Rhizobium radiobacter

Rhizobium radiobacter
Электронная микрофотография Rhizobium radiobacter в процессе инфицирования клетки моркови, начало передачи плазмиды
Научная классификация
Домен: Бактерии Тип: Протеобактерии Класс: Альфа-протеобактерии Порядок: Ризобиевые Семейство: Rhizobiaceae Род: Rhizobium Вид: Rhizobium radiobacter
Международное научное название
Rhizobium radiobacter (Beijerinck and van Delden 1902) Young et al. 2001
Синонимы
по данным LPSN[1][2]: Achromobacter radiobacter (Beijerinck and van Delden 1902) Bergey et al. 1934 Agrobacterium radiobacter (Beijerinck and van Delden 1902) Conn 1942 Agrobacterium tumefaciens (Smith and Townsend 1907) Conn 1942 Alcaligenes radiobacter (Beijerinck and van Delden 1902) Conn 1939 Bacillus radiobacter Beijerinck and van Delden 1902 Bacterium radiobacter (Beijerinck and van Delden 1902) Löhnis 1905 Bacterium tumefaciens Smith and Townsend 1907 Phytomonas tumefaciens (Smith and Townsend 1907) Bergey et al. 1923 Polymonas tumefaciens (Smith and Townsend 1907) Lieske 1928 Pseudomonas radiobacter (Beijerinck and van Delden 1902) Krasil'nikov 1949 Pseudomonas tumefaciens (Smith and Townsend 1907) Duggar 1909 Rhizobium radiobacter (Beijerinck and van Delden 1902) Pribram 1933 Rhizobium radiobacter (Beijerinck and van Delden 1902) Conn 1942
Систематика в Викивидах Изображения на Викискладе ITIS   965487 NCBI   362 EOL   52142816

Rhizobium radiobacter (лат.) (известный также как Agrobacterium tumefaciens) — вид грамотрицательных, облигатно аэробных палочковидных почвенных бактерий рода Rhizobium. Способна трансформировать клетки растений при помощи специальной плазмиды. Фитопатоген, вызывает образование так называемых корончатых галлов у растений, также известна условная патогенность у людей, страдающих иммунодефицитными заболеваниями, например СПИД^[3]. Используется в генной инженерии для трансформации растений.

История систематики

Вид Rhizobium radiobacter исторически описан как две линейки синонимов.

В первой линейке (Rhizobium radiobacter) впервые был описан Бейеринком (Beijerinck) и ван Делденом (van Delden) в 1902 г. под названием Bacillus radiobacter. Потом систематики несколько раз переносили вид в другие роды: Löhnis в 1905 — в Bacterium, Примбран (Pribram) в 1933 — в Rhizobium, Берджи (Bergey) в 1934 — в Achromobacter, Конн (Conn) в 1939 — в Alcaligenes и в 1942 г. — в род Rhizobium^[2].

Во второй линейке (Agrobacterium tumefaciens) вид вначале был описан Смитом (Smith) и Тоунзендом (Townsend) в 1907 г. под названием Bacterium tumefaciens (от tumor — «опухоль» и facere — «делать, действовать», в названии была отражена способность бактерии вызывать опухоли растений). Затем следовало несколько переносов в другие роды (Pseudomonas — Phytomonas — Polymonas), пока в 1942 г. Конн (Conn) не реклассифицировал вид под названием Agrobacterium tumefaciens^[1].

В 1993 г. Савада (Sawada) и др. предложили отменить название Agrobacterium tumefaciens (Smith et Townsend 1907) Conn 1942 как нелегитимный поздний синоним названия Agrobacterium radiobacter (Beijerinck and van Delden 1902) Conn 1942^[4], однако комиссия законсервировала Agrobacterium tumefaciens как типовой вид рода Agrobacterium Conn 1942^[5]. В 2001 г. Янг (Young) и др. предложили перевести виды Agrobacterium, включая Agrobacterium tumefaciens, в род Rhizobium, что решало вопрос о видовом эпитете tumefaciens, который перестал быть законсервированным после упразднения рода^[6] и обе линейки синонимов вида слились в Rhizobium radiobacter (Beijerinck and van Delden 1902) Young et al. 2001.

