Agrobacterium

Parafyletická skupina bakterií
název
Agrobacterium
stav titulu
zastaralá taxonomie
odborný název
Agrobacterium Conn 1942
emend. Sawada a kol. 1993
Rodičovský taxon
Rod Rhizobium Frank 1889
emend. Young a kol. 2001
Druhy

viz text

Obrázky na Wikimedia CommonsObrázky na Wikimedia Commons
Agrobacterium na WikispeciesSystematika na Wikispecies

Agrobacterium  (lat.) - skupina gramnegativních bakterií , poprvé izolována jako nezávislý rod G. J. Connem v roce 1942. Členové rodu jsou schopni horizontálního přenosu genů , což způsobuje nádory rostlin. Nejvíce prozkoumaným a dobře prostudovaným druhem tohoto rodu je Agrobacterium tumefaciens . Agrobacterium je široce známé pro svou schopnost reciproční přenos DNA mezi sebou a rostlinami. Díky této vlastnosti se členové tohoto rodu stali důležitým nástrojem v genetickém inženýrství .

Rod Agrobacterium je svým složením heterogenní. V roce 1998 byla provedena reklasifikace, v jejímž důsledku byli všichni zástupci Agrobacterium rozděleni do čtyř nových rodů: Ahrensia , Pseudorhodobacter , Ruegeria a Stappia [1] [2] . Pozdější studie v letech 2001-2003 však dospěly k závěru, že většina druhů by měla být zařazena do rodu Rhizobium [3] [4] [5] .

Rostlinné patogeny

A. tumefaciens způsobuje u rostlin tvorbu zhoubných nádorů - hálky. Obvykle se vyskytují na rozhraní kořene a výhonku. Takové nádory jsou výsledkem konjugativního přenosu bakteriálního Ti-plazmidu ( T-DNA ) do rostlinných buněk. Blízce příbuzný druh A. rhizogenes také způsobuje nádory kořenů a má speciální Ri plazmid ( vyvolávající kořeny  ) .  Přestože je taxonomická pozice Agrobacterium neustále revidována, stále je možné tento rod rozdělit na tři biovary : A. tumefaciens , A. rhizogenes a A. vitis . Kmeny ve skupině A. tumefaciens a A. rhizogenes mohou nést buď Ti nebo Ri plazmid , zatímco kmeny ve skupině A. vitis , které obvykle infikují pouze hrozny , nesou Ti plazmid. Non- Agrobacterium kmeny byly izolovány z přírodních vzorků , které nesou Ri plazmid, a laboratorní studie ukázaly, že non- Agrobacterium kmeny mohou také nést Ti plazmid. Mnoho přirozených kmenů Agrobacterium nemá ani Ti ani Ri plazmid, a proto nejsou virulentní.

Plazmidová T-DNA je polonáhodně zavedena do genomu hostitelské buňky [6] a dochází k expresi genů odpovědných za tvorbu nádorů, což nakonec vede k tvorbě žluči. T-DNA obsahuje geny, které kódují enzymy potřebné pro syntézu nestandardních aminokyselin , obvykle octopinu nebo nopalinu . Jsou zde zakódovány i enzymy pro syntézu rostlinných hormonů auxin a cytokinin a také pro biosyntézu různých druhů opinů , které poskytují bakteriím zdroj uhlíku a dusíku nepřístupný pro jiné mikroorganismy. Tato strategie poskytuje Agrobacterium selektivní výhodu [7] . Změna hormonální rovnováhy rostliny vede k porušení buněčného dělení a vzniku nádoru. Poměr auxinu k cytokinu určuje morfologii nádoru (kořenovitý, beztvarý nebo výhonkový).

Lidské patogeny

Ačkoli Agrobacterium normálně infikuje pouze rostliny, může způsobit oportunní onemocnění u imunokompromitovaných lidí [8] [9] , ale neexistuje žádný důkaz, který by naznačoval, že je škodlivý pro zdravé jedince. Nejstarší zprávu o lidské nemoci způsobené Agrobacterium radiobacter podal Dr. J. R. Kane ze Skotska (1988) [10] . Novější studie potvrdily, že Agrobacterium infikuje a geneticky transformuje určité typy lidských buněk a je schopno zavést T-DNA do buněčného genomu. Studie byla provedena s použitím kultury lidské tkáně, takže nebyla provedena žádná hodnocení o patogenitě tohoto organismu pro člověka v přírodě [11] .

Využití v biotechnologiích

Schopnost Agrobacterium přenášet své geny do rostlin a hub se využívá v biotechnologii , zejména v genetickém inženýrství , ke zlepšení výkonnosti rostlin. Obvykle se pro tyto účely používají modifikované Ti nebo Ri plazmidy. Nejprve je plazmid „neutralizován“ odstraněním genů, které způsobují vývoj nádoru; jediná část T-DNA nezbytná pro proces přenosu jsou dvě malé (25 párů bází) okrajové repetice. Pro úspěšnou transformaci je vyžadováno alespoň jedno takové opakování. Mark Van Montagu a Joseph Schell z University of Ghent ( Belgie ) objevili mechanismus přenosu genů mezi Agrobacterium a rostlinami, což vedlo k vytvoření metod modifikace DNA Agrobacterium za účelem efektivního doručení genů do rostlinných buněk [12] [13 ] . Tým výzkumníků vedený Dr. Mary-Dell Chiltonovou poprvé prokázal, že odstranění virulentních genů neovlivňuje nepříznivě schopnost Agrobacterium zavést svou DNA do rostlinného genomu (1983).

