| Start | Informacje | Spis treści | Słownik | Przydatne adresy |

5.2a Uzupełniające informacje o biologii A. tumefaciens i mechanizmie transformacji roślin przez te bakterie

A. tumefaciens jest wśród fitopatogenicznych bakterii patogenem wyjątkowo mało wybrednym - ma największą liczbę żywicieli (643 gatunki z 331 rodzajów). Jego komórki - pałeczkowate, gramujemne, orzęsione perytrychalnie (na całej długości) - są ruchliwe i wykazują chemotaksję do substancji wydzielanych przez uszkodzone tkanki roślin żywicielskich (cukrów i związków fenolowych - katecholu, syryngolu, kwasu pyrogalusowego, chalkonów; chemotaksję warunkują geny położone zarówno na bakteryjnym chromosomie, jak i w megaplazmidzie). Obecność tych związków wykrywana jest przez obecne stale w komórce bakteryjnej produkty genów wirulencji virA i virG (są to więc geny konstytutywne). Rozpoznanie cząsteczek induktorów przez te białka (dokładniej przez białko virA, które następnie działa na białko virG, katalizując jego fosforylację) prowadzi do uruchomienia transkrypcji na matrycy pozostałych genów wirulencji. Geny virB, virC, virD i virE odpowiadają za wytwarzanie i przetwarzanie kopii T-DNA, natomiast produkty genów virH mogą warunkować unieczynnianie bakteriobójczych metabolitów wytwarzanych przez uszkodzone komórki roślinne. Endonukleaza VirD2, przy udziale białka VirD1, nacina prawą sekwencję graniczną dolnej nici plazmidowego DNA w ściśle określonym miejscu (między 3 a 4 nukleotydem prawej sekwencji granicznej; zwróć uwagę na konwencję zgodnie z którą nazwy genów zapisywane są kursywą - pismem ukośnym - i często małymi literami, a nazwy odpowiadających im białek pismem prostym i dużymi literami). Następnie, nacięte DNA jest uwalniane z plazmidu tworząc cząsteczkę jednoniciowego T-DNA (ssDNA). Kompleks ssDNA z białkiem VirD2 oraz prawdopodobnie z białkiem VirE2 przenoszony jest do rośliny przez tunel bakteryjnego pilusa zbudowanego z białek VirB i VirD4. Zarówno białko VirD2 jak i VirE2 zawierają sekwencje sygnałowe lokalizacji jądrowej (NLS; nuclear localisation signal). Dzięki temu kompleks białkowo-nukleinowy (kompleks T-DNA) przenoszony jest przez układy transportowe komórki roślinnej do jądra, gdzie ostatecznie T-DNA ulega wbudowaniu do genomu. Włączanie T-DNA do genomu roślinnego odbywa się na drodze rekombinacji nieuprawnionej, czyli łączenia się dwóch cząsteczek DNA nie mających bardzo podobnej sekwencji. Przypuszcza się, że w procesie tym aktywnie uczestniczą enzymy roślinne np. ligaza DNA.

Czasami przeniesieniu do genomu roślin ulega również DNA leżące przed lewą sekwencją graniczną. Jedną z metod eliminacji roślin zawierających takie dodatkowe, niepożądane DNA jest umieszczenie letalnego genu w plazmidzie, przed lewą sekwencją graniczną. Komórki, które otrzymają ten gen, zamierają.

W następstwie przyjęcia przez komórki roślinne bakteryjnego DNA metabolizm rośliny przestawiany jest na zaspokajanie potrzeb patogena. W wyniku uaktywnienia się wprowadzanych przez bakterie onkogenów komórki roślinne rozpoczynają niekontrolowaną biosyntezę znacznych ilości fitohormonów, które stymulują podziały i prowadzą do patologicznego przerostu tkanek (hiperplazji). Za tworzenie auksyny (IAA) odpowiadają dwa geny przenoszone w T-DNA: tms1 (kodujący tryptofanową monooksygenazę) i tms2 (gen hydrolazy indoloacetamidowej). Biosyntezę cytokinin wymusza gen ipt, kodujący izopentenylotransferazę. Ponadto komórki powiększającej się roślinnej narośli zaczynają wytwarzać opiny stanowiące źródło węgla i azotu dla bakterii zasiedlających przestrzenie międzykomórkowe. W przypadku tkanek porażonych przez A. tumefaciens są to głównie nopalina (pochodna kwasu α-ketoglutarowego i argininy) oraz oktopina (pochodna kwasu pirogronowego i argininy). Oktopina pobudza geny katalizujące jej rozpad (geny occ), położone na megaplazmidzie, lecz poza odcinkiem T-DNA. Nieco inny zestaw opin "zamawia" w kolonizowanych tkankach A. rhizogenes, np. agropinę lub mannopinę (rodzaj kodowanych opin jest podstawą klasyfikacji szczepów w obrębie obu gatunków Agrobacterium). Agrobacterium rhizogenes ma też nieco inny zestaw onkogenów (zwanych w tym przypadku genami rol i wymuszających tworzenie się korzeni włośnikowatych).

Niedawno zakończono sekwencjonowanie genomu Agrobacterium tumefaciens, szczepu C58. Okazuje się, że jest to genom o dość złożonej strukturze, jak na bakteryjny - składa się z chromosomu liniowego (wielkości 2 Mpz), chromosomu kolistego (2,8 Mpz), megaplazmidu Ti - omówionego wyżej (214 kpz) - oraz innego megaplazmidu zwanego pAT (542 kpz). Pełne sekwencje wszystkich składników tego genomu dostępne są bezpłatnie w Internecie: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/viewer.fcgi?db=nucleotide&val=15890089,
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/viewer.fcgi?db=nucleotide&val=15887359,
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/viewer.fcgi?db=nucleotide&val=57903201,
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/viewer.fcgi?db=nucleotide&val=16119232