آگروباکتریوم

آگروباکتریوم نوعی باکتری گرم منفی است که توسط H. J. Conn شناسایی شد. این باکتری با استفاده از انتقال افقی ژن در گیاهان تومور ایجاد می‌کند. آگروباکتریوم تومفاسینس (Agrobacteriu tumefaciens) گونه ای از این جنس است که مورد مطالعه بیشتری قرار گرفته‌است.

آگروباکتریوم به دلیل توانایی اش در انتقال DNA بین خود و گیاهان به یک ابزار مهم در مهندسی ژنتیک تبدیل شده‌است. جنس آگروباکتریوم به طور کامل هتروژن (heterogeneous) است. در مطالعات تاکسونومی اخیر، گونه‌های آگروباکتریوم در جنس‌های جدیدی مانند Ahrensia Pseudorhodobacter, Ruegeria و Stappia طبقه‌بندی شده‌اند1. Uchino, Yoshihito; Yokota, Akira; Sugiyama, Junta (1997). "Phylogenetic position of the marine subdivision of Agrobacterium species based on 16S rRNA sequence analysis". The Journal of General and Applied Microbiology. 43 (4): 243–247. doi:10.2323/jgam.43.243. PMID 12501326.2. Uchino, Yoshihito; Hirata, Aiko; Yokota, Akira; Sugiyama, Junta (1998). "Reclassification of marine Agrobacterium species: Proposals of 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. , and Ahrensia kieliense gen. nov. , sp. nov. , nom. Rev". The Journal of General and Applied Microbiology. 44 (3): 201–210. doi:10.2323/jgam.44.201. PMID 12501429. اما اغلب آنها در دسته Rhizobium قرار دارند.3. Young, J. M. ; Kuykendall, L. D. ; Martínez-Romero, E; Kerr, A; Sawada, H (2001). "A revision of Rhizobium Frank 1889, with an emended description of the genus, and the inclusion of all species of Agrobacterium Conn 1942 and Allorhizobium undicola de Lajudie et al. 1998 as new combinations: Rhizobium radiobacter, R. rhizogenes, R. