아그로박테륨속

Agrobacterium
아그로박테륨속
Agrobacterium-tumefaciens.png
과학적 분류 e
도메인: 박테리아
문: 슈도모나도타속
클래스: 알파프로테오박테리아
주문: 균사체
패밀리: 뿌리비과
속: 아그로박테륨속
Conn 1942(1980년 승인 목록)
모식종
아그로박테륨라디오박터
(Smith and Townsend 1907) Conn 1942 (1980년 승인 목록)
종.
동의어[1]
  • 폴리모나스 리스케 1928

아그로박테륨은 H. J. Conn에 의해 확립된 그램 음성 박테리아로 식물에 종양을 일으키기 위해 수평 유전자 전달을 이용한다.아그로박테리움 투메파시엔스는 이 속 중에서 가장 일반적으로 연구되는 종이다.아그로박테륨은 자신과 식물 사이에 DNA를 전달하는 능력으로 잘 알려져 있고, 이러한 이유로 그것은 유전자 공학의 중요한 도구가 되었다.

명명법의 역사

1990년대까지, 아그로박테리움속은 쓰레기통 분류군으로 사용되었다.16S 염기서열 분석의 등장으로 많은 아그로박터 종(특히 해양종)이 아렌시아, 슈도호도박터, 루게리아, 스타피아와 같은 속으로 [2][3]재분류되었다.나머지 아그로박테륨 종은 바이오바 1(Agrobacterium tumefaciens), 바이오바 2(Agrobacterium rhizogenes), 바이오바 3(Agrobacterium vitis) 등 3가지 생물군에 할당됐다.2000년대 초, 아그로박테륨은 [4]Rhizobium속과 동의어였다.이 움직임은 [5][6]논란의 여지가 있는 것으로 판명되었다.이 논쟁은 아그로박테륨이 계통학적으로[8][9] Rhizobium과 구별되고 아그로박테륨 종이 독특한 시니포몰피: 모든 속 구성원들이 선형의 [10]크로미드를 갖게 하는 프로텔로머라아제 유전자의 존재에 의해 통합되었다는 것이 증명된 후 다시 회복되면서[7] 마침내 해결되었다.그러나 이때까지 3개의 아그로박테륨 바이오바르는 없어졌다. 즉, 바이오바1은 아그로박테륨에, 바이오바2는 Rhizobium rhizogenes로, 바이오바3은 Alrohizobium vitis로 각각 바뀌었다.

식물병원체

이 뿌리들의 큰 성장은 아그로박테륨 스패스에 의해 유발된 담즙이다.

아그로박테륨 투메파시엔스는 식물에서 크라운겔병을 일으킨다.이 질병은 감염된 식물에 종양과 같은 성장이나 담즙이 있는 것이 특징이며, 종종 뿌리와 새싹 사이의 접합부에 있다.종양은 세균성 종양유도(Ti) 플라스미드로부터의 DNA 세그먼트(T-DNA)의 켤레 전이에 의해 유발된다.근연종인 아그로박테륨 뿌리진은 뿌리 종양을 유발하고 독특한 Ri(뿌리 유도) 플라스미드를 운반한다.아그로박테륨의 분류법은 현재 개정 중이지만 아그로박테륨 투메파시엔스, 아그로박테륨 뿌리진스, 아그로박테륨 비티스 등 3종의 생물군이 존재하는 것으로 일반화할 수 있다.아그로박테리움 투메파시엔스와 아그로박테리움 뿌리진 속의 균주는 Ti 또는 Ri-plasmid를 보유할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 아그로박테리움 비티스의 균주는 일반적으로 포도주로 제한되며, Ti-plasmid를 보유할 수 있다.비 아그로박테륨 균주는 Ri-plasmid를 포함하는 환경 샘플에서 분리되었으며, 실험실 연구 결과 비 아크로박테륨 균주는 Ti-plasmid도 포함할 수 있는 것으로 나타났습니다.아그로박테륨의 일부 환경 변종은 Ti와 Ri-plasmid를 포함하지 않는다.이 변종들은 [11]맹독하다.

