Кіріспе
Бактерия, генетикалық инженерия құралы
Speciesbox
| image = Agrobacterium tumefaciens.png
| image caption = Agrobacterium tumefaciens сәбіз клеткасына жабысуы
| genus = Agrobacterium
| species = tumefaciens
| authority = (Смит және Таунсенд 1907) Конн 1942 (Мақұлданған тізімдер 1980)
| type strain = ATCC 4720efn
| also known as: CCM:1000, CCUG:3555, CFBP:2412, CIP:104335, DSM:30150, ICMP:5793, BCCM/LMG:182, NCIMB:8150, NCPPB:2992, IAM:14141, IAM:1524, JCM:21034, personal::A1
Pseudomonas tumefaciens (Смит және Таунсенд 1907) Duggar 1909
Phytomonas tumefaciens (Смит және Таунсенд 1907) Bergey et al. 1923
Polymonas tumefaciens (Смит және Таунсенд 1900) Lieske 1928
| image = Agrobacterium tumefaciens. png
| image caption = Agrobacterium tumefaciens attaching itself to a carrot cell
| genus = Agrobacterium
| species = tumefaciens
| authority = (Smith and Townsend 1907) Conn 1942 (Approved Lists 1980)
| type strain = ATCC 4720efn|also known as: CCM:1000, CCUG:3555, CFBP:2412, CIP:104335, DSM:30150, ICMP:5793, BCCM/LMG:182, NCIMB:8150, NCPPB:2992, IAM:14141, IAM:1524, JCM:21034, personal::A1
Pseudomonas tumefaciens (Smith and Townsend 1907) Duggar 1909
Phytomonas tumefaciens (Smith and Townsend 1907) Bergey et al. 1923
Polymonas tumefaciens (Smith and Townsend 1900) Lieske 1928
Гетеротиптік синонимдер
Agrobacterium fabacearum Delamuta et al 2020 (ANI) 1980 жылғы Мақұлданған тізімдердегі типтік штаммды негізсіз өзгертуге байланысты, қазір қайта түзетілді. Бұл өсімдік геномына жартылай кездейсоқ орналасады. Өсімдік геномдары Agrobacterium арқылы Т-ДНҚ екілік векторларында орналасқан тізбектерді жеткізу үшін өңделуі мүмкін. Agrobacterium tumefaciens – Rhizobiaceae тұқымдасына жататын альфапротеобактерия, оның құрамында азотты бекітетін бұршақ гүлділер симбионттары бар. Азотты бекітетін симбионттардан айырмашылығы, ісік тудыратын Agrobacterium түрлері патогенді және өсімдікке пайда әкелмейді. Agrobacterium әсер ететін өсімдіктердің кең ауқымы оны ауыл шаруашылығы саласы үшін үлкен мәселеге айналдырады. Экономикалық тұрғыдан алғанда, A. tumefaciens – жаңғақ, жүзім, тас жемістер, жаңғақ ағаштары, қант қызылшасы, жылқы түбі және раубарбаның қауіпті патогені болып табылады, ал аурудың тудырған ісіктерінің немесе галдарының тұрақтылығы оны көп жылдық дақылдар үшін ерекше зиянды етеді. Agrobacterium tumefaciens ортаға, өсіру форматына және ауа алмасу деңгейіне байланысты 2-4 сағат аралығында екі еселенеді. Жоғары температурада A. tumefaciens жылулық соққыға ұшырай бастайды, бұл жасушалардың бөлінуінде қателіктерге әкелуі мүмкін. A. tumefaciens штаммдарының көптеген түрлерінде pTi болмайды. Ti плазмиді ауруды тудыру үшін қажетті болғандықтан, ризосферада бактериялардың плазмидтермен алмасуын ынталандыру үшін алдын ала ену оқиғалары жүзеге асырылады. Опиндердің болуы кезінде A. tumefaciens N (3-оксооктаноил) L-гомосерин лактоны (3OC8HSL) немесе Agrobacterium автоиндукторы деп аталатын таралатын конъюгациялық сигнал шығарады. Бұл транскрипция факторы TraR-ды белсендіреді, конъюгация үшін қажетті гендердің транскрипциясын оңтайландырады.
