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 .
Agrobacterium | |
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clasificación cientifica | |
Dominio: | Bacterias |
Filo: | Proteobacterias |
Clase: | Alfaproteobacterias |
Pedido: | Hyphomicrobiales |
Familia: | Rhizobiaceae |
Género: | Agrobacterium Conn 1942 (listas aprobadas 1980) |
Especie tipo | |
Agrobacterium radiobacter (Smith y Townsend 1907) Conn 1942 (Listas aprobadas 1980) | |
Especies | |
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Sinónimos [1] | |
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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 . [2] [3] 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 . [4] Este movimiento resultó ser controvertido. [5] [6] El debate se resolvió finalmente cuando se restableció el género Agrobacterium [7] después de que se demostró que era filogenéticamente distinto de Rhizobium [8] [9] 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 tengan una cromida lineal . [10] 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
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. [11]
El plásmido T-DNA se integra de forma semi-aleatoria en el genoma de la célula huésped, [12] 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 . [13] 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 , [14] [15] pero no se ha demostrado que sea un patógeno primario 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). [16] 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. [17]
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. [18] [19] Los genes que se introducirán 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 antibióticos ) para permitir la selección de plantas que han sido transformados 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 . [20] [21]
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. [22]
La agroinfiltración se usa comúnmente para transformar el tabaco ( Nicotiana ). Un protocolo de transformación común para Arabidopsis es el método de inmersión floral: [23] 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. [20]
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 transferido a estos OMG de EE. UU.: [24]
- Haba de soja
- Algodón
- Maíz
- Remolacha azucarera
- Alfalfa
- Trigo
- Aceite de colza ( canola )
- Bentgrass rastrero (para alimentación animal)
- Arroz (Arroz Dorado )
La transformación de hongos utilizando Agrobacterium se utiliza principalmente con fines de investigación, [25] [26] 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. [27]
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. [18] [19] Un equipo de investigadores dirigido por la Dra. Mary-Dell Chilton fue el primero en demostrar que los genes de virulencia podían eliminarse sin afectar negativamente la capacidad de Agrobacterium para insertar su propio ADN en el genoma de la planta (1983).
Ver también
- Agroinfiltración
- Marc Van Montagu
- Rhizobium rhizogenes (anteriormente Agrobacterium rhizogenes )
Referencias
- ^ Buchanan RE (1965). "Propuesta de rechazo del nombre genérico Polymonas Lieske 1928 " . Boletín Internacional de Nomenclatura y Taxonomía Bacteriológicas . 15 (1): 43–44. doi : 10.1099 / 00207713-15-1-43 .
- ^ Uchino Y, Yokota A, Sugiyama J (agosto de 1997). "Posición filogenética de la subdivisión marina de especies de Agrobacterium basada en análisis de secuencia de ARNr 16S" . La Revista de Microbiología General y Aplicada . 43 (4): 243–247. doi : 10.2323 / jgam.43.243 . PMID 12501326 .
- ^ Uchino Y, Hirata A, Yokota A, Sugiyama J (junio de 1998). "Reclasificación de especies marinas de Agrobacterium : propuestas de 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., Y Ahrensia kieliense gen. Nov., Sp. Nov., Nom. Rev " . La Revista de Microbiología General y Aplicada . 44 (3): 201–210. doi : 10.2323 / jgam.44.201 . PMID 12501429 .
- ^ Young JM, Kuykendall LD, Martínez-Romero E, Kerr A, Sawada H (enero de 2001). "Una revisión de Rhizobium Frank 1889 , con una descripción modificada del género, y la inclusión de todas las especies de Agrobacterium Conn 1942 y Allorhizobium undicola de Lajudie et al . 1998 como nuevas combinaciones: Rhizobium radiobacter , R. rhizogenes , R. rubi , R. undicola y R. vitis " . Revista Internacional de Microbiología Sistemática y Evolutiva . 51 (Parte 1): 89-103. doi : 10.1099 / 00207713-51-1-89 . PMID 11211278 .
- ^ Farrand SK, van Berkum PB, Oger P (septiembre de 2003). " Agrobacterium es un género definible de la familia Rhizobiaceae" . Revista Internacional de Microbiología Sistemática y Evolutiva . 53 (Parte 5): 1681-1687. doi : 10.1099 / ijs.0.02445-0 . PMID 13130068 .
