Agrobacterium -Agrobacterium

Agrobacterium
Agrobacterium-tumefaciens.png
clasificación cientifica mi
Dominio: Bacterias
Filo: Proteobacterias
Clase: Alfaproteobacterias
Orden: Hyphomicrobiales
Familia: Rhizobiaceae
Género: Agrobacterium
Conn 1942 (listas aprobadas 1980)
Especie tipo
Agrobacterium radiobacter
(Smith y Townsend 1907) Conn 1942 (Listas aprobadas 1980)
Especies
Sinónimos
  • Polymonas Lieske 1928

Agrobacterium es un género de Gram-negativas bacterias establecido por HJ Conn que los usos transferencia horizontal de genes para causar tumores en las plantas. Agrobacterium tumefaciens es la especie más estudiadade este género. Agrobacterium es bien conocido por su capacidad para transferir ADN entre sí mismo y las plantas, y por esta razón se ha convertido en una herramienta importante para la ingeniería genética .

Historia de la nomenclatura

Antes de la década de 1990, el género Agrobacterium se utilizó como taxón de papelera . Con el advenimiento de la secuenciación 16S , muchas especies de Agrobacterium (especialmente las especies marinas) fueron reasignadas a géneros como Ahrensia , Pseudorhodobacter , Ruegeria y Stappia . Las especies restantes de Agrobacterium se asignaron a tres biovariedades: biovar 1 ( Agrobacterium tumefaciens ), biovar 2 ( Agrobacterium rhizogenes ) y biovar 3 ( Agrobacterium vitis ). A principios de la década de 2000, Agrobacterium fue sinonimizado con el género Rhizobium . Este movimiento resultó ser controvertido. El debate se resolvió finalmente cuando se reinstaló el género Agrobacterium después de que se demostró que era filogenéticamente distinto de Rhizobium y que las especies de Agrobacterium estaban unificadas por una sinapomorfia única : la presencia del gen de la protelomerasa, telA , que hace que todos los miembros del género tienen una cromida lineal . Para entonces, sin embargo, las tres biovariedades de Agrobacterium se habían extinguido; el biovar 1 permaneció con Agrobacterium , el biovar 2 pasó a llamarse Rhizobium rhizogenes y el biovar 3 pasó a llamarse Allorhizobium vitis .

Patógeno vegetal

Los grandes crecimientos en estas raíces son agallas inducidas por Agrobacterium sp.

Agrobacterium tumefaciens causa la enfermedad de la agalla de la corona en las plantas. La enfermedad se caracteriza por un crecimiento similar a un tumor o una agalla en la planta infectada, a menudo en la unión entre la raíz y el brote. Los tumores son provocados por la transferencia conjugativa de un segmento de ADN ( T-ADN ) del plásmido inductor de tumores bacterianos (Ti) . La especie estrechamente relacionada, Agrobacterium rhizogenes , induce tumores de raíces y porta el plásmido Ri (inductor de raíces) distintivo. Aunque la taxonomía de Agrobacterium está actualmente en revisión, se puede generalizar que existen 3 biovariedades dentro del género, Agrobacterium tumefaciens , Agrobacterium rhizogenes y Agrobacterium vitis . Se sabe que las cepas de Agrobacterium tumefaciens y Agrobacterium rhizogenes pueden albergar un plásmido Ti o Ri , mientras que las cepas de Agrobacterium vitis , generalmente restringidas a la vid, pueden albergar un plásmido Ti. Se han aislado cepas que no son de Agrobacterium de muestras ambientales que albergan un plásmido Ri, mientras que los estudios de laboratorio han demostrado que las cepas que no son de Agrobacterium también pueden albergar un plásmido Ti. Algunas cepas ambientales de Agrobacterium no poseen plásmidos Ti ni Ri. Estas cepas son avirulentas.

El plásmido T-DNA se integra de forma semi-aleatoria en el genoma de la célula huésped, y los genes de morfología tumoral en el T-DNA se expresan, provocando la formación de una agalla. El T-DNA lleva genes para las enzimas biosintéticas para la producción de aminoácidos inusuales , típicamente octopina o nopalina . También lleva los genes para la biosíntesis de la planta de hormonas , auxinas y citoquininas , y para la biosíntesis de las opinas , proporcionando una fuente de carbono y nitrógeno para las bacterias que la mayoría de otros microorganismos no pueden utilizar, dando Agrobacterium una ventaja selectiva . Al alterar el equilibrio hormonal en la célula vegetal, la planta no puede controlar la división de esas células y se forman tumores. La proporción de auxina a citoquinina producida por los genes del tumor determina la morfología del tumor (en forma de raíz, desorganizado o en forma de brote).

