導入
| アグロバクテリウム・ツメファシエンス | ||
|---|---|---|
 | ||
| 分類 | ||
| 治世 | 細菌 | |
| 支店 | プロテオバクテリア | |
| クラス | アルファプロテオバクテリア | |
| 注文 | 根粒菌 | |
| 家族 | 根粒菌科 | |
| 性別 | アグロバクテリウム | |
| 二項名 | ||
| アグロバクテリウム・ツメファシエンス スミス&タウンゼント、1907年 | ||
アグロバクテリウム ツメファシエンスは土壌中に存在するグラム陰性菌です。これは、クラウンゴールと呼ばれる病気の原因となる植物病原体です。 A. tumefaciens は1907 年に虫こぶから同定されました。
虫こぶ形成のメカニズムは遺伝的形質転換に似ており、細菌を毒性にする Ti プラスミドと呼ばれる細菌プラスミドによるものです。 Ti プラスミドの DNA フラグメントである T-DNA は、細菌から植物に移入され、その後植物ゲノムに組み込まれ、そこで植物細胞の無秩序な増殖を特徴とする虫こぶの形成を誘導します。アグロバクテリウム・ツメファシエンスは主に双子葉に傷を付けて感染します。
この観察は、遺伝子組み換え生物を生産するために植物遺伝子工学で最も使用される技術の 1 つの基礎を構成します。
ゲノム
Agrobacterium tumefaciensのゲノム (参照株 C58、2001 年に配列決定) は 2 本の染色体から構成され、1 つはプラスミド複製起点を含む 2.8 Mb の直鎖状染色体、もう 1 つはコリ型複製起点を含む 2 Mb の環状染色体です。 A. tumefaciens C58 はまた、それぞれ 540 Kb および 214 Kb の 2 つのプラスミド AtC58 および TiC58 (Ti プラスミド) を保有しています。
トランスフェクションのステップ
B: アグロバクテリウムのゲノム
C: プラスミド Ti: a: T-DNA、b: vir 遺伝子、c: 複製起点、d: オピン異化遺伝子
D：植物細胞
E: ミトコンドリア
F: 葉緑体
G：コア
細菌は、 virA遺伝子によってコードされた膜貫通タンパク質のおかげで、植物が発するフェノールシグナルを認識します (1)。 VirA タンパク質はキナーゼ活性を持ち、自己リン酸化し、リンを別のタンパク質 (今回はサイトゾルであり、 virGによってコードされている) に輸送します (2)。後者は病原性遺伝子の転写を活性化します(3)。
損傷した植物は炭水化物シグナルも発し、これはchvEによってコードされるタンパク質によって感知されます。これにより VirA が活性化され、低濃度のフェノールを受け入れやすくなります。環境の pH の上昇は ChvI によって感知され、ChvI も病原性遺伝子を活性化します。
「 vir 」遺伝子はいくつかのタンパク質を合成しますが、そのうちの 1 つである VirD2 は、T-DNA の左右の境界に特異的な二本鎖配列を認識します。 VirD1 は二本鎖を開き、VirD2 によって制限 (切断) されます。したがって、T-DNA はプラスミドから切除されます (4)。 VirD2 タンパク質は T-DNA の右端に結合したままで、細菌の外に出るよう指示します。この分泌は、細菌を植物細胞に接続するタンパク質線毛によって行われます (5)。この分泌装置 (タイプ 4 と呼ばれる) は、本質的にvirBオペロンの遺伝子とvirD4によってコードされています。 細胞への侵入の前後 (著者によって異なります)、T-DNA は VirE2 タンパク質のいくつかのモノマーで覆われています。 。これも細菌起源のもので、 virE2遺伝子によってコードされており、植物細胞における分解から一本鎖 T-DNA を保護するのに役立ちます。 VirD2 および VirE2 は、植物細胞によって認識される NLS (Nuclear Localization Signal) と呼ばれる核局在化シグナル配列を有しており、T-DNA/VirE2/VirD2 核タンパク質複合体を植物細胞の核に向けてアドレス指定することが可能になります (6) 。したがって、この複合体は核を貫通し、そこで植物の DNA と統合されます。植物 DNA ポリメラーゼはそれを鋳型として使用し、二本鎖 DNA に変換します (7)。
T-DNA によってコードされる遺伝子は、一般に原核細胞、つまりアグロバクテリウムでは発現されません。植物の遺伝子工学は、天然の遺伝子ベクターとしてのアグロバクテリウムの使用に大きく依存しています。バイオテクノロジー学者は、ほとんどの場合、T-DNA には病原性の原因となる遺伝子が含まれていないため、ディスアームド プラスミドと呼ばれる、Ti プラスミドに近いプラスミドを使用します。これらの解除されたプラスミドでは、腫瘍遺伝子は実際に、農学的に興味深い 1 つ (または複数) の遺伝子 (たとえば、Bt 遺伝子として知られるバチルス チューリンゲンシスの毒素をコードする遺伝子、または非選択的除草剤グリホサートに対する耐性遺伝子) に置き換えられます。そして、1つまたは複数のマーカー遺伝子によって、形質転換された細胞を選択し、それを培養培地上でインビトロで増殖することが可能になります。次に、植物ホルモンであるオーキシンとサイトカイニンを使用した標準的な体外培養技術を使用して、植物全体が再生されます。