Geny, které mají být zavedeny do rostlinné buňky, jsou klonovány do speciálního vektoru pro transformaci rostlin, který se skládá z oblasti T-DNA neutralizovaného plazmidu a selektovatelného markeru (například genu pro rezistenci na antibiotika), který umožňuje selekci rostlin, které úspěšně prošly transformací. Dále jsou transformované rostliny pěstovány v médiu s antibiotikem a ty, které nenesou T-DNA a gen rezistence ve svém genomu, zemřou.

Transformace pomocí Agrobacterium může být provedena dvěma způsoby. Protoplasty nebo listové čepele jsou inkubovány s Agrobacterium a poté je celá rostlina regenerována pomocí technik tkáňových kultur. Standardní metodou pro transformaci Arabidopsis  je metoda máčení květů: květy se ponoří do kultury Agrobacterium a bakterie transformují zárodečné buňky, které produkují samičí gamety . Poté mohou být výsledná semena testována na odolnost vůči antibiotikům (nebo mohou být vybrány pomocí jakéhokoli jiného markeru). Alternativní metodou je agroinfiltrace , kdy se roztok bakteriální buněčné kultury zavede do listu průduchy .

Agrobacterium neinfikuje všechny druhy rostlin, ale existuje několik dalších účinných technik transformace, jako je genová zbraň .

Agrobacterium je zahrnuto v seznamu zdrojů genetického materiálu používaného k vytvoření následujících GMO v USA [14] :

Druh

Postavení druhu v rodu Agrobacterium [15] Aktuální pozice
"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 and Swings 1990 [17]
A. atlanticum Rüger a Höfle 1992 Ruegeria atlantica (Rüger a Höfle 1992) Uchino et al. 1999 opravit. Vandecandelaere a kol. 2008
A. ferrugineum ( ex Ahrens a Rheinheimer 1967) Rüger a Höfle 1992 Pseudorhodobacter ferrugineus (Rüger a Höfle 1992) Uchino et al. 2003
A. gelatinovorum ( ex Ahrens 1968) Rüger a Höfle 1992 Thalassobius gelatinovorus (Rüger a Höfle 1992) Arahal et al. 2006
"A. kieliense" Ahrens 1968 Ahrensia kielensis corrig. ( ex Ahrens 1968) Uchino a kol. 1999 [18]
A. larrymoorei Bouzar a Jones 2001 Rhizobium larrymoorei (Bouzar a Jones 2001) Young 2004
A. meteori Ruger a Höfle 1992 Ruegeria atlantica (Rüger a Höfle 1992) Uchino et al. 1999 opravit. Vandecandelaere a kol. 2008
A. radiobacter (Beijerinck a van Delden 1902) Conn 1942 Rhizobium radiobacter (Beijerinck a 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 a kol. 1993 Rhizobium rhizogenes (Riker a kol. 1930) Young a kol. 2001
A. rubi (Hildebrand 1940) Starr a Weiss 1943 Rhizobium rubi (Hildebrand 1940) Young et al. 2001
"A. sanguineum" Ahrens a Rheinheimer 1968 Porphyrobacter sanguineus ( ex Ahrens a Rheinheimer 1968) Hiraishi et al. 2002 [20]
A. stellulatum ( ex Stapp a Knösel 1954) Rüger a Höfle 1992 Stappia stellulata (Rüger a Höfle 1992) Uchino et al. 1999 opravit. Beebl a kol. 2007
A. tumefaciens (Smith a Townsend 1907) Conn 1942 typus Rhizobium radiobacter (Beijerinck a van Delden 1902) Young et al. 2001
A. vitis Ophel a Kerr 1990 Allorhizobium vitis (Ophel a Kerr 1990) Mousavi et al. 2016