Agrobacterium fabacearum Delamuta et al 2020 (by ANI) on the basis of an unjustified type strain change in the Approved Lists of 1980, now reverted. which is incorporated at a semi random location into the plant genome. Plant genomes can be engineered by use of Agrobacterium for the delivery of sequences hosted in T DNA binary vectors. Agrobacterium tumefaciens is an Alphaproteobacterium of the family Rhizobiaceae, which includes the nitrogen fixing legume symbionts. Unlike the nitrogen fixing symbionts, tumor producing Agrobacterium species are pathogenic and do not benefit the plant. The wide variety of plants affected by Agrobacterium makes it of great concern to the agriculture industry. Economically, A. tumefaciens is a serious pathogen of walnuts, grape vines, stone fruits, nut trees, sugar beets, horse radish, and rhubarb, and the persistent nature of the tumors or galls caused by the disease make it particularly harmful for perennial crops. Agrobacterium tumefaciens grows optimally at The doubling time can range from 2.5–4h depending on the media, culture format, and level of aeration. At temperatures above , A. tumefaciens begins to experience heat shock which is likely to result in errors in cell division. Many strains of A. tumefaciens do not contain a pTi. Since the Ti plasmid is essential to cause disease, prepenetration events in the rhizosphere occur to promote bacterial conjugation exchange of plasmids amongst bacteria. In the presence of opines, A. tumefaciens produces a diffusible conjugation signal called N (3 oxo octanoyl) L homoserine lactone (3OC8HSL) or the Agrobacterium autoinducer. This activates the transcription factor TraR, positively regulating the transcription of genes required for conjugation.
Т-пилустың қалыптасуы
А. tumefaciens өсімдік жасушасына Т-ДНК-ны жеткізу үшін IV типті секреция механизмін пайдаланады, бұл механизм Т-пилустың өндірілуін қамтиды. Ацетосирингон және басқа заттар анықталғанда, сигналдық трандукция VirB оперонындағы 11 геннің экспрессиясын белсендіреді, олар Т-пилусының қалыптасуына жауапты. Бірінші кезекте пропилин түзіледі. Бұл 121 аминқышқылынан тұратын полипептид, оны T-пилусының кіші бірлігін құру үшін 47 қалдықтан босату қажет. Бұрын полипептидтің екі ұшы арасында пептидтік байланыс арқылы циклға айналатыны есептелген. Дегенмен, T-пилусының жоғары дәлдіктегі құрылымдық зерттеулері пилиннің циклға айналмағанын көрсетті, ал пилин кішібірліктерінің жалпы ұйымы басқа конъюгациялық пилилерге, мысалы F-пилусына өте ұқсас. Басқа VirB гендерінің өнімдері кішібірліктерді плазмалық мембрана арқылы тасымалдау үшін қолданылады. Ашытқының екі гибридтік зерттеулері VirB6, VirB7, VirB8, VirB9 және VirB10 тасымалдаушының құраушыларын кодтайтынын көрсетеді. Сондай-ақ, кішібірліктердің белсенді тасымалы үшін АТФаза да қажет.
Т-ДНК өсімдік жасушасына көшірілуі
Т-ДНК шеңберлі плазмидтен кесілуі керек. Бұл әдетте көмекші плазмидтегі Vir гендері арқылы жүзеге асырылады. VirD1/D2 кешені сол және оң жақ шекара тізбектерінде ДНК-ны бұзады. VirD2 ақуызы 5' ұшына ковалентті байланысады. VirD2 құрамында нуклеопротеин кешенінің IV типті секреция жүйесіне (T4SS) бағытталуын қамтамасыз ететін мотив бар. T пилусының құрылымы пилустың орталық арнасы бүлінген VirD2-нің өтуіне тым тар екенін көрсетті, бұл VirD2 конъюгация процесінде жартылай ашылуы тиіс екенін ұсынады. Опиндер – А. tumefaciens үшін азот көзі болып табылатын, бірақ көптеген басқа организмдер үшін емес химиялық заттар класы. A. tumefaciens C58 жұқтырған өсімдіктерде өндірілетін опиннің нақты түрі – нопалин. Екі нопалин типіндегі Ti плазмидтері, pTi SAKURA және pTiC58 толық секвенирленді. "A. fabrum" C58, алғашқы толық секвенирленген патовар, вишне ағашының тажыннан алғаш рет оқшауланды. Геном 2001 жылы Гуднер және әріптестері мен Wood және әріптестері тарапынан бір уақытта секвенирленді. A. tumefaciens C58 геномы дөңгелек хромосомадан, екі плазмидтен және сызықтық хромосомадан тұрады. Ковалентті байланысқан дөңгелек хромосоманың болуы бактерияларға тән, аздаған ерекшеліктерден басқа. Дегенмен, бір шеңберлі және бір сызықты хромосоманың болуы осы туыстағы топқа тән ерекшелік. Екі плазмид – pTiC58, вируленттілік процестеріне жауапты, және бір кезде "криптік" плазмид деп аталған pAtC58. Егер Ti плазмиді алынса, бұл бактерия түрін жіктеуге арналған ісік өсуі болмайды.
