WikiDer > Перенести ДНК

Transfer DNA
Плазмида Ti с участком тДНК

В переносить ДНК (сокращенно Т-ДНК) - это переданный ДНК из индуцирующая опухоль (Ti) плазмида некоторых видов бактерий, таких как Agrobacterium tumefaciens и Agrobacterium rhizogenes(на самом деле плазмида Ri). Т-ДНК передается от бактерии к растению-хозяину. ядерный ДНК геном[1]. Способность этой специализированной индуцирующей опухоль (Ti) плазмиды приписывается двум важным областям, необходимым для переноса ДНК в клетку-хозяин. Т-ДНК ограничена повторами из 25 пар оснований на каждом конце. Передача инициируется на правой границе и завершается на левой границе и требует Вир гены плазмиды Ti.

Бактериальная Т-ДНК имеет длину около 24000 пар оснований.[2][3] и содержит выраженный в растениях гены этот код для ферменты синтезирующий высказывает мнение и фитогормоны. Перенося Т-ДНК в геном растения, бактерия, по существу, перепрограммирует клетки растения, чтобы превратиться в опухоль и произвести уникальный источник пищи для бактерий. Синтез растительных гормонов ауксин и цитокинин ферментами, закодированными в Т-ДНК, позволяет растительной клетке разрастаться, образуя таким образом опухоли венозного желчного пузыря обычно вызывается Agrobacterium tumefaciens инфекционное заболевание.[4] Agrobacterium rhizogenes вызывает аналогичную инфекцию, известную как болезнь волосистой корни. В высказывает мнение находятся аминокислота производные, используемые бактериями как источник углерода и энергии. Этот естественный процесс горизонтальный перенос генов в растениях используется в качестве инструмента для фундаментальных и прикладных исследований в биологии растений посредством Agrobacterium tumefaciens опосредованная трансформация чужеродных генов и инсерционный мутагенез.[5][6] Геномы растений могут быть созданы с использованием Агробактерии для доставки последовательностей, размещенных в Бинарные векторы Т-ДНК.

Механизм трансформации в природе

Процесс заражения Т-ДНК в клетке-хозяине и интеграция в ее ядро ​​включает несколько этапов. Сначала бактерии размножаются в раневом соке до заражения, а затем прикрепляются к стенкам клеток растений. Экспрессия генов вирулентности бактерий составляет примерно 10 опероны активируется восприятием фенольных соединений, таких как ацетосирингон испускается поврежденной тканью растения и следует за межклеточным контактом. Затем этот процесс продолжается макромолекулярный перемещение из Агробактерии в цитоплазму клетки-хозяина передача Т-ДНК вместе с ассоциированными белками (называемыми Т-комплекс) к ядру клетки-хозяина с последующей разборкой Т-комплекса, стабильной интеграцией Т-ДНК в растение-хозяин геном, и возможное выражение переданных гены. Интеграция Т-ДНК в геном хозяина включает образование одноцепочечного разрыва в ДНК на правом краю плазмиды Ti. Этот разрез создает область одноцепочечной ДНК от левой границы гена Т-ДНК до правой границы, которая была разрезана. Затем одноцепочечные связывающие белки присоединяются к одноцепочечной ДНК. Синтез ДНК вытесняет одноцепочечный участок, а затем второй разрыв в левой пограничной области высвобождает одноцепочечный фрагмент Т-ДНК. Далее этот фрагмент может быть включен в геном хозяина.[7]

Агробактерии Известно, что разработали систему контроля, которая использует факторы растения-хозяина и клеточные процессы для нескольких путей защитного ответа растения-хозяина для вторжения в ядро ​​клетки-хозяина. Для интеграции Т-ДНК в целевой геном хозяина, Агробактерии осуществляет множественное взаимодействие с факторами растения-хозяина.[7] Для взаимодействия с белками растений-хозяев многие Агробактерии белки вирулентности, кодируемые генами vir. Агробактерии Вир Экспрессия гена происходит через сенсор VirA-VirG, что приводит к генерации мобильной одноцепочечной копии Т-ДНК (Т-цепи). Обработанная форма VirB2 является основным компонентом Т-комплекса, который необходим для трансформации. VirD2 представляет собой белок, который закрывает 5'-конец перенесенной Т-цепи путем ковалентного присоединения и транспортируется в цитоплазму клетки-хозяина.[8][9] VirE2 представляет собой одноцепочечный ДНК-связывающий белок, который предположительно покрывает Т-цепь в цитоплазме хозяина за счет кооперативного связывания. Затем он направляется в ядро ​​посредством взаимодействия с белками клетки-хозяина, такими как импортин А, бактериальный VirE3 и динеин-подобные белки. Некоторые другие эффекторы бактериальной вирулентности, такие как VirB5, VirB7 (второстепенные компоненты Т-комплекса), VirD5, VirE2, VirE3 и VirF, которые также могут взаимодействовать с белками клеток растений-хозяев.[10]

