Pomen plazmida Ti za patogenost agrobakterij

Klasifikacija

Običajno se plazmidi Ti razvrščajo glede na specifične opine, ki se sintetizirajo v tumorjih okuženih rastlin, ter predstavljajo temelj klasifikacije Ti plazmidov v 6 tipov. Tip 1 zajema nopalinske Ti plazmide, ki se naprej delijo v dva podtipa, od katerih se je en naprej razvil v sukcinamopinske Ti plazmide. Tip 2 so oktopinski Ti plazmidi. Plazmidi tipa 3 so agropinski in krizopinski. V isto skupino spadajo zaradi visoke identičnosti nukleotidnih zaporedij v določenih regijah DNA. Tipi 4, 5 in 6 predstavljajo večje in kompleksnejše plazmide in so posledica rekombinacije dveh Ti oziroma enega Ti in enega Ri plazmida. Do združitve dveh takih plazmidov lahko pride v celicah agrobakterij, predvsem, ko se v njih znajdeta dva med seboj inkompatibilna plazmida, na primer oktopinski in nopalinski plazmid, ki nato skupaj tvorita nov plazmid. Plazmidi, ki vsebujejo dve regiji repABC, najverjetneje pripadajo tipu 4, 5 ali 6.

Karakteristične regije Ti plazmidov

Plazmidi Ti imajo tri zanje karakteristične regije. Prva regija je zaporedje približno 30 virulentnih genov, ki so odgovorni za prenos T-DNA v rastlinske celice. Ti geni sestavljajo regulon. Od tega je 25 genov, ki sestavljajo 7 operonov, zelo dobro ohranjenih v vseh Ti plazmidih. Vsak Ti plazmid vsebuje tudi eno ali več T-regij z geni, ki kodirajo za encime, potrebne za sintezo avksinov, citokininov in opinov. Vse T-regije so obdane z dobro ohranjenimi robnimi zaporedji, dolgimi okoli 25 bp. T-regije se same po sebi sicer precej razlikujejo po velikosti in po vrstah genov, ki jih vsebujejo. Tretja značilna regija so geni, povezani s privzemom in katabolizmom specifičnih opinov.

Bakterijska konjugacija pri agrobakterijah

Ugotovili so, da si agrobakterije lahko Ti plazmide med sabo izmenjujejo s konjugacijo, ki zahteva indukcijo s specifičnimi opini. Proces regulira TraR in je pozitivni regulator transkripcije genov, ki sodelujejo pri konjugaciji. Do konjugacije pride le pri dovolj visoki gostoti celic agrobakterij, saj je TraR protein, ki se aktivira ob dovolj visoki količini acilhomoserin laktonskega avtoinduktorja, ki ga ob aktivaciji z opini sintetizira TraI.

Plazmid Ti v praktični uporabi

AMT (agrobacterium-mediated transformation) oziroma transformacija z agrobakterijo je tehnika, ki se uporablja za vnos genov za izboljšanje ali spremembo lastnosti rastlin. Postopek najprej zajema pripravo in vnos ekspresijskega vektorja v agrobakterije. Izbrani gen se vstavi v Ti plazmid med levo in desno robno zaporedje T-DNA regije. S tem se zamenja gene v T-DNA regiji z geni za lastnost, ki jo želimo vnesti v rastlino. Koščke rastlinskega tkiva se izpostavi agrobakterijam, na primer tako da se jih potopi v suspenzijo transformiranih agrobakterij, nato pa se jih prenese na regeneracijsko gojišče, ki spodbudi rast poganjkov transgenih rastlin. Uporabi se različne eksplantate rastlinskih tkiv, med katerimi prevladujejo koščki listov in vršički. Slabost te metode je, da je relativno dolgotrajna, poleg tega pa taka vrsta transformacije pomeni, da se transgena DNA lahko vključi na naključne lokacije v rastlinskem genomu. Pri tem lahko pride do precej variabilnega izražanja transgena, pa tudi do neželenih modifikacij drugih genov. Na uspešnost transformacije vplivajo dejavniki kot so rastlinska vrsta in njen genotip, izbira vektorja, vrsta uporabljenega rastlinskega tkiva, temperatura, vrsta antibiotika v gojišču in njegov pH. AMT se uporablja tudi pri agroinfekciji in raziskavah v povezavi z njo. Tu v T-DNA regijo plazmida Ti vključijo genom virusov, ki so sposobni okužiti rastlinske celice, nato pa virusni genom vnesejo v rastlinske celice s pomočjo agrobakterije. Testi s prehodno transformacijo se uporabljajo za proučevanje odziva kultivarjev na faktorje patogenosti v poskusih, da bi odkrili gene za odpornost na patogene. Pomembno je tudi odkritje dejstva, da lahko agrobakterije transformirajo tudi glivne celice, kar je omogočilo podrobnejše študije rastlinskih patogenov. Preko agrobakterije je prišlo tudi do novih odkritij v povezavi s kemijsko komunikacijo med bakterijami in rastlinami.

Viri

Hooykaas, P.J.J. The Ti Plasmid, Driver of Agrobacterium Pathogenesis. Phytopathology 2023 113 (4). https://doi.org/10.1094/PHYTO-11-22-0432-IA

Rahman, S.U., Khan, M.O., Ullah, R. et al. Agrobacterium-Mediated Transformation for the Development of Transgenic Crops; Present and Future Prospects. Molecular Biotechnology 2023. https://doi.org/10.1007/s12033-023-00826-8