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 ее два небольших (25 пар оснований) пограничных повторов, 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 листьев 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 ноябрь algicola kieliense gen., sp., ном . 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 положение 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 о разграничении 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 молчащих 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.
- ^ Лойзингер 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 . ПМК 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 ]