Agrobacterium

Parafyletisk gruppe af bakterier
Navn
Agrobacterium
titel status
forældet taksonomisk
videnskabeligt navn
Agrobacterium Conn 1942
emend. Sawada et al. 1993
Overordnet taxon
Slægten Rhizobium Frank 1889
emend. Young et al. 2001
Slags

se tekst

Billeder på Wikimedia CommonsBilleder på Wikimedia Commons
Agrobacterium på WikispeciesSystematik hos Wikispecies

Agrobacterium  (lat.) - en gruppe af gram-negative bakterier , først isoleret som en uafhængig slægt af G. J. Conn i 1942. Medlemmer af slægten er i stand til horisontal genoverførsel , hvilket forårsager tumorer i planter. Den mest undersøgte og velundersøgte art i denne slægt er Agrobacterium tumefaciens . Agrobacterium er kendt for sin evne til at gentage DNA- overførsel mellem sig selv og planter. På grund af denne egenskab er medlemmer af denne slægt blevet et vigtigt værktøj inden for genteknologi .

Slægten Agrobacterium er heterogen i sammensætning. I 1998 blev der gennemført en omklassificering, som resulterede i, at alle repræsentanter for Agrobacterium blev opdelt i fire nye slægter: Ahrensia , Pseudorhodobacter , Ruegeria og Stappia [1] [2] . Senere undersøgelser i 2001-2003 konkluderede imidlertid, at de fleste af arterne burde henføres til slægten Rhizobium [3] [4] [5] .

Plantepatogener

A. tumefaciens forårsager dannelsen af ​​ondartede tumorer i planter - galde. De forekommer normalt ved krydset mellem roden og skuddet. Sådanne tumorer er resultatet af den konjugative overførsel af et bakterielt Ti-plasmid ( T-DNA ) til planteceller. Den nært beslægtede art A. rhizogenes forårsager også rodtumorer og besidder et særligt Ri-plasmid ( rod-inducerende  ) .  Selvom den taksonomiske position af Agrobacterium konstant bliver revideret, er det stadig muligt at opdele denne slægt i tre biovarer : A. tumefaciens , A. rhizogenes og A. vitis . Stammer i A. tumefaciens- og A. rhizogenes-gruppen kan bære enten Ti- eller Ri - plasmidet , mens stammer i A. vitis -gruppen , som normalt kun inficerer druer , bærer Ti-plasmidet. Ikke -Agrobacterium- stammer er blevet isoleret fra naturlige prøver , der bærer Ri-plasmidet, og laboratorieundersøgelser har vist, at ikke -Agrobacterium- stammer også kan bære Ti-plasmidet. Mange naturlige stammer af Agrobacterium har hverken Ti- eller Ri-plasmidet og er derfor ikke virulente.

Plasmid T-DNA indføres semi-tilfældigt i værtscellens genom [6] , og de gener, der er ansvarlige for tumordannelse, udtrykkes, hvilket i sidste ende fører til galdedannelse. T-DNA'et indeholder gener, der koder for de enzymer, der kræves til syntesen af ​​ikke-standardiserede aminosyrer , normalt octopin eller nopalin . Enzymer til syntese af plantehormoner auxin og cytokinin er også kodet her , såvel som til biosyntese af forskellige slags opiner , som giver bakterier en kilde til kulstof og nitrogen, som er utilgængelige for andre mikroorganismer. Denne strategi giver Agrobacterium en selektiv fordel [7] . En ændring i plantens hormonbalance fører til en krænkelse af celledeling og dannelsen af ​​en tumor. Forholdet mellem auxin og cytokin bestemmer morfologien af ​​tumoren (rodlignende, formløs eller skudlignende).

Menneskelige patogener

Selvom Agrobacterium normalt kun inficerer planter, kan det forårsage opportunistiske sygdomme hos immunkompromitterede mennesker [8] [9], men der er intet, der tyder på, at det er skadeligt for raske individer. Den tidligste rapport om en menneskelig sygdom forårsaget af Agrobacterium radiobacter var af Dr. J.R. Kane fra Skotland (1988) [10] . Nyere undersøgelser har bekræftet, at Agrobacterium inficerer og genetisk transformerer visse typer af menneskelige celler og er i stand til at introducere T-DNA i det cellulære genom. Undersøgelsen blev udført ved hjælp af en kultur af humant væv, så der blev ikke foretaget vurderinger af denne organismes patogenicitet for mennesker i naturen [11] .