Использование в биотехнологии

Агробактерии-опосредованная передача Т-ДНК широко используется в качестве инструмента биотехнология. Более двух десятилетий Agrobacterium tumefaciens был использован для введения генов в растения для фундаментальных исследований, а также для коммерческого производства трансгенные культуры.[11] В генная инженериягены, способствующие развитию опухоли, и гены синтеза опина удаляются из Т-ДНК и заменяются представляющим интерес геном и / или маркером отбора, который требуется для установления того, какие растения были успешно трансформированы. Примеры маркеров селекции включают неомицинфосфотрансферазу, гигромицин B-фосфотрансферазу (которые фосфорилируют антибиотики) и фосфинотрицинацетилтрансфераза (который ацетилирует и дезактивирует фосфинотрицин, мощный ингибитор глютамин синтетаза) или гербицид составы, такие как Баста или Биалофос.[12] Другая система отбора, которую можно использовать, - это использование метаболических маркеров, таких как изомераза фосфоманнозы.[13] Агробактерии затем используется в качестве вектора для переноса сконструированной Т-ДНК в клетки растений, где она интегрируется в геном растения. Этот метод можно использовать для генерации трансгенные растения несущий чужеродный ген. Agrobacterium tumefaciens способен передавать чужеродную ДНК обоим однодольные и двудольные растений эффективно, заботясь о критически важных факторах, таких как генотип растений, типы и возраст инокулированных тканей, виды переносчиков, штаммы Агробактерии, селективные маркерные гены и селективные агенты, а также различные условия культивирования тканей.[4]

Та же процедура переноса Т-ДНК может быть использована для разрушения генов через инсерционный мутагенез.[6] Мало того, что вставленная последовательность Т-ДНК создает мутацию, но ее вставка также «метки»[14] затронутый ген, что позволяет выделить его в виде фланкирующих последовательностей Т-ДНК. Репортерный ген может быть связан с правым концом Т-ДНК для трансформации вместе с плазмидным репликоном и селектируемым антибиотиком (например, гигромицин) -резистентность и может проявлять примерно 30% средней эффективности при успешных вставках Т-ДНК, индуцированных слияние генов в Arabidopsis thaliana.[15]