Биотехнологиялық қолдану
1975 жылы Асиломар конференциясында рекомбинантты әдістер жеткілікті түрде түсінілмегендігі және қатаң бақылауға алынуы қажет екендігі туралы кең пікір қалыптасты. Агробактерияның ДНҚ беру қабілеті биотехнологияда өсімдіктерге шетелдік гендерді енгізу құралы ретінде кеңінен зерттелді. Асиломар конференциясынан кейін көп ұзамай Марк Ван Монтагу мен Джефф Шелл Агробактерия мен өсімдіктер арасындағы гендерді беру механизмін ашты, бұл бактерияны өсімдіктердегі генетикалық инженерия үшін тиімді жеткізу жүйесіне өзгерту әдістерін әзірлеуге мүмкіндік берді. Өсімдікке берілетін Т-ДНК плазмиді гендік инженерия үшін өте қолайлы тасымалдаушы құрал болып табылады. Бұл, қажетті ген тізбегін эукариоттық жасушаларға жеткізу үшін қолданылатын Т-ДНК екі векторлы жүйесіне клондау арқылы жүзеге асырылады. Бұл процесс отшашушы люцифераза генін пайдалану арқылы жарқыраған өсімдіктерді жасау үшін қолданылды. Арабидопсис талиананы Агробактерия бульонына гүлдерін малып түрлендіруге де болады: алынған тұқым трансгенді болады. Зертхана жағдайында Т-ДНК адам жасушаларына да көшірілді, бұл енгізудің мүмкіндіктерінің кеңдігін көрсетеді. Агробактерияның жасуша-иесіне материалдарды енгізу механизмі IV типті секреция жүйесі арқылы жүзеге асады, бұл патогендердің материалдарды (әдетте ақуыздарды) адам жасушаларына III типті секреция арқылы енгізуге қолданатын механизмдерге өте ұқсас. Сонымен қатар, ол көптеген грам-теріс бактерияларда сақталған кворумдық сезім деп аталатын сигнал беру түрін пайдаланады. Бұл Агробактерияны медициналық зерттеулер үшін маңызды тақырыпқа айналдырады.
Табиғи генетикалық трансформация
Бактериялардағы табиғи генетикалық трансформация – бұл бір жасушадан екінші жасушаға аралық орта арқылы ДНК-ның берілуі және донор тізбегінің гомологты рекомбинация арқылы қабылдаушы геномға енуімен жүзеге асатын жыныстық процесс. A. tumefaciens ешқандай арнайы физикалық немесе химиялық әсер етпестен топырақта табиғи трансформацияға ұшырауы мүмкін.
Аурудың циклі
Агробактерия тумефациенс жұққан топырақта қыстайды. Агробактерия түрлері көбінесе сапрофиттік тіршілік етеді, сондықтан осы туысқа жататын, тіпті өсімдіктерге паразиттік ететін түрлердің де қоныс тегі болмаған жағдайда ұзақ уақыт бойы топырақта тіршілік етуі мүмкін. Бірақ, қоныс тегі болған жағдайда бактериялар өсімдік тіндеріне жақында пайда болған жаралар немесе жер бетіне жақын тамырлар мен сабақтың табиғи тесіктері арқылы енеді. Мұндай жаралар егіс шаралары, көшеттеу, жәндіктер және т.б. салдарынан болуы мүмкін. Бактериялар өсімдікке енгеннен кейін жасушааралық кеңістікте орналасып, жасушалардың трансформациясы нәтижесінде айналасындағы тіндердің өсуін стимуляциялайды. Агробактерия бұл процесті плазмидтік Т-ДНК-ны өсімдік геномына енгізу арқылы жүзеге асырады. Плазмидтік ДНК-ның қоныс тегінің геномына ену процесі туралы толық ақпарат жоғарыда келтірілген. Өсімдік тінінің шектен тыс өсуі сабақта және тамырларда ісіктердің пайда болуына алып келеді. Бұл ісіктер айналасындағы өсімдік тіндеріне қатты қысым түсіріп, олардың қысылуына және/немесе деформациялануына себеп болады. Қысылған тамырлар ксилемадағы су ағынының азаюына әкеледі. Жас ісіктер жұмсақ болғандықтан, жәндіктер мен сапрофиттік микроорганизмдердің қосымша жұқпауына осал. Бұл екінші жұқпа перифериялық жасуша қабаттарының ыдырауына, сондай-ақ шіру салдарынан ісіктің түсінің өзгеруіне себеп болады. Жұмсақ тіндердің ыдырауы Agrobacterium tumefaciens-тің топыраққа шығуына мүмкіндік береді, осылайша ауру процесі жаңа қоныс тегімен қайта басталады.
