Agrobacterium

Парафилетическая группа бактерий
Rhizobium radiobacter [syn. Agrobacterium tumefaciens]
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

Agrobacterium (лат.) — группа грамотрицательных бактерий, впервые выделенный 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.

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. Однако, более поздние исследования 2001—2003 годов пришли к выводу, что большую часть видов следует причислить к роду Rhizobium.

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, 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. 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, 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). 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.

Использование в биотехнологии

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. 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:

• Соя
• Хлопок
• Кукуруза
• Сахарная свёкла
• Люцерна посевная
• Пшеница
• Рапс
• Ползучая полевица (кормовая культура)
• Рис (Золотой рис)

Виды