플라스미드 T-DNA는 숙주세포의 [12]게놈에 반랜덤하게 통합되어 T-DNA의 종양형태유전자가 발현되어 담낭을 형성한다.T-DNA는 보통 옥토핀이나 노팔린과 같은 특이한 아미노산 생산을 위한 생합성 효소의 유전자를 운반합니다.그것은 또한 식물 호르몬인 옥신과 사이토키닌의 생합성과 오핀의 생합성을 위한 유전자를 운반하고, 대부분의 다른 미생물이 사용할 수 없는 박테리아에 탄소와 질소원을 제공하여 아그로박테륨에게 선택적 이점을 [13]준다.식물 세포의 호르몬 균형을 변화시킴으로써, 그 세포들의 분열을 식물에 의해 제어할 수 없고, 종양이 형성된다.종양 유전자에 의해 생성된 옥신 대 사이토키닌의 비율은 종양의 형태학을 결정합니다(뿌리 모양, 비조직적 또는 싹 모양).

인간에게는

일반적으로 식물의 감염으로 보이지만, 아그로박테륨은 면역력이 [14][15]약해진 인간의 기회성 감염에 책임이 있을 수 있지만, 그렇지 않으면 건강한 사람의 1차 병원체라는 것은 증명되지 않았다.아그로박테리움 라디오박터에 의해 야기된 인간 질병의 초기 연관성 중 하나는 스코틀랜드의 J. R. 케인에 의해 보고되었다(1988년).[16]이후 연구는 아그로박테륨이 T-DNA를 인간 세포 게놈에 통합함으로써 여러 종류의 인간 세포에 부착하고 유전적으로 변형시킨다고 제안했다.이 연구는 배양된 인체 조직을 사용하여 수행되었으며 [17]자연에서 관련된 생물학적 활동에 대한 어떠한 결론도 도출하지 못했다.

생명공학에서의 사용

다음 항목도 참조하십시오.수평 유전자 이동

아그로박테륨이 식물과 균류에 유전자를 전달하는 능력은 생물공학, 특히 식물개량을 위한 유전공학에 사용된다.식물과 균류의 게놈은 T-DNA 바이너리 벡터에 호스트된 배열을 전달하기 위해 아그로박테륨을 사용하여 조작할 수 있다.수식된 Ti 또는 Ri 플라스미드를 사용할 수 있다.플라스미드는 종양 유발 유전자의 결실로 인해 '무장 해제'된다; T-DNA의 유일한 필수 부분은 두 개의 작은 (25개의 염기쌍) 경계 반복이며, 이 중 적어도 하나는 식물 [18][19]형성에 필요하다.식물에 도입되는 유전자는 성공적으로 변형된 식물을 선택할 수 있도록 선택 가능한 마커(항생제 내성 등)와 함께 무장 해제된 플라스미드의 T-DNA 영역을 포함하는 식물 이진 벡터로 복제된다.식물은 변형을 거쳐 항생제가 함유된 배지에서 자라며 T-DNA가 게놈에 통합되지 않은 식물은 죽게 된다.또 다른 방법은 농업 [20][21]침윤이다.

Agrobacterium을 사용하여 변형된 식물(S. chacoense).변형된 세포가 잎 조각의 측면에 굳은살을 형성하기 시작합니다.

아그로박테륨에 의한 형질전환은 여러 가지 방법으로 달성될 수 있다.식물조직배양을 이용하여 재생된 아그로박테륨 및 식물 전체를 사용하여 원형체 또는 대체적으로 잎-디스크를 배양할 수 있다.농업 침윤에서 아그로박테륨은 식물의 잎 조직에 직접 주입될 수 있다.이 방법은 박테리아와 직접 접촉하는 세포만을 변형시켜 플라스미드 [22]DNA의 일시적인 발현을 초래한다.