Ауруды басқару
Agrobacterium tumefaciens бактериясынан туындайтын тақталы өт ауруын әр түрлі әдістермен бақылауға болады. Осы ауруды бақылаудың ең тиімді жолы – алдын алу шараларын қабылдау, мысалы, жаңа өсімдіктерді жұқтырмау үшін кесу құралдарын зарарсыздандыру. Сондай-ақ, көшеттерді міндетті түрде тексеру, жұқтырған өсімдіктерді жою, сондай-ақ жұқтырылған егістіктерге сезімтал өсімдіктерді отырғызудан аулақ болу да маңызды амалдар. Өсімдіктің тамыр мойны мен тамырларын зақымдамау аурудың алдын алу үшін аса қажет. Будандастыру және қалам салу сияқты бірнеше өсімдіктерді біріктіріп, бірге өсіруге арналған бағбандық техникалар өсімдік жарақатына әкеледі. Жаралар – бактериялардың өсімдікке енуіне негізгі орын. Сондықтан, осы техникаларды Agrobacterium бактериялары белсенді емес кезеңде орындау ұсынылады. Тамырды жейтін жәндіктерді бақылау инфекция деңгейін төмендетуге де көмектеседі, себебі олар өсімдік тамырларында жаралар (бактериялардың ену жолдары) тудырады. Бұл ауруды басқаруда биологиялық бақылау әдістері де қолданылады. 1970 және 1980 жылдары өндірілген тұқымдарды, көшеттерді және тамырбақшаларды емдеудің кең таралған практикасы оларды K84 суспензиясына батыру болды. K84 – A. radiobacter-ден тұрады, ол A. tumefaciens-ке жақын, бірақ патогенді емес түр. K84 бактериоцин (агроцин 84) өндіреді, ол A. tumefaciens-ті қоса, осыған ұқсас бактерияларға қарсы тиімді антибиотик. Бұл әдіс коммерциялық деңгейде ауруды бақылауда сәтті болды, бірақ K84-тің резистентті генін патогенді Agrobacterium бактерияларына беру қаупі болды. Осылайша, 1990 жылдары K1026 деп аталатын K84-тің гендік инженерлік штаммы жасалды. Бұл штамм K84 сияқты тақталы өт ауруын бақылауда тиімді, бірақ резистентті гендік алмасу қаупі жоқ.
Қоршаған орта
Өсімдік патологиясы үшін қожайын, орта және патоген өте маңызды түсініктер болып табылады. Агробактериялар кез келген өсімдік патогенінің арасында ең кең таралған қожайын диапазонына ие, сондықтан тақталық желке ауруында ескеру керек негізгі фактор – орта. A. tumefaciens-тің әртүрлі қожайындарға жұғу үшін қолайлы жағдайлары мен факторлары бар. Бактерия қожайын өсімдігіне жара сияқты кіру жолы болмаса, еніп ала алмайды. Өсімдіктерде жаралардың пайда болуына себеп болатын факторлар: егіс шаралары, қаушап салу, қыраудан зақымдану, өсу жарықтары, топырақ жәндіктері және өсімдікке зиян келтіретін қоршаған ортадағы басқа жануарлар. Сондықтан, тым суық қыстарда ауа райына байланысты зақымдану салдарынан тақталық желке ауруының көбеюі жиі кездеседі. Бұған қоса, қожайын өсімдігінің жұғуын жеңілдетудің әдістері де бар. Мысалы, нематодалар Агробактерияны өсімдік тамырларына енгізу үшін тасымалдаушы ретінде әрекет ете алады. Нақтырақ айтқанда, тамыр паразиттік нематодалар өсімдік жасушасына зақым келтіріп, бактериялардың кіруі үшін жара жасайды. Соңында, A. tumefaciens жұғуын қарастырғанда температура да маңызды фактор болып табылады. Осы бактерияның салдарынан тақталық желке пайда болуы үшін оңтайлы температура Т-ДН-ның жылуға сезімталдығына байланысты. Жоғары температура жағдайында ісік пайда болуы айтарлықтай төмендейді.