Inhumanos

Aunque generalmente se ve como una infección en plantas, Agrobacterium puede ser responsable de infecciones oportunistas en humanos con sistemas inmunológicos debilitados , pero no se ha demostrado que sea un patógeno principal en individuos por lo demás sanos. Una de las primeras asociaciones de enfermedades humanas causadas por Agrobacterium radiobacter fue descrita por el Dr. JR Cain en Escocia (1988). Un estudio posterior sugirió que Agrobacterium se adhiere y transforma genéticamente a varios tipos de células humanas mediante la integración de su ADN-T en el genoma de la célula humana. El estudio se realizó utilizando tejido humano cultivado y no extrajo ninguna conclusión con respecto a la actividad biológica relacionada en la naturaleza.

Usos en biotecnología

La capacidad de Agrobacterium para transferir genes a plantas y hongos se utiliza en biotecnología , en particular, ingeniería genética para el mejoramiento de plantas . Los genomas de plantas y hongos pueden diseñarse mediante el uso de Agrobacterium para el suministro de secuencias alojadas en vectores binarios de T-DNA . Puede usarse un plásmido Ti o Ri modificado. El plásmido se "desarma" mediante la eliminación de los genes inductores de tumores; las únicas partes esenciales del T-DNA son sus dos pequeñas repeticiones de borde (25 pares de bases), al menos una de las cuales es necesaria para la transformación de la planta. Los genes que se van a introducir en la planta se clonan en un vector binario de la planta que contiene la región del ADN-T del plásmido desarmado , junto con un marcador seleccionable (como la resistencia a los antibióticos ) para permitir la selección de plantas que se han transformado con éxito. Las plantas se cultivan en medios que contienen antibiótico después de la transformación, y las que no tienen el ADN-T integrado en su genoma morirán. Un método alternativo es la agroinfiltración .

Planta ( S. chacoense ) transformada mediante Agrobacterium . Las células transformadas comienzan a formar callos en los lados de las hojas.

La transformación con Agrobacterium se puede lograr de múltiples formas. Los protoplastos o, alternativamente, los discos de hojas se pueden incubar con Agrobacterium y se pueden regenerar plantas enteras usando cultivo de tejido vegetal . En la agroinfiltración, el Agrobacterium se puede inyectar directamente en el tejido foliar de una planta. Este método transforma solo las células en contacto inmediato con la bacteria y da como resultado una expresión transitoria del ADN plasmídico.

La agroinfiltración se usa comúnmente para transformar el tabaco ( Nicotiana ). Un protocolo de transformación común para Arabidopsis es el método de inmersión floral: las inflorescencias se sumergen en una suspensión de Agrobacterium y la bacteria transforma las células de la línea germinal que producen los gametos femeninos . Las semillas pueden entonces ser examinados para la resistencia a los antibióticos (u otro marcador de interés), y las plantas que no han integrado el ADN plásmido morirán cuando se expone a la condición correcta de antibiótico.

Agrobacterium no infecta a todas las especies de plantas, pero existen otras técnicas efectivas para la transformación de plantas, incluida la pistola genética .

Agrobacterium figura como vector de material genético que se transfirió a estos OGM de EE. UU.:

La transformación de hongos utilizando Agrobacterium se utiliza principalmente con fines de investigación y sigue enfoques similares a los de la transformación de plantas. El sistema de plásmido Ti se modifica para incluir elementos de ADN para seleccionar cepas fúngicas transformadas, después de la co-incubación de cepas de Agrobacterium que llevan estos plásmidos con especies fúngicas.

Genómica

La secuenciación de los genomas de varias especies de Agrobacterium ha permitido el estudio de la historia evolutiva de estos organismos y ha aportado información sobre los genes y sistemas implicados en la patogénesis, el control biológico y la simbiosis . Un hallazgo importante es la posibilidad de que los cromosomas estén evolucionando a partir de plásmidos en muchas de estas bacterias. Otro descubrimiento es que las diversas estructuras cromosómicas de este grupo parecen ser capaces de soportar estilos de vida tanto simbióticos como patógenos. La disponibilidad de las secuencias del genoma de las especies de Agrobacterium seguirá aumentando, lo que dará como resultado conocimientos sustanciales sobre la función y la historia evolutiva de este grupo de microbios asociados a plantas.

Historia

Marc Van Montagu y Jozef Schell de la Universidad de Gante ( Bélgica ) descubrieron el mecanismo de transferencia de genes entre Agrobacterium y las plantas, lo que resultó en el desarrollo de métodos para alterar Agrobacterium en un sistema de entrega eficiente para la ingeniería genética en plantas. Un equipo de investigadores dirigido por la Dra. Mary-Dell Chilton fue el primero en demostrar que los genes de virulencia podrían eliminarse sin afectar negativamente la capacidad de Agrobacterium para insertar su propio ADN en el genoma de la planta (1983).

Ver también

Referencias

Otras lecturas

enlaces externos