- ^ Young JM, Kuykendall LD, Martínez-Romero E, Kerr A, Sawada H (septiembre de 2003). "Clasificación y nomenclatura de Agrobacterium y Rhizobium " . Revista Internacional de Microbiología Sistemática y Evolutiva . 53 (Pt 5): 1689–1695. doi : 10.1099 / ijs.0.02762-0 . PMID 13130069 .
- ^ Flores-Félix JD, Menéndez E, Peix A, García-Fraile P, Velázquez E. (2020). "Historia y estado taxonómico actual del género Agrobacterium ". Syst Appl Microbiol . 43 (1): 126046. doi : 10.1016 / j.syapm.2019.126046 . hdl : 10174/28328 . PMID 31818496 .Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
- ^ Mousavi SA, Österman J, Wahlberg N, Nesme X, Lavire C, Vial L, Paulin L, de Lajudie P, Lindström K. "La filogenia del clado Rhizobium - Allorhizobium - Agrobacterium apoya la delimitación de Neorhizobium gen. Nov ". Syst Appl Microbiol . 37 (3): 208–215. doi : 10.1016 / j.syapm.2013.12.007 . PMID 24581678 .Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
- ^ Mousavi SA, Willems A, Nesme X, de Lajudie P, Lindström K. (2015). "Filogenia revisada de Rhizobiaceae : propuesta de delimitación de Pararhizobium gen. Nov., Y 13 nuevas combinaciones de especies". Syst Appl Microbiol . 38 (2): 84–90. doi : 10.1016 / j.syapm.2014.12.003 . PMID 25595870 .Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
- ^ Ramírez-Bahena MH, Vial L, Lassalle F, Diel B, Chapulliot D, Daubin V, Nesme X, Muller D. (2014). "La adquisición única de protelomerasa dio lugar a la especiación de un clado grande y diverso dentro del supercúmulo de Agrobacterium / Rhizobium caracterizado por la presencia de un cromo lineal". Mol Phylogenet Evol . 73 : 202-207. doi : 10.1016 / j.ympev.2014.01.005 . PMID 24440816 .Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
- ^ Sawada H, Ieki H, Oyaizu H, Matsumoto S (octubre de 1993). "Propuesta de rechazo de Agrobacterium tumefaciens y descripciones revisadas para el género Agrobacterium y para Agrobacterium radiobacter y Agrobacterium rhizogenes " . Revista Internacional de Bacteriología Sistemática . 43 (4): 694–702. doi : 10.1099 / 00207713-43-4-694 . PMID 8240952 .
- ^ Francis KE, Spiker S (febrero de 2005). "La identificación de transformantes de Arabidopsis thaliana sin selección revela una alta incidencia de integraciones de T-DNA silenciadas" . The Plant Journal . 41 (3): 464–77. doi : 10.1111 / j.1365-313X.2004.02312.x . PMID 15659104 .
- ^ Pitzschke A, Hirt H (marzo de 2010). "Nuevos conocimientos sobre una vieja historia: formación de tumores inducida por Agrobacterium en plantas por transformación de plantas" . El diario EMBO . 29 (6): 1021–32. doi : 10.1038 / emboj.2010.8 . PMC 2845280 . PMID 20150897 .
- ^ Hulse M, Johnson S, Ferrieri P (enero de 1993). " Infecciones por Agrobacterium en humanos: experiencia en un hospital y revisión". Enfermedades Clínicas Infecciosas . 16 (1): 112–7. doi : 10.1093 / clinids / 16.1.112 . PMID 8448285 .
- ^ Dunne WM, Tillman J, Murray JC (septiembre de 1993). "Recuperación de una cepa de Agrobacterium radiobacter con fenotipo mucoide de un niño inmunodeprimido con bacteriemia" . Revista de microbiología clínica . 31 (9): 2541–3. doi : 10.1128 / JCM.31.9.2541-2543.1993 . PMC 265809 . PMID 8408587 .
- ^ Cain JR (marzo de 1988). "Un caso de septicemia por Agrobacterium radiobacter ". El diario de la infección . 16 (2): 205–6. doi : 10.1016 / s0163-4453 (88) 94272-7 . PMID 3351321 .
- ^ Kunik T, Tzfira T, Kapulnik Y, Gafni Y, Dingwall C, Citovsky V (febrero de 2001). "Transformación genética de células HeLa por Agrobacterium " . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 98 (4): 1871–6. Código Bibliográfico : 2001PNAS ... 98.1871K . doi : 10.1073 / pnas.041327598 . JSTOR 3054968 . PMC 29349 . PMID 11172043 .