농업 침윤은 일반적으로 담배를 변형시키는 데 사용된다.아라비도시스의 일반적인 변형 프로토콜은 꽃 딥법이다:[23] 꽃차례를 아그로박테륨 현탁액에 담그고 박테리아는 암컷 생식체를 만드는 생식세포를 변형시킨다.그 씨앗들은 항생제 내성 검사를 받을 수 있고, 플라스미드 DNA를 통합하지 않은 식물은 항생제의 [20]올바른 조건에 노출되면 죽을 것이다.

아그로박테륨이 모든 식물 종을 감염시키는 것은 아니지만, 유전자총을 포함한 식물 변형을 위한 몇 가지 다른 효과적인 기술들이 있다.

Agrobacterium은 다음 USA [24]GMO로 전달된 유전자 물질의 벡터이다.

아그로박테륨을 이용한 균류의 형질전환은 주로 [25][26]연구 목적으로 사용되며 식물 형질전환과 유사한 접근법을 따른다.Ti 플라스미드 시스템은 변형된 균주를 위해 선택하는 DNA 요소를 포함하도록 수정되며, 이러한 플라스미드를 운반하는 아그로박테륨 균주를 균주와 함께 삽입한 후 변형된 균주를 위해 선택됩니다.

유전체학

아그로박테륨의 여러 종의 게놈 배열은 이러한 유기체의 진화사를 연구할 수 있게 해주었고, 병원형성, 생물학적 통제, 공생과 관련된 유전자와 시스템에 대한 정보를 제공해 왔다.한가지 중요한 발견은 염색체가 이 박테리아들 중 많은 수의 플라스미드에서 진화하고 있을 가능성이다.또 다른 발견은 이 그룹의 다양한 염색체 구조가 공생과 병원성 생활 양식을 모두 지원할 수 있는 것으로 보인다는 것이다.아그로박테륨 종의 게놈 배열의 가용성은 계속해서 증가하여 식물과 연관된 미생물 [27]그룹의 기능과 진화 역사에 대한 실질적인 통찰력을 얻을 것입니다.