Poznámky

  1. ↑ Uchino Y., Yokota A., Sugiyama J. Fylogenetická poloha mořského pododdělení druhů Agrobacterium na základě sekvenční analýzy 16S rRNA  //  The Journal of General and Applied Microbiology : časopis. - 1997. - Sv. 43 , č. 4 . - str. 243-247 . doi : 10.2323 /jgam.43.243 . — PMID 12501326 .
  2. ↑ Uchino, Yoshihito; Hirata, Aiko; Yokota, Akira; Sugiyama, Junta. Reklasifikace mořských druhů Agrobacterium: Návrhy Stappia stellulata gen. nov., komb. Nov., Stappia aggregata sp. nov., nom. Rev., Ruegeria atlantica gen. nov., komb. Nov., Ruegeria gelatinovora comb. Nov., Ruegeria algicola comb. Nov., a Ahrensia kieliense gen. nov., sp. nov., nom. Rev  (anglicky)  // The Journal of General and Applied Microbiology. - 1998. - Sv. 44 , č. 3 . - S. 201-210 . - doi : 10.2323/jgam.44.201 . — PMID 12501429 .
  3. ↑ Young JM, Kuykendall LD, Martínez-Romero E., Kerr A., ​​​​Sawada H. Revize Rhizobium Frank 1889, s upraveným popisem rodu a zahrnutím všech druhů Agrobacterium Conn 1942 a Allorhizobium undicola de Lajudie a kol. 1998 jako nové kombinace: Rhizobium radiobacter, R. Rhizogenes, R. Rubi, R. Undicola a R. Vitis  (anglicky)  // International journal of systematic and evolutionary microbiology : journal. - 2001. - Sv. 51 , č. Pt 1 . - S. 89-103 . - doi : 10.1099/00207713-51-1-89 . — PMID 11211278 .  (nedostupný odkaz)
  4. ↑ Farrand SK, Van Berkum PB, Oger P. Agrobacterium je definovatelný rod čeledi Rhizobiaceae  //  International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology : journal. - 2003. - Sv. 53 , č. 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. Klasifikace a nomenklatura Agrobacterium a Rhizobium - odpověď Farrandovi a kol. (2003)  (anglicky)  // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology : journal. - 2003. - Sv. 53 , č. 5 . - S. 1689-1695 . - doi : 10.1099/ijs.0.02762-0 . — PMID 13130069 .
  6. ↑ Francis KE, Spiker S. Identifikace transformantů Arabidopsis thaliana bez selekce odhaluje vysoký výskyt umlčených integrací T-DNA  //  The Plant Journal : journal. - 2004. - Sv. 41 , č. 3 . - str. 464-477 . - doi : 10.1111/j.1365-313X.2004.02312.x . — PMID 15659104 .
  7. ↑ Pitzschke A., Hirt H. Nové poznatky o starém příběhu: Agrobacterium indukovaná tvorba nádorů v rostlinách transformací rostlin  //  The EMBO Journal : journal. - 2010. - Sv. 29 , č. 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  (anglicky)  // Clinical Infectious Diseases: journal. - 1993. - Sv. 16 , č. 1 . - str. 112-117 . - doi : 10.1093/clinids/16.1.112 . — PMID 8448285 .
  9. ↑ Dunne Jr. WM, Tillman J., Murray JC Získání kmene Agrobacterium radiobacter s mukoidním fenotypem z imunokompromitovaného dítěte s bakteriémií  (anglicky)  // Journal of Clinical microbiology: journal. - 1993. - Sv. 31 , č. 9 . - str. 2541-2543 . — PMID 8408587 . Archivováno z originálu 25. září 2019.
  10. ↑ Kain, John Raymond. Případ septikémie způsobené Agrobacterium radiobacter  (anglicky)  // Journal of Infection: journal. - 1988. - Sv. 16 , č. 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.  Genetic transformation of HeLa cells by Agrobacterium  // Proceedings of the National Academy of Sciences  : journal. - Národní akademie věd , 2001. - Sv. 98 , č. 4 . - S. 1871-1876 . - doi : 10.1073/pnas.041327598 . - . — PMID 11172043 . — .
  12. ↑ Schell J., Van Montagu M. Ti-plazmid Agrobacterium Tumefaciens, přirozený vektor pro zavedení genů NIF do rostlin? // Genetické inženýrství pro fixaci dusíku  (anglicky) / Hollaender, Alexander; Burris, RH; Day, P. R.; Hardy, RWF; Helinski, D. R.; Lamborg, M. R.; Owens, L.; Valentine, R.C. - 1977. - Sv. 9. - S. 159-179. — (Základní vědy o živé přírodě). — ISBN 978-1-4684-0882-9 . - doi : 10.1007/978-1-4684-0880-5_12 .
  13. ↑ Joos H., Timmerman B., Montagu MV, Schell J. Genetická analýza přenosu a stabilizace Agrobacterium DNA v rostlinných buňkách  //  The EMBO journal : journal. - 1983. - Sv. 2 , ne. 12 . - S. 2151-2160 . — PMID 16453483 .
  14. ↑ Seznam dokončených konzultací FDA o bioinženýrských potravinách byl archivován 13. května 2008 ve Wayback Machine archivován 13. května 2008.
  15. ↑ Rod Agrobacterium  : [ ang. ]  // LPSN .
  16. ↑ Rod Labrenzia  : [ angl. ]  // LPSN .  (Přístup: 13. ledna 2018) .
  17. ↑ Rod Xanthomonas  : [ angl. ]  // LPSN .  (Přístup: 13. ledna 2018) .
  18. ↑ Rod Ahrensia  : [ angl. ]  // LPSN .  (Přístup: 13. ledna 2018) .
  19. ↑ Rod Rathayibacter  : [ ang. ]  // LPSN .  (Přístup: 13. ledna 2018) .
  20. ↑ Rod Porphyrobacter  : [ angl. ]  // LPSN .  (Přístup: 13. ledna 2018) .

Externí odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
Taxonomie