Brug i bioteknologi

Agrobacteriums evne til at overføre sine gener til planter og svampe bruges i bioteknologi , især genteknologi , for at forbedre planteydelsen. Normalt anvendes modificerede Ti- eller Ri-plasmider til disse formål. For det første 'neutraliseres' plasmidet ved at fjerne de gener, der forårsager tumorudvikling; den eneste del af T-DNA'et, der er nødvendig for overførselsprocessen, er to små (25 basepar) kantgentagelser. Mindst én sådan gentagelse er nødvendig for vellykket transformation. Mark Van Montagu og Joseph Schell fra University of Gent ( Belgien ) opdagede mekanismen for genoverførsel mellem Agrobacterium og planter, hvilket førte til skabelsen af ​​metoder til at modificere Agrobacterium DNA for effektivt at levere gener til planteceller [12] [13 ] . Et team af forskere ledet af Dr. Mary-Dell Chilton demonstrerede for første gang, at fjernelse af virulensgener ikke har en negativ indvirkning på Agrobacteriums evne til at indføre sit DNA i plantegenomet (1983).

Generne, der skal indføres i plantecellen, klones ind i en speciel vektor til plantetransformation, som består af en T-DNA-region af et neutraliseret plasmid og en selekterbar markør (f.eks. et antibiotikaresistensgen), der tillader selektion af planter, der har gennemgået en succesfuld transformation. Yderligere dyrkes de transformerede planter i et medium med et antibiotikum, og de, der ikke bærer T-DNA'et og resistensgenet i deres genom, vil dø.

Transformation ved hjælp af Agrobacterium kan udføres på to måder. Protoplaster eller blade inkuberes med Agrobacterium og derefter regenereres hele planten ved hjælp af vævskulturteknikker. Standardmetoden til at transformere Arabidopsis  er blomsterdyppemetoden: blomster dyppes i en Agrobacterium -kultur, og bakterierne transformerer kønsceller, der producerer kvindelige kønsceller . Derefter kan de resulterende frø testes for antibiotikaresistens (eller vælges ved hjælp af en anden markør). En alternativ metode er agroinfiltration , hvor en bakteriecellekulturopløsning indføres i bladet gennem stomata .

Agrobacterium inficerer ikke alle plantearter, men der er flere andre effektive teknikker til transformation, såsom genkanonen .

Agrobacterium er inkluderet på listen over kilder til genetisk materiale, der bruges til at skabe følgende GMO'er i USA [14] :