역사

겐트 대학의 마크 반 몬타규와 요제프 셸은 아그로박테륨과 식물 사이의 유전자 전달 메커니즘을 발견했고, 이는 아그로박테륨을 [18][19]식물에서 유전자 공학을 위한 효율적인 전달 시스템으로 바꾸는 방법을 개발하는 결과를 낳았다.메리 델 칠튼 박사가 이끄는 연구팀은 식물 게놈에 자신의 DNA를 삽입하는 아그로박테륨의 능력에 악영향을 주지 않고 독성 유전자를 제거할 수 있다는 것을 최초로 증명했다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Buchanan RE (1965). "Proposal for rejection of the generic name Polymonas Lieske 1928". International Bulletin of Bacteriological Nomenclature and Taxonomy. 15 (1): 43–44. doi:10.1099/00207713-15-1-43.
  2. ^ Uchino Y, Yokota A, Sugiyama J (August 1997). "Phylogenetic position of the marine subdivision of Agrobacterium species based on 16S rRNA sequence analysis". The Journal of General and Applied Microbiology. 43 (4): 243–247. doi:10.2323/jgam.43.243. PMID 12501326.
  3. ^ Uchino Y, Hirata A, Yokota A, Sugiyama J (June 1998). "Reclassification of marine Agrobacterium species: Proposals of Stappia stellulata gen. nov., comb. nov., Stappia aggregata sp. nov., nom. rev., Ruegeria atlantica gen. nov., comb. nov., Ruegeria gelatinovora comb. nov., Ruegeria algicola comb. nov., and Ahrensia kieliense gen. nov., sp. nov., nom. rev". The Journal of General and Applied Microbiology. 44 (3): 201–210. doi:10.2323/jgam.44.201. PMID 12501429.
  4. ^ Young JM, Kuykendall LD, Martínez-Romero E, Kerr A, Sawada H (January 2001). "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". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 51 (Pt 1): 89–103. doi:10.1099/00207713-51-1-89. PMID 11211278.
  5. ^ Farrand SK, van Berkum PB, Oger P (September 2003). "Agrobacterium is a definable genus of the family Rhizobiaceae". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 53 (Pt 5): 1681–1687. doi:10.1099/ijs.0.02445-0. PMID 13130068.
  6. ^ Young JM, Kuykendall LD, Martínez-Romero E, Kerr A, Sawada H (September 2003). "Classification and nomenclature of Agrobacterium and Rhizobium". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 53 (Pt 5): 1689–1695. doi:10.1099/ijs.0.02762-0. PMID 13130069.
  7. ^ Flores-Félix JD, Menéndez E, Peix A, García-Fraile P, Velázquez E (2020). "History and current taxonomic status of genus Agrobacterium". Syst Appl Microbiol. 43 (1): 126046. doi:10.1016/j.syapm.2019.126046. hdl:10174/28328. PMID 31818496.
  8. ^ Mousavi SA, Österman J, Wahlberg N, Nesme X, Lavire C, Vial L, Paulin L, de Lajudie P, Lindström K (2014). "Phylogeny of the Rhizobium-Allorhizobium-Agrobacterium clade supports the delineation of Neorhizobium gen. nov". Syst Appl Microbiol. 37 (3): 208–215. doi:10.1016/j.syapm.2013.12.007. PMID 24581678.
  9. ^ Mousavi SA, Willems A, Nesme X, de Lajudie P, Lindström K (2015). "Revised phylogeny of Rhizobiaceae: Proposal of the delineation of Pararhizobium gen. nov., and 13 new species combinations". Syst Appl Microbiol. 38 (2): 84–90. doi:10.1016/j.syapm.2014.12.003. PMID 25595870.
  10. ^ Ramírez-Bahena MH, Vial L, Lassalle F, Diel B, Chapulliot D, Daubin V, Nesme X, Muller D (2014). "Single acquisition of protelomerase gave rise to speciation of a large and diverse clade within the Agrobacterium/Rhizobium supercluster characterized by the presence of a linear chromid". Mol Phylogenet Evol. 73: 202–207. doi:10.1016/j.ympev.2014.01.005. PMID 24440816.
  11. ^ Sawada H, Ieki H, Oyaizu H, Matsumoto S (October 1993). "Proposal for rejection of Agrobacterium tumefaciens and revised descriptions for the genus Agrobacterium and for Agrobacterium radiobacter and Agrobacterium rhizogenes". International Journal of Systematic Bacteriology. 43 (4): 694–702. doi:10.1099/00207713-43-4-694. PMID 8240952.
  12. ^ Francis KE, Spiker S (February 2005). "Identification of Arabidopsis thaliana transformants without selection reveals a high occurrence of silenced T-DNA integrations". The Plant Journal. 41 (3): 464–77. doi:10.1111/j.1365-313X.2004.02312.x. PMID 15659104.