Обратная генетика включает в себя проверку предполагаемой функции известного гена путем его нарушения и последующего поиска влияния этой индуцированной мутации на фенотип организма. Мутагенез с меткой Т-ДНК включает скрининг популяций по инсерционным мутациям Т-ДНК. Коллекции известных мутаций Т-ДНК предоставляют ресурсы для изучения функций отдельных генов, разработанных для модельного растения. Arabidopsis thaliana .[16] Примеры вставочных мутаций Т-ДНК в Arabidopsis thaliana включают те, которые связаны со многими классами фенотипов, включая летальные проростки, варианты размера, варианты пигмента, дефектные эмбрионы, пониженную фертильность и морфологически или физиологически аберрантные растения [17]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Гелвин, Стэнтон Б. (27 ноября 2017 г.). «Интеграция Т-ДНК Agrobacterium в геном растений». Ежегодный обзор генетики. 51 (1): 195–217. Дои:10.1146 / annurev-genet-120215-035320. ISSN 0066-4197.
  2. ^ Баркер Р.Ф., Холостой КБ, Томпсон Д.В., Кемп Дж.Д. (ноябрь 1983 г.). «Нуклеотидная последовательность области тДНК из плазмиды октопина Ti pTi15955 A. grobacterium tumefaciens». Молекулярная биология растений. 2 (6): 335–50. Дои:10.1007 / BF01578595. PMID 24318453. S2CID 26118909.
  3. ^ Гилен Дж., Террин Н., Вильярроэль Р., Ван Монтегю М. (1999-08-01). «Полная нуклеотидная последовательность области тДНК растительной опухоль-индуцирующей плазмиды pTiC58 Ti Agrobacterium tumefaciens». Журнал экспериментальной ботаники. 50 (337): 1421–1422. Дои:10.1093 / jxb / 50.337.1421. ISSN 0022-0957.
  4. ^ а б Хиеи Ю., Комари Т., Кубо Т. (сентябрь 1997 г.). «Трансформация риса, опосредованная Agrobacterium tumefaciens». Молекулярная биология растений. 35 (1–2): 205–18. Дои:10.1023 / а: 1005847615493. PMID 9291974.
  5. ^ Зупан Дж. Р., Замбрыски П. (апрель 1995 г.). «Перенос тДНК из Agrobacterium в растительную клетку». Физиология растений. 107 (4): 1041–7. Дои:10.1104 / pp.107.4.1041. ЧВК 157234. PMID 7770515.
  6. ^ а б Крысан П.Дж., Янг Дж.С., Суссман М.Р. (декабрь 1999 г.). «Т-ДНК как инсерционный мутаген у Arabidopsis». Растительная клетка. 11 (12): 2283–90. Дои:10.1105 / tpc.11.12.2283. ЧВК 144136. PMID 10590158.
  7. ^ а б Лакруа Б, Цитовский V (2013). «Роль бактериальных факторов и факторов растения-хозяина в генетической трансформации, опосредованной Agrobacterium». Международный журнал биологии развития. 57 (6–8): 467–81. Дои:10.1387 / ijdb.130199bl. PMID 24166430.
  8. ^ Куколикова-Никола З, Райнери Д., Стивенс К., Рамос К., Тинланд Б., Нестер Е. В., Хон Б. (февраль 1993 г.). «Генетический анализ оперона virD Agrobacterium tumefaciens: поиск функций, участвующих в транспорте Т-ДНК в ядро ​​растительной клетки и в интеграции Т-ДНК». Журнал бактериологии. 175 (3): 723–31. Дои:10.1128 / jb.175.3.723-731.1993. ЧВК 196211. PMID 8380800.
  9. ^ Арья А. (февраль 2017 г.). «Патология Agrobacterium и дизайн векторов на основе Ti-плазмид». Примечания высокой ценности. 4 (1): 1–24. Дои:10.13140 / RG.2.2.18345.49769 / 1.
  10. ^ Гельвин С.Б. (март 2003 г.). «Опосредованная Agrobacterium трансформация растений: биология, лежащая в основе инструмента« генной борьбы »». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии. 67 (1): 16–37, содержание. Дои:10.1128 / mmbr.67.1.16-37.2003. ЧВК 150518. PMID 12626681.
  11. ^ Oltmanns H, Frame B, Lee LY, Johnson S, Li B, Wang K, Gelvin SB (март 2010 г.). «Создание растений с низким содержанием трансгенных копий без остова путем запуска Т-ДНК из хромосомы Agrobacterium». Физиология растений. 152 (3): 1158–66. Дои:10.1104 / стр.109.148585. ЧВК 2832237. PMID 20023148.
  12. ^ Ли Л.Й., Гелвин С.Б. (февраль 2008 г.). «бинарные векторы и системы тДНК». Физиология растений. 146 (2): 325–32. Дои:10.1104 / pp.107.113001. ЧВК 2245830. PMID 18250230.
  13. ^ Тодд Р., Тейг Б.В. (2001-12-01). «Фосфоманнозоизомераза: универсальный селективный маркер для трансформации зародышевой линии Arabidopsis thaliana». Репортер по молекулярной биологии растений. 19 (4): 307–319. Дои:10.1007 / bf02772829. ISSN 0735-9640.
  14. ^ Лю Ю.Г., Ширано Ю., Фукаки Х., Янаи Ю., Тасака М., Табата С., Шибата Д. (май 1999 г.). «Комплементация растительных мутантов большими фрагментами геномной ДНК с помощью подходящего для трансформации искусственного хромосомного вектора ускоряет позиционное клонирование». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 96 (11): 6535–40. Bibcode:1999PNAS ... 96.6535L. Дои:10.1073 / пнас.96.11.6535. ЧВК 26917. PMID 10339623.
  15. ^ Koncz C, Martini N, Mayerhofer R, Koncz-Kalman Z, Körber H, Redei GP, Schell J (ноябрь 1989 г.). «Высокочастотное мечение генов с помощью Т-ДНК в растениях». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 86 (21): 8467–71. Bibcode:1989PNAS ... 86.8467K. Дои:10.1073 / pnas.86.21.8467. ЧВК 298303. PMID 2554318.
  16. ^ Бен-Амар А., Далдул С., Реустл Дж. М., Крчал Г., Млики А. (декабрь 2016 г.). «Методологии обратной генетики и высокопроизводительного секвенирования для функциональной геномики растений». Текущая геномика. 17 (6): 460–475. Дои:10.2174/1389202917666160520102827. ЧВК 5282599. PMID 28217003.
  17. ^ Фельдманн К.А. (01.07.1991). «Мутагенез вставки Т-ДНК в Arabidopsis: спектр мутаций». Журнал растений. 1 (1): 71–82. Дои:10.1111 / j.1365-313x.1991.00071.x. ISSN 1365-313X.

дальнейшее чтение

  • Raven PH, Evert RF, Eichhorn SE (2005). Биология растений (7-е изд.). Нью-Йорк: W.H. Издатели Freeman and Company. ISBN 0-7167-1007-2.