Arter

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

Noter

  1. ↑ Uchino Y., Yokota A., Sugiyama J. Fylogenetisk position af den marine underafdeling af Agrobacterium-arter baseret på 16S rRNA-sekvensanalyse  //  The Journal of General and Applied Microbiology: tidsskrift. - 1997. - Bd. 43 , nr. 4 . - S. 243-247 . doi : 10.2323 /jgam.43.243 . — PMID 12501326 .
  2. ↑ Uchino, Yoshihito; Hirata, Aiko; Yokota, Akira; Sugiyama, Junta. Omklassificering af marine Agrobacterium-arter: Forslag fra Stappia stellulata gen. nov., kam. nov., Stappia aggregata sp. nov., nom. Rev., Ruegeria atlantica gen. nov., kam. nov., Ruegeria gelatinovora kam. nov., Ruegeria algicola comb. nov., og Ahrensia kieliense gen. nov., sp. nov., nom. Rev  (engelsk)  // The Journal of General and Applied Microbiology. - 1998. - Bd. 44 , nr. 3 . - S. 201-210 . - doi : 10.2323/jgam.44.201 . — PMID 12501429 .
  3. ↑ Young JM, Kuykendall LD, Martínez-Romero E., Kerr A., ​​​​Sawada H. En revision af Rhizobium Frank 1889, med en ændret beskrivelse af slægten og inklusion af alle arter af Agrobacterium Conn 1942 og Allorhizobium undicola de Lajudie et al. 1998 som nye kombinationer: Rhizobium radiobacter, R. Rhizogenes, R. Rubi, R. Undicola og R. Vitis  (engelsk)  // International journal of systematic and evolutionary microbiology : journal. - 2001. - Bd. 51 , nr. Pt 1 . - S. 89-103 . - doi : 10.1099/00207713-51-1-89 . — PMID 11211278 .  (utilgængeligt link)
  4. ↑ Farrand SK, Van Berkum PB, Oger P. Agrobacterium er en definerbar slægt af familien Rhizobiaceae  //  International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology: tidsskrift. - 2003. - Bd. 53 , nr. 5 . - S. 1681-1687 . - doi : 10.1099/ijs.0.02445-0 . — PMID 13130068 .
  5. ↑ Young JM, Kuykendall LD, Martínez-Romero E., Kerr A., ​​​​Sawada H. Klassifikation og nomenklatur af Agrobacterium og Rhizobium - et svar til Farrand et al. (2003)  (engelsk)  // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology : tidsskrift. - 2003. - Bd. 53 , nr. 5 . - S. 1689-1695 . - doi : 10.1099/ijs.0.02762-0 . — PMID 13130069 .
  6. ↑ Francis KE, Spiker S. Identifikation af Arabidopsis thaliana-transformanter uden selektion afslører en høj forekomst af dæmpede T-DNA-integrationer  //  The Plant Journal : journal. - 2004. - Bd. 41 , nr. 3 . - S. 464-477 . - doi : 10.1111/j.1365-313X.2004.02312.x . — PMID 15659104 .
  7. ↑ Pitzschke A., Hirt H. Ny indsigt i en gammel historie: Agrobacterium-induceret tumordannelse i planter ved plantetransformation  //  The EMBO Journal : journal. - 2010. - Bd. 29 , nr. 6 . - S. 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  (engelsk)  // Clinical Infectious Diseases : journal. - 1993. - Bd. 16 , nr. 1 . - S. 112-117 . - doi : 10.1093/clinids/16.1.112 . — PMID 8448285 .
  9. ↑ Dunne Jr. WM, Tillman J., Murray JC Genopretning af en stamme af Agrobacterium radiobacter med en mucoid fænotype fra et immunkompromitteret barn med bakteriæmi  (engelsk)  // Journal of clinical microbiology: journal. - 1993. - Bd. 31 , nr. 9 . - S. 2541-2543 . — PMID 8408587 . Arkiveret fra originalen den 25. september 2019.
  10. ↑ Cain, John Raymond. Et tilfælde af septikæmi forårsaget af Agrobacterium radiobacter  (engelsk)  // Journal of Infection : journal. - 1988. - Bd. 16 , nr. 2 . - S. 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.  Genetisk transformation af HeLa-celler af Agrobacterium  // Proceedings of the National Academy of Sciences  : journal. - National Academy of Sciences , 2001. - Vol. 98 , nr. 4 . - S. 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-gener in Plants? // Genteknologi til nitrogenfiksering  (engelsk) / Hollaender, Alexander; Burris, RH; Day, P.R.; Hardy, RWF; Helinski, D.R.; Lamborg, M.R.; Owens, L.; Valentine, R.C. - 1977. - Bd. 9. - S. 159-179. — (Grundlæggende Livsvidenskab). — ISBN 978-1-4684-0882-9 . - doi : 10.1007/978-1-4684-0880-5_12 .
  13. ↑ Joos H., Timmerman B., Montagu MV, Schell J. Genetisk analyse af overførsel og stabilisering af Agrobacterium DNA i planteceller  //  The EMBO journal : journal. - 1983. - Bd. 2 , nr. 12 . - S. 2151-2160 . — PMID 16453483 .
  14. ↑ FDA-listen over gennemførte konsultationer om bioteknologiske fødevarer arkiveret 13. maj 2008 på Wayback Machine Arkiveret 13. maj 2008.
  15. ↑ Slægten Agrobacterium  : [ eng. ]  // LPSN .
  16. ↑ Slægt Labrenzia  : [ eng. ]  // LPSN .  (Få adgang: 13. januar 2018) .
  17. ↑ Slægt Xanthomonas  : [ eng. ]  // LPSN .  (Få adgang: 13. januar 2018) .
  18. ↑ Slægt Ahrensia  : [ eng. ]  // LPSN .  (Få adgang: 13. januar 2018) .
  19. ↑ Slægt Rathayibacter  : [ eng. ]  // LPSN .  (Få adgang: 13. januar 2018) .
  20. ↑ Slægten Porphyrobacter  : [ eng. ]  // LPSN .  (Få adgang: 13. januar 2018) .

Eksterne links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
Taksonomi