  13. ^ Pitzschke A, Hirt H (March 2010). "New insights into an old story: Agrobacterium-induced tumour formation in plants by plant transformation". The EMBO Journal. 29 (6): 1021–32. doi:10.1038/emboj.2010.8. PMC 2845280. PMID 20150897.
  14. ^ Hulse M, Johnson S, Ferrieri P (January 1993). "Agrobacterium infections in humans: experience at one hospital and review". Clinical Infectious Diseases. 16 (1): 112–7. doi:10.1093/clinids/16.1.112. PMID 8448285.
  15. ^ Dunne WM, Tillman J, Murray JC (September 1993). "Recovery of a strain of Agrobacterium radiobacter with a mucoid phenotype from an immunocompromised child with bacteremia". Journal of Clinical Microbiology. 31 (9): 2541–3. doi:10.1128/JCM.31.9.2541-2543.1993. PMC 265809. PMID 8408587.
  16. ^ Cain JR (March 1988). "A case of septicaemia caused by Agrobacterium radiobacter". The Journal of Infection. 16 (2): 205–6. doi:10.1016/s0163-4453(88)94272-7. PMID 3351321.
  17. ^ Kunik T, Tzfira T, Kapulnik Y, Gafni Y, Dingwall C, Citovsky V (February 2001). "Genetic transformation of HeLa cells by Agrobacterium". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98 (4): 1871–6. Bibcode:2001PNAS...98.1871K. doi:10.1073/pnas.041327598. JSTOR 3054968. PMC 29349. PMID 11172043.
  18. ^ a b Schell J, Van Montagu M (1977). "The Ti-Plasmid of Agrobacterium tumefaciens, A Natural Vector for the Introduction of NIF Genes in Plants?". In Hollaender A, Burris RH, Day PR, Hardy RW, Helinski DR, Lamborg MR, Owens L, Valentine RC (eds.). Genetic Engineering for Nitrogen Fixation. Basic Life Sciences. Vol. 9. pp. 159–79. doi:10.1007/978-1-4684-0880-5_12. ISBN 978-1-4684-0882-9. PMID 336023.
  19. ^ a b Joos H, Timmerman B, Montagu MV, Schell J (1983). "Genetic analysis of transfer and stabilization of Agrobacterium DNA in plant cells". The EMBO Journal. 2 (12): 2151–60. doi:10.1002/j.1460-2075.1983.tb01716.x. PMC 555427. PMID 16453483.
  20. ^ a b Thomson JA. "Genetic Engineering of Plants" (PDF). Biotechnology. 3. Archived (PDF) from the original on 17 January 2017. Retrieved 17 July 2016.
  21. ^ Leuzinger K, Dent M, Hurtado J, Stahnke J, Lai H, Zhou X, Chen Q (July 2013). "Efficient agroinfiltration of plants for high-level transient expression of recombinant proteins". Journal of Visualized Experiments. 77 (77). doi:10.3791/50521. PMC 3846102. PMID 23913006.
  22. ^ Shamloul M, Trusa J, Mett V, Yusibov V (April 2014). "Optimization and utilization of Agrobacterium-mediated transient protein production in Nicotiana". Journal of Visualized Experiments (86). doi:10.3791/51204. PMC 4174718. PMID 24796351.
  23. ^ Clough SJ, Bent AF (December 1998). "Floral dip: a simplified method for Agrobacterium-mediated transformation of Arabidopsis thaliana". The Plant Journal. 16 (6): 735–43. doi:10.1046/j.1365-313x.1998.00343.x. PMID 10069079.
  24. ^ 2008년 5월 13일 Wayback Machine에 보관된 FDA 생물 공학 식품 관련 완료된 협의 목록
  25. ^ Michielse CB, Hooykaas PJ, van den Hondel CA, Ram AF (July 2005). "Agrobacterium-mediated transformation as a tool for functional genomics in fungi". Current Genetics. 48 (1): 1–17. doi:10.1007/s00294-005-0578-0. PMID 15889258. S2CID 23959400.
  26. ^ Idnurm A, Bailey AM, Cairns TC, Elliott CE, Foster GD, Ianiri G, Jeon J (2017). "Agrobacterium-mediated transformation of fungi". Fungal Biology and Biotechnology. 4: 6. doi:10.1186/s40694-017-0035-0. PMC 5615635. PMID 28955474.
  27. ^ Setubal JC, Wood D, Burr T, Farrand SK, Goldman BS, Goodner B, Otten L, Slater S (2009). "The Genomics of Agrobacterium: Insights into its Pathogenicity, Biocontrol, and Evolution". In Jackson RW (ed.). Plant Pathogenic Bacteria: Genomics and Molecular Biology. Caister Academic Press. pp. 91–112. ISBN 978-1-904455-37-0.

추가 정보

외부 링크