- ^ a b Schell J., Van Montagu M. (1977). "¿El plásmido Ti de Agrobacterium tumefaciens , un vector natural para la introducción de genes NIF en plantas?". En Hollaender A, Burris RH, Day PR, Hardy RW, Helinski DR, Lamborg MR, Owens L, Valentine RC (eds.). Ingeniería genética para la fijación de nitrógeno . Ciencias de la vida básicas. 9 . págs. 159–79. doi : 10.1007 / 978-1-4684-0880-5_12 . ISBN 978-1-4684-0882-9. PMID 336023 .
- ^ a b Joos H, Timmerman B, Montagu MV, Schell J (1983). "Análisis genético de transferencia y estabilización de ADN de Agrobacterium en células vegetales" . El diario EMBO . 2 (12): 2151–60. doi : 10.1002 / j.1460-2075.1983.tb01716.x . PMC 555427 . PMID 16453483 .
- ^ a b Thomson JA. "Ingeniería genética de plantas" (PDF) . Biotecnología . 3 . Archivado (PDF) desde el original el 17 de enero de 2017 . Consultado el 17 de julio de 2016 .
- ^ Leuzinger K, Dent M, Hurtado J, Stahnke J, Lai H, Zhou X, Chen Q (julio de 2013). "Agroinfiltración eficiente de plantas para la expresión transitoria de alto nivel de proteínas recombinantes" . Revista de experimentos visualizados . 77 (77). doi : 10.3791 / 50521 . PMC 3846102 . PMID 23913006 .
- ^ Shamloul M, Trusa J, Mett V, Yusibov V (abril de 2014). "Optimización y utilización de la producción de proteína transitoria mediada por Agrobacterium en Nicotiana " . Revista de experimentos visualizados (86). doi : 10.3791 / 51204 . PMC 4174718 . PMID 24796351 .
- ^ Clough SJ, Bent AF (diciembre de 1998). "Inmersión floral: un método simplificado para la transformación de Arabidopsis thaliana mediada por Agrobacterium ". The Plant Journal . 16 (6): 735–43. doi : 10.1046 / j.1365-313x.1998.00343.x . PMID 10069079 .
- ^ La lista de la FDA de consultas completadas sobre alimentos de bioingeniería archivada el 13 de mayo de 2008 en la Wayback Machine.
- ^ Michielse CB, Hooykaas PJ, van den Hondel CA, Ram AF (julio de 2005). "Transformación mediada por Agrobacterium como herramienta para la genómica funcional en hongos". Genética actual . 48 (1): 1-17. doi : 10.1007 / s00294-005-0578-0 . PMID 15889258 . S2CID 23959400 .
- ^ Idnurm A, Bailey AM, Cairns TC, Elliott CE, Foster GD, Ianiri G, Jeon J (2017). " Transformación de hongos mediada por Agrobacterium " . Biología y biotecnología fúngica . 4 : 6. doi : 10.1186 / s40694-017-0035-0 . PMC 5615635 . PMID 28955474 .
- ^ Setubal JC, Wood D, Burr T, Farrand SK, Goldman BS, Goodner B, Otten L, Slater S (2009). "La genómica de Agrobacterium : conocimientos sobre su patogenicidad, biocontrol y evolución" . En Jackson RW (ed.). Bacterias patógenas de plantas: Genómica y Biología Molecular . Prensa Académica Caister. págs. 91-112. ISBN 978-1-904455-37-0.
Otras lecturas
- Kyndt T, Quispe D, Zhai H, Jarret R, Ghislain M, Liu Q, et al. (Mayo de 2015). "El genoma de la batata cultivada contiene ADN-T de Agrobacterium con genes expresados: un ejemplo de un cultivo alimentario naturalmente transgénico" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 112 (18): 5844–9. Código bibliográfico : 2015PNAS..112.5844K . doi : 10.1073 / pnas.1419685112 . PMC 4426443 . PMID 25902487 . Lay resumen - Phys.org (21 de abril de 2015).
enlaces externos
- Taxonomía actual de especies de Agrobacterium y nuevos nombres de Rhizobium
- Agrobacteria se utiliza como trasbordador de genes - Transformación de plantas con Agrobacterium ]