Биологические свойства

Морфология

Прямые или слегка изогнутые палочковидные бактерии размером 0,6—1,0 × 1,5—3,0 мкм. Не образуют спор, подвижные. Несут 1—4 жгутика, расположенных перитрихиально. Располагаются одиночно или попарно.

Культуральные свойства

Хемоорганогетеротроф, облигатный аэроб. Не требует специфических факторов для роста на искусственных питательных средах. Способен использовать относительно большой спектр органических веществ как единственный источник углерода (N-ацетилглюкозамин, α-аланин, β-аланин, арабинозу, аспартат, дульцит и т. д.), способен расти в LB-бульоне. На агаризованных питательных средах образуют выпуклые, круглые гладкие непигментированные или слабо-бежевые колонии. Утилизируют маннитол и другие углеводы с образованием кислоты. На средах с углеводами наблюдается выделение внеклеточной слизи полисахаридной природы. Оксидазоположительны, образуют уреазу, не образуют индол^[7].

Геном

Геном R. radiobacter штамма С58 (описанный ещё как A. tumefaciens) имеет размер 5,67 Мп.н. и состоит из двух хромосом (кольцевой и линейной^[8]) и двух плазмид. Отмечен большой уровень гомологии с геномом Sinorhizobium meliloti, что предполагает недавнее эволюционное расхождение^[9].

Хромосомы

Кольцевая хромосома R. radiobacter штамма С58 имеет размер 2841580 п.н. и содержит 2819 генов, из которых 2765 кодируют белки^[10]. Линейная хромосома же имеет размер 2075577 п.н. и содержит 1884 гена, из которых 1851 кодируют белки^[11]. Наличие кольцевой и линейной хромосомы характерно и для других штаммов R. radiobacter, например штамма MAFF301001^[12].

Плазмиды

Основная статья: Ti-плазмида

Физическая карта Ti-плазмиды R. radiobacter

R. radiobacter штамм С58 содержит две плазмиды: плазмида At-плазмида и Ti-плазмида. At-плазмида (от Agrobacterium tumefaciens) представляет собой кольцевую двуцепочечную молекулу ДНК размером 542868 п.н. и содержит 557 гена, из которых 542 кодируют белки^[13]. Ti-плазмида (от англ. tumor-inducing) обуславливает патогенность R. radiobacter и способна встраиваться в геном растения-хозяина, перенося Т-ДНК в процессе сайт-специфической рекомбинации^[14][15], плазмида также может частично встраиваться в геном Saccharomyces cerevisiae путём незаконной рекомбинации^[16]. Однако заражение мышей патогенными R. radiobacter не вызывает экспрессии репортерных генов в тканях^[17]. Ti-плазмида R. radiobacter штамма С58 представляет собой кольцевую двуцепочечную молекулу ДНК размером 214233 п.н. и содержит 199 генов, из которых 197 кодируют белки^[18]. Ti-плазмида содержит гены, контролирующие синтез и катаболизм специфических аминокислот- опинов^[19], использующихся R. radiobacter в качестве источника питания (октопин, нопалин, агропин)^[20], гены вирулентности, гены синтеза фитогормонов- цитокининов и ауксинов (собственно они вызывают опухолеобразование и дедифференцировку тканей растения), Т-ДНК собственно представляет собой интегрируемый участок Ti-плазмиды, несущий гены синтеза фитогормонов и опинов^[21].

