свою собственную ДНК в геном растения (1983). [28]
См. также
[ редактировать ]- Агроинфильтрация
- Марк Ван Монтегю
- Rhizobium rhizogenes (ранее Agrobacterium rhizogenes )
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Бьюкенен Р.Э. (1965). «Предложение об отказе от родового названия Polymonas Lieske 1928» . Международный бюллетень бактериологической номенклатуры и таксономии . 15 (1): 43–44. дои : 10.1099/00207713-15-1-43 .
- ^ Учино Ю., Ёкота 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 . ПМИД 12501326 .
- ^ Учино Ю., Хирата А., Ёкота А., Сугияма Дж. (июнь 1998 г.). «Реклассификация морских видов Agrobacterium : предложения Stappia stellulata gen. nov., com. nov., Stappia aggregata sp. nov., nom. rev., Ruegeria atlantica gen. nov., com. nov., Ruegeria gelatinovora com. nov. ., Ruegeria algicola comb. nov. и Ahrensia kieliense gen. nov., sp. nov., nom . Журнал общей и прикладной микробиологии . 44 (3): 201–210. дои : 10.2323/jgam.44.201 . ПМИД 12501429 .
- ^ Янг Дж.М., Куйкендалл Л.Д., Мартинес-Ромеро Э., Керр А., Савада Х. (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 , Р. undicola и Р. vitis » . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 51 (Часть 1): 89–103. дои : 10.1099/00207713-51-1-89 . ПМИД 11211278 .
- ^ Фарранд С.К., ван Беркум П.Б., Огер П. (сентябрь 2003 г.). « Агробактерии — определяемый род семейства Rhizobiaceae» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 53 (Часть 5): 1681–1687. дои : 10.1099/ijs.0.02445-0 . ПМИД 13130068 .
- ^ Янг Дж.М., Куйкендалл Л.Д., Мартинес-Ромеро Э., Керр А., Савада Х. (сентябрь 2003 г.). «Классификация и номенклатура агробактерий и ризобий » . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 53 (Часть 5): 1689–1695. дои : 10.1099/ijs.0.02762-0 . ПМИД 13130069 .
- ^ Флорес-Феликс Х.Д., Менендес Э., Пейш А., Гарсиа-Фрайле П., Веласкес Э. (2020). «История и современное таксономическое состояние рода Agrobacterium ». Syst Appl Микробиол . 43 (1): 126046. doi : 10.1016/j.syapm.2019.126046 . hdl : 10174/28328 . ПМИД 31818496 . S2CID 209164436 .
- ^ Мусави С.А., Остерман Дж., Уолберг Н., Несме Икс, Лавир С., Виал Л., Полен Л., де Лажуди П., Линдстрем К. (2014). «Филогения клады Rhizobium - Allorhizobium - Agrobacterium подтверждает определение Neorhizobium gen. nov». Syst Appl Микробиол . 37 (3): 208–215. дои : 10.1016/j.syapm.2013.12.007 . ПМИД 24581678 .
- ^ Мусави С.А., Виллемс А, Несме Х, де Лажуди П, Линдстрем К (2015). «Пересмотренная филогения Rhizobiaceae : Предложение по определению Pararhizobium gen. nov. и 13 новых комбинаций видов». Syst Appl Микробиол . 38 (2): 84–90. дои : 10.1016/j.syapm.2014.12.003 . ПМИД 25595870 .
- ^ Рамирес-Бахена М.Х., Виал Л., Лассаль Ф., Диль Б., Шапульо Д., Добен В., Несме Х., Мюллер Д. (2014). «Единичное приобретение протеомеразы привело к образованию большой и разнообразной клады внутри сверхкластера Agrobacterium / Rhizobium , характеризующегося наличием линейной хромиды». Мол Филогенет Эвол . 73 : 202–207. дои : 10.1016/j.ympev.2014.01.005 . ПМИД 24440816 .
- ^ Савада Х., Иеки Х., Ояизу Х., Мацумото С. (октябрь 1993 г.). «Предложение об отказе от Agrobacterium tumefaciens и пересмотренных описаниях рода Agrobacterium и Agrobacterium radiobacter и Agrobacterium rhizogenes » . Международный журнал систематической бактериологии . 43 (4): 694–702. дои : 10.1099/00207713-43-4-694 . ПМИД 8240952 .
- ^ Фрэнсис К.Э., Спайкер С. (февраль 2005 г.). «Идентификация трансформантов Arabidopsis thaliana без отбора показывает высокую частоту подавленных интеграций Т-ДНК» . Заводской журнал . 41 (3): 464–77. дои : 10.1111/j.1365-313X.2004.02312.x . ПМИД 15659104 .
- ^ Питцшке А., Хирт Х. (март 2010 г.). «Новый взгляд на старую историю: образование опухолей у растений, вызванное агробактериями, путем трансформации растений» . Журнал ЭМБО . 29 (6): 1021–32. дои : 10.1038/emboj.2010.8 . ПМЦ 2845280 . ПМИД 20150897 .
- ^ Халс М., Джонсон С., Феррьери П. (январь 1993 г.). « Агробактериальные инфекции у человека: опыт одной больницы и обзор». Клинические инфекционные болезни . 16 (1): 112–7. дои : 10.1093/clinids/16.1.112 . ПМИД 8448285 .
- ^ Данн В.М., Тиллман Дж., Мюррей Дж.К. (сентябрь 1993 г.). «Выделение штамма Agrobacterium radiobacter с мукоидным фенотипом от ребенка с ослабленным иммунитетом, страдающего бактериемией» . Журнал клинической микробиологии . 31 (9): 2541–3. doi : 10.1128/JCM.31.9.2541-2543.1993 . ПМЦ 265809 . ПМИД 8408587 .
- ^ Каин-младший (март 1988 г.). «Случай септицемии, вызванной Agrobacterium radiobacter ». Журнал инфекции . 16 (2): 205–6. дои : 10.1016/s0163-4453(88)94272-7 . ПМИД 3351321 .
- ^ Куник Т., Цфира Т., Капульник Ю., Гафни Ю., Дингуолл С., Цитовский В. (февраль 2001 г.). «Генетическая трансформация клеток HeLa агробактериями » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (4): 1871–6. Бибкод : 2001PNAS...98.1871K . дои : 10.1073/pnas.041327598 . JSTOR 3054968 . ЧВК 29349 . ПМИД 11172043 .
- ^ Jump up to: а б Шелл Дж., Ван Монтегю М. (1977). «Ти-плазмида Agrobacterium Tumefaciens, природный вектор для введения генов NIF в растения?». В: Холлаендер А., Беррис Р.Х., Дэй П.Р., Харди Р.В., Хелински Д.Р., Ламборг М.Р., Оуэнс Л., Валентайн Р.К. (ред.). Генная инженерия для фиксации азота . Фундаментальные науки о жизни. Том. 9. стр. 159–79. дои : 10.1007/978-1-4684-0880-5_12 . ISBN 978-1-4684-0882-9 . ПМИД 336023 .
- ^ Jump up to: а б Йоос Х, Тиммерман Б, Монтегю М.В., Шелл Дж (1983). «Генетический анализ переноса и стабилизации ДНК агробактерий в растительных клетках» . Журнал ЭМБО . 2 (12): 2151–60. дои : 10.1002/j.1460-2075.1983.tb01716.x . ПМК 555427 . ПМИД 16453483 .
- ^ Jump up to: а б Томсон Дж.А. «Генная инженерия растений» (PDF) . Биотехнология . 3 . Архивировано (PDF) из оригинала 17 января 2017 года . Проверено 17 июля 2016 г.
- ^ Лойцингер К., Дент М., Уртадо Дж., Станке Дж., Лай Х., Чжоу X, Чен Q (июль 2013 г.). «Эффективная агроинфильтрация растений для высокого уровня транзиторной экспрессии рекомбинантных белков» . Журнал визуализированных экспериментов . 77 (77). дои : 10.3791/50521 . ПМЦ 3846102 . ПМИД 23913006 .
- ^ Шамлул М., Труса Дж., Метт В., Юсибов В. (апрель 2014 г.). «Оптимизация и использование Agrobacterium -опосредованного производства временного белка в Никотиане » . Журнал визуализированных экспериментов (86). дои : 10.3791/51204 . ПМЦ 4174718 . ПМИД 24796351 .
- ^ Клаф С.Дж., Бент А.Ф. (декабрь 1998 г.). «Цветочный соус: упрощенный метод агробактериальной трансформации Arabidopsis thaliana ». Заводской журнал . 16 (6): 735–43. дои : 10.1046/j.1365-313x.1998.00343.x . ПМИД 10069079 . S2CID 410286 .
- ^ Список завершенных консультаций FDA по биоинженерным продуктам питания, заархивированный 13 мая 2008 г., в Wayback Machine.
- ^ Мишельсе CB, Хойкаас П.Дж., ван ден Хондел Калифорния, Рам А.Ф. (июль 2005 г.). «Агробактериальная трансформация как инструмент функциональной геномики грибов». Современная генетика . 48 (1): 1–17. дои : 10.1007/s00294-005-0578-0 . ПМИД 15889258 . S2CID 23959400 .
- ^ Иднурм А., Бэйли А.М., Кэрнс Т.С., Эллиотт С.Э., Фостер Г.Д., Янири Г., Чон Дж. (2017). « Агробактериальная трансформация грибов» . Грибковая биология и биотехнология . 4 :6. дои : 10.1186/s40694-017-0035-0 . ПМЦ 5615635 . ПМИД 28955474 .
- ^ Сетубал Дж.К., Вуд Д., Берр Т., Фарранд С.К., Голдман Б.С., Гуднер Б., Оттен Л., Слейтер С. (2009). «Геномика агробактерий : взгляд на ее патогенность, биоконтроль и эволюцию» . В Джексоне RW (ред.). Патогенные бактерии растений: геномика и молекулярная биология . Кайстер Академик Пресс. стр. 91–112. ISBN 978-1-904455-37-0 .
- ^ Чилтон, Мэри-Делл (2001). «Агробактерия. Мемуары» . Физиология растений . 125 (1): 9–14. дои : 10.1104/стр.125.1.9 . ISSN 0032-0889 . ПМЦ 1539314 . ПМИД 11154285 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Киндт Т., Киспе Д., Чжай Х., Джаррет Р., Гислен М., Лю К. и др. (май 2015 г.). «Геном культивируемого сладкого картофеля содержит Т-ДНК Agrobacterium с экспрессированными генами: пример естественно трансгенной пищевой культуры» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (18): 5844–9. Бибкод : 2015PNAS..112.5844K . дои : 10.1073/pnas.1419685112 . ПМЦ 4426443 . ПМИД 25902487 .
- Разместить резюме в: Боб Йирка (21 апреля 2015 г.). «Исследователи обнаружили, что геном культивируемого сладкого картофеля содержит бактериальную ДНК» . Физика.орг .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Текущая таксономия видов Agrobacterium и новые Rhizobium . названия
- Агробактерии используются в качестве переносчика генов . Трансформация растений с помощью Agrobacterium ]