Agrobacterium

Parafyletisk grupp av bakterier
namn
Agrobacterium
titelstatus
föråldrad taxonomisk
vetenskapligt namn
Agrobacterium Conn 1942
emend. Sawada et al. 1993
Förälder taxon
Släktet Rhizobium Frank 1889
emend. Young et al. 2001
Typer

se text

Bilder på Wikimedia CommonsBilder på Wikimedia Commons
Agrobacterium på WikispeciesSystematik på Wikispecies

Agrobacterium  (lat.) - en grupp gramnegativa bakterier , som först isolerades som ett oberoende släkte av G. J. Conn 1942. Medlemmar av släktet är kapabla till horisontell genöverföring , vilket orsakar tumörer i växter. Den mest undersökta och väl studerade arten i detta släkte är Agrobacterium tumefaciens . Agrobacterium är allmänt känt för sin förmåga att återge DNA- överföring mellan sig själv och växter. På grund av denna egenskap har medlemmar av detta släkte blivit ett viktigt verktyg inom genteknik .

Släktet Agrobacterium har en heterogen sammansättning. År 1998 genomfördes en omklassificering, vilket ledde till att alla representanter för Agrobacterium delades upp i fyra nya släkten: Ahrensia , Pseudorhodobacter , Ruegeria och Stappia [1] [2] . Senare studier 2001-2003 kom dock fram till att de flesta av arterna borde hänföras till släktet Rhizobium [3] [4] [5] .

Växtpatogener

A. tumefaciens orsakar bildandet av maligna tumörer i växter - galla. De uppstår vanligtvis i korsningen mellan roten och skottet. Sådana tumörer är resultatet av konjugativ överföring av en bakteriell Ti-plasmid ( T-DNA ) till växtceller. Den närbesläktade arten A. rhizogenes orsakar också rottumörer och har en speciell Ri-plasmid ( rotinducerande  ) .  Även om den taxonomiska positionen för Agrobacterium ständigt revideras, är det fortfarande möjligt att dela in detta släkte i tre biovar : A. tumefaciens , A. rhizogenes och A. vitis . Stammar i A. tumefaciens- och A. rhizogenes-gruppen kan bära antingen Ti- eller Ri -plasmiden , medan stammar i A. vitis- gruppen , som vanligtvis bara infekterar druvor , bär Ti-plasmiden. Icke- Agrobacterium -stammar har isolerats från naturliga prover som bär Ri-plasmiden, och laboratoriestudier har visat att icke- Agrobacterium- stammar också kan bära Ti-plasmiden. Många naturliga stammar av Agrobacterium har varken Ti- eller Ri-plasmiden och är därför inte virulenta.

Plasmid T-DNA introduceras semi-slumpmässigt i värdcellens genom [6] och generna som är ansvariga för tumörbildning uttrycks, vilket i slutändan leder till gallbildning. T-DNA:t innehåller gener som kodar för de enzymer som krävs för syntesen av icke-standardiserade aminosyror , vanligtvis oktopin eller nopalin . Enzymer för syntes av växthormoner auxin och cytokinin kodas också här , liksom för biosyntes av olika typer av opiner , som ger bakterier en källa till kol och kväve som är otillgänglig för andra mikroorganismer. Denna strategi ger Agrobacterium en selektiv fördel [7] . En förändring i växtens hormonbalans leder till en kränkning av celldelning och bildandet av en tumör. Förhållandet mellan auxin och cytokin bestämmer tumörens morfologi (rotliknande, formlös eller skottliknande).

Mänskliga patogener

Även om Agrobacterium normalt bara infekterar växter, kan det orsaka opportunistiska sjukdomar hos personer med nedsatt immunförsvar [8] [9] men det finns inga bevis som tyder på att det är skadligt för friska individer. Den tidigaste rapporten om en mänsklig sjukdom orsakad av Agrobacterium radiobacter var av Dr J.R. Kane från Skottland (1988) [10] . Nyare studier har bekräftat att Agrobacterium infekterar och genetiskt transformerar vissa typer av mänskliga celler och kan introducera T-DNA i det cellulära genomet. Studien genomfördes med hjälp av en kultur av mänsklig vävnad, så inga bedömningar gjordes om denna organisms patogenicitet för människor i naturen [11] .

Användning inom bioteknik

Agrobacteriums förmåga att överföra sina gener till växter och svampar används inom bioteknik , särskilt genteknik , för att förbättra växternas prestanda. Vanligtvis används modifierade Ti- eller Ri-plasmider för dessa ändamål. Först "neutraliseras" plasmiden genom att ta bort de gener som orsakar tumörutveckling; den enda delen av T-DNA:t som behövs för överföringsprocessen är två små (25 baspar) kantupprepningar. Åtminstone en sådan upprepning krävs för framgångsrik transformation. Mark Van Montagu och Joseph Schell från universitetet i Gent ( Belgien ) upptäckte mekanismen för genöverföring mellan Agrobacterium och växter, vilket ledde till skapandet av metoder för att modifiera Agrobacterium DNA för att effektivt leverera gener till växtceller [12] [13 ] . Ett team av forskare ledda av Dr Mary-Dell Chilton visade för första gången att avlägsnandet av virulensgener inte negativt påverkar förmågan hos Agrobacterium att introducera sitt DNA i växtgenomet (1983).

Generna som ska införas i växtcellen klonas in i en speciell vektor för växttransformation, som består av en T-DNA-region av en neutraliserad plasmid och en selekterbar markör (till exempel en antibiotikaresistensgen) som möjliggör selektion av växter som har framgångsrikt genomgått förvandling. Vidare odlas de transformerade plantorna i ett medium med ett antibiotikum, och de som inte bär på T-DNA och resistensgenen i deras genom kommer att dö.

Transformation med Agrobacterium kan göras på två sätt. Protoplaster eller bladblad inkuberas med Agrobacterium och sedan regenereras hela växten med vävnadsodlingstekniker. Standardmetoden för att transformera Arabidopsis  är blomdoppningsmetoden: blommor doppas i en Agrobacterium- kultur och bakterierna transformerar könsceller som producerar kvinnliga könsceller . Sedan kan de resulterande fröna testas för antibiotikaresistens (eller väljas med någon annan markör). En alternativ metod är agroinfiltration , där en bakteriecellsodlingslösning förs in i bladet genom stomata .

Agrobacterium infekterar inte alla växtarter, men det finns flera andra effektiva tekniker för transformation, såsom genpistolen .

Agrobacterium ingår i listan över källor till genetiskt material som används för att skapa följande GMO i USA [14] :

Art

Artens position i släktet Agrobacterium [15] Nuvarande 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 och Swings 1990 [17]
A. atlanticum Rüger och Höfle 1992 Ruegeria atlantica (Rüger och Höfle 1992) Uchino et al. 1999 emend. Vandecandelaere et al. 2008
A. ferrugineum ( fd Ahrens och Rheinheimer 1967) Rüger och Höfle 1992 Pseudorhodobacter ferrugineus (Rüger och Höfle 1992) Uchino et al. 2003
A. gelatinovorum ( ex Ahrens 1968) Rüger och Höfle 1992 Thalassobius gelatinovorus (Rüger och Höfle 1992) Arahal et al. 2006
"A. kieliense" Ahrens 1968 Ahrensia kielensis corrig. ( fd Ahrens 1968) Uchino et al. 1999 [18]
A. larrymoorei Bouzar och Jones 2001 Rhizobium larrymoorei (Bouzar och Jones 2001) Young 2004
A. meteori Ruger och Höfle 1992 Ruegeria atlantica (Rüger och Höfle 1992) Uchino et al. 1999 emend. Vandecandelaere et al. 2008
A. radiobacter (Beijerinck och van Delden 1902) Conn 1942 Rhizobium radiobacter (Beijerinck och 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 och Weiss 1943 Rhizobium rubi (Hildebrand 1940) Young et al. 2001
"A. sanguineum" Ahrens och Rheinheimer 1968 Porphyrobacter sanguineus ( fd Ahrens och Rheinheimer 1968) Hiraishi et al. 2002 [20]
A. stellulatum ( fd Stapp och Knösel 1954) Rüger och Höfle 1992 Stappia stellulata (Rüger och Höfle 1992) Uchino et al. 1999 emend. Beebl et al. 2007
A. tumefaciens (Smith och Townsend 1907) Conn 1942 typus Rhizobium radiobacter (Beijerinck och van Delden 1902) Young et al. 2001
A. vitis Ophel och Kerr 1990 Allorhizobium vitis (Ophel och Kerr 1990) Mousavi et al. 2016

Anteckningar

  1. ↑ Uchino Y., Yokota A., Sugiyama J. Fylogenetisk position för den marina underavdelningen av Agrobacterium-arter baserat på 16S rRNA-sekvensanalys  //  The Journal of General and Applied Microbiology: journal. - 1997. - Vol. 43 , nr. 4 . - S. 243-247 . doi : 10.2323 /jgam.43.243 . — PMID 12501326 .
  2. ↑ Uchino, Yoshihito; Hirata, Aiko; Yokota, Akira; Sugiyama, Junta. Omklassificering av marina Agrobacterium-arter: Förslag av Stappia stellulata gen. nov., kam. Nov., Stapia aggregata sp. nov., nom. Rev., Ruegeria atlantica allm. nov., kam. nov., Ruegeria gelatinovora kam. nov., Ruegeria algicola comb. nov., och Ahrensia kieliense allm. nov., sp. nov., nom. Rev  (engelska)  // The Journal of General and Applied Microbiology. - 1998. - Vol. 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 av Rhizobium Frank 1889, med en ändrad beskrivning av släktet, och inkluderandet av alla arter av Agrobacterium Conn 1942 och Allorhizobium undicola de Lajudie et al. 1998 som nya kombinationer: Rhizobium radiobacter, R. Rhizogenes, R. Rubi, R. Undicola och R. Vitis  (engelska)  // International journal of systematic and evolutionary microbiology : journal. - 2001. - Vol. 51 , nr. Pt 1 . - S. 89-103 . - doi : 10.1099/00207713-51-1-89 . — PMID 11211278 .  (inte tillgänglig länk)
  4. ↑ Farrand SK, Van Berkum PB, Oger P. Agrobacterium är ett definierbart släkte av familjen Rhizobiaceae  //  International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology: journal. - 2003. - Vol. 53 , nr. 5 . - P. 1681-1687 . - doi : 10.1099/ijs.0.02445-0 . — PMID 13130068 .
  5. ↑ Young JM, Kuykendall LD, Martínez-Romero E., Kerr A., ​​​​Sawada H. Klassificering och nomenklatur för Agrobacterium och Rhizobium - ett svar till Farrand et al. (2003)  (engelska)  // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology : tidskrift. - 2003. - Vol. 53 , nr. 5 . - P. 1689-1695 . - doi : 10.1099/ijs.0.02762-0 . — PMID 13130069 .
  6. ↑ Francis KE, Spiker S. Identifiering av Arabidopsis thaliana-transformanter utan selektion avslöjar en hög förekomst av tystade T-DNA-integrationer  //  The Plant Journal : journal. - 2004. - Vol. 41 , nr. 3 . - s. 464-477 . - doi : 10.1111/j.1365-313X.2004.02312.x . — PMID 15659104 .
  7. ↑ Pitzschke A., Hirt H. Nya insikter i en gammal historia: Agrobacterium-inducerad tumörbildning i växter genom växttransformation  //  The EMBO Journal : journal. - 2010. - Vol. 29 , nr. 6 . - P. 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  (engelska)  // Clinical Infectious Diseases : journal. - 1993. - Vol. 16 , nr. 1 . - S. 112-117 . - doi : 10.1093/clinids/16.1.112 . — PMID 8448285 .
  9. ↑ Dunne Jr. WM, Tillman J., Murray JC Återvinning av en stam av Agrobacterium radiobacter med en mucoid fenotyp från ett immunförsvagat barn med bakteriemi  (engelska)  // Journal of clinical microbiology : journal. - 1993. - Vol. 31 , nr. 9 . - P. 2541-2543 . — PMID 8408587 . Arkiverad från originalet den 25 september 2019.
  10. ↑ Cain, John Raymond. Ett fall av septikemi orsakad av Agrobacterium radiobacter  (engelska)  // Journal of Infection : journal. - 1988. - Vol. 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 av HeLa-celler av Agrobacterium  // Proceedings of the National Academy of Sciences  : journal. - National Academy of Sciences , 2001. - Vol. 98 , nr. 4 . - P. 1871-1876 . - doi : 10.1073/pnas.041327598 . - . — PMID 11172043 . — .
  12. ↑ Schell J., Van Montagu M. Ti-plasmiden av Agrobacterium Tumefaciens, en naturlig vektor för introduktion av NIF-gener i växter? // Genteknik för kvävefixering  (engelska) / Hollaender, Alexander; Burris, RH; Day, P.R.; Hardy, RWF; Helinski, D.R.; Lamborg, M.R.; Owens, L.; Valentine, R.C. - 1977. - Vol. 9. - S. 159-179. — (Grundläggande livsvetenskaper). — 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 analys av överföring och stabilisering av Agrobacterium DNA i växtceller  //  The EMBO journal : journal. - 1983. - Vol. 2 , nr. 12 . - P. 2151-2160 . — PMID 16453483 .
  14. ↑ FDA-listan över genomförda konsultationer om biotekniska livsmedel arkiverad 13 maj 2008 på Wayback Machine arkiverad 13 maj 2008.
  15. ↑ Genus Agrobacterium  : [ eng. ]  // LPSN .
  16. ↑ Genus Labrenzia  : [ eng. ]  // LPSN .  (Tillgänglig: 13 januari 2018) .
  17. ↑ Genus Xanthomonas  : [ eng. ]  // LPSN .  (Tillgänglig: 13 januari 2018) .
  18. ↑ Genus Ahrensia  : [ eng. ]  // LPSN .  (Tillgänglig: 13 januari 2018) .
  19. ↑ Släktet Rathayibacter  : [ eng. ]  // LPSN .  (Tillgänglig: 13 januari 2018) .
  20. ↑ Genus Porphyrobacter  : [ eng. ]  // LPSN .  (Tillgänglig: 13 januari 2018) .

Externa länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
Taxonomi