Патогенность для растений

Корончатые галлы, образуемые R. radiobacter на корнях Carya illinoensis

R. radiobacter вызывает образование т. н. корончатых галлов у растений. Опухолеобразование связано с переносом Т-ДНК в геном растения с последующей его трансформацией. Трансформированные клетки ввиду дисбаланса синтеза фитогормонов дедифференцируются и начинают неупорядоченный рост. Также трансформированные клетки растения начинают синтезировать опины, которые R. radiobacter способна использовать как источник питания. Определённую роль в индукции экспрессии генов вирулентности R. radiobacter с растением-хозяином играют специфические внутриклеточные метаболиты растения^[22], выделяющиеся при ранении тканей растения^[23]. Важным этапом патогенного процесса является синтез Т-пилей при помощи системы секреции IV типа, осуществляющееся под действием VirB-оперона. При помощи Т-пилей R. radiobacter присоединяется к клетке растения, формируя коньюгационный мостик и при помощи белка VirE1 переносит комплекс одноцепочечная Т-ДНК — белок VirE2^[24] (образовавшуюся предварительно из Ti-плазмиды и соединенную с белком VirE2^[25]) в клетку растения^[26][27]. Также на трансформацию клеток растений оказывает влияние специфический белок VirE3, транспортирующийся в ядро вместе с Т-ДНК и предположительно связывающийся с фактором транскрипции^[28]. В ядре Т-ДНК интегрируется в геном клетки растения-хозяина^[29] путём сайт-специфической рекомбинации^[30][31]. Внедрение Т-ДНК вызывает образование характерных опухолей растений из-за гиперсинтеза фитогормонов, в опухолевых тканях начинают накапливаться опины.

Использование в генной инженерии

S. chacoense, трансформированные при помощи R. radiobacter. Кусочки листа с начатым каллусообразованием

Ввиду способности R. radiobacter трансформировать клетки растений, бактерия сейчас активно используется для привнесения генетического материала с целью генетической модификации растений^[32][33]. R. radiobacter способна трансформировать как двудольные растения^[34][35], так и некоторые однодольные растения^[36][37] и некоторые микроскопические грибки^[38]. Поэтому были разработаны специальные векторы на основе Ti-плазмиды с удалёнными генами фитогормонов и опинов («разоруженной плазмиды») для привнесения чужеродной генетической информации в геном растений^[39] с целью получения растений с желаемыми полезными признаками.

См. также

• Генная инженерия

Примечания

1. LPSN: Genus Agrobacterium  (неопр.). Дата обращения: 17 июня 2015. Архивировано 30 июня 2015 года.
2. LPSN: Genus Rhizobium  (неопр.). Дата обращения: 17 июня 2015. Архивировано 5 июля 2017 года.
3. Инфекции, вызываемые Agrobacterium tumefaciens  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 6 марта 2014 года.
4. Sawada H., Ieki H., Oyaizu H. and Mtsumoto S. Proposal for rejection of Agrobacterium tumefaciens and revised descriptions for the genus Agrobacterium and for Agrobacterium radiobacter and Agrobacterium rhizogenes// Int. J. Syst. Bacteriol., 1993, 43, 694—702.
5. JUDICIAL COMMISSION: Minutes of the Meetings, 2 and 6 July 1994, Prague, Czech Republic. Int. J. Syst. Bacteriol., 1995, 45, 195—196.
6. A revision of Rhizobium Frank 1889, with an emended description of the genus, and the inclusion of all species of Agrobacterium Conn 1942 and Allorhizobium undicola de Lajudie et al. 1998 as new combinations: Rhizobium radiobacter, R. rhizogenes, R. rubi, R. undicola and R. vitis.  (неопр.) Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано из оригинала 5 сентября 2009 года.
7. Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology  (неопр.). Дата обращения: 3 октября 2017. Архивировано 12 октября 2017 года.
8. [https://web.archive.org/web/20150617164318/https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8253676?dopt=Abstract Архивная копия от 17 июня 2015 на Wayback Machine Presence of one linear and one circular chromosome… [J Bacteriol. 1993] — PubMed result]
9. The genome of the natural genetic engineer Agrobac… [Science. 2001] — PubMed result
10. uid=189 Genome Result
11. uid=190 Genome Result
12. http://www.jstage.jst.go.jp/article/ggs/76/6/363/_pdf (недоступная ссылка)
13. uid=191 Genome Result
14. Site-Specific Integration of Agrobacterium tumefaciens T-DNA via Double-Stranded Intermediates — Tzfira et al. 133 (3): 1011 — [[Plant Physiology]]  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 5 сентября 2008 года.
15. Involvement of KU80 in T-DNA integration in plant cells — PNAS  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 24 сентября 2015 года.
16. Integration of Agrobacterium tumefaciens T-DNA in the Saccharomyces cerevisiae genome by illegitimate recombination — PNAS  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 9 сентября 2014 года.
17. PLoS ONE: Agrobacterium tumefaciens-Induced Bacteraemia Does Not Lead to Reporter Gene Expression in Mouse Organs  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 15 марта 2010 года.
18. uid=192 Genome Result
19. Diversity of Opines and Opine-Catabolizing Bacteria Isolated from Naturally Occurring Crown Gall Tumors — Moore et al. 63 (1): 201 — Applied and Environmental Microbiology  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 21 марта 2009 года.
20. Ti-плазмида (Ti-plasmid, tumor inducing plasmid) — Плазмида почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens, специфический Т-участок которой способен включаться в клетки двудольн …  (неопр.) Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 6 января 2011 года.
21. Agrobacterium and Ti Plasmids — A Brief History  (неопр.). Дата обращения: 3 октября 2017. Архивировано 7 марта 2016 года.
22. A plant cell factor induces Agrobacterium tumefaciens vir gene expression — PNAS  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 24 сентября 2015 года.
23. Identification of the signal molecules produced by wounded plant cells that activate T-DNA transfer in Agrobacterium tumefaciens  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 29 апреля 2008 года.
24. ScienceDirect — FEMS Microbiology Letters : The VirE2 protein of Agrobacterium tumefaciens: the Yin and Yang of T-DNA transfer  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано из оригинала 26 марта 2009 года.
25. Plant Transformation by Agrobacterium tumefaciens — JBC  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано из оригинала 22 сентября 2008 года.
26. VirE1 protein mediates export of the single-stranded DNA-binding protein VirE2 from Agrobacterium tumefaciens into plant cells — Sundberg et al. 178 (4): 1207 — The Journal of …
27. Crystal structure of the Agrobacterium virulence complex VirE1-VirE2 reveals a flexible protein that can accommodate different partners — PNAS  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 24 сентября 2015 года.
28. The Agrobacterium VirE3 effector protein: a potential plant transcriptional activator — García-Rodríguez et al., 10.1093/nar/gkl877 — Nucleic Acids Research (недоступная ссылка)
29. Agrobacterium-Mediated Plant Transformation: the Biology behind the «Gene-Jockeying» Tool — Gelvin 67 (1): 16 — Microbiology and Molecular Biology Reviews  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 14 октября 2008 года.
30. Efficient vir Gene Induction in Agrobacterium tumefaciens Requires virA, virG, and vir Box from the Same Ti Plasmid — Krishnamohan et al. 183 (13): 4079 — The Journal of Bacte …  (неопр.) Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 7 октября 2008 года.
31. The Agrobacterium tumefaciens gene transfer to plant cell  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано из оригинала 22 сентября 2008 года.
32. Agrobacterium tumefaciens: a natural tool for plant transformation  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано из оригинала 28 марта 2010 года.
33. Agrobacterium tumefaciens  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 12 июля 2008 года.
34. Transformation of Poplar by : Agrobacterium tumefaciens : Abstract : Nature Biotechnology  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 9 октября 2008 года.
35. Архивированная копия  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 4 мая 2008 года.
36. Transformation of Zea mays L. Using Agrobacterium tumefaciens and the Shoot Apex — Gould et al. 95 (2): 426 — PLANT PHYSIOLOGY
37. Agrobacterium tumefaciens transformation of Musa species — Patent 5792935  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 6 марта 2014 года.
38. Abstracts: Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation of Aspergillus fumigatus: An efficient tool for insertional mutagenesis and targeted gene disruption — Biological …  (неопр.) Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 9 мая 2010 года.
39. T-DNA Binary Vectors and Systems — Lee and Gelvin 146 (2): 325 — PLANT PHYSIOLOGY  (неопр.). Дата обращения: 16 августа 2008. Архивировано 3 декабря 2008 года.

Ссылки

• Agrobacterium tumefaciens.
• Agrobacterium Conn 1942.
• Agrobacterium tumefaciens Homepage.
• Agrobacterium tumefaciens: From Plant Pathology to.
• Agrobacterium tumefaciens C58 Cereon Genome Page.
• The Genome of Agrobacterium tumefaciens A plant pathogen with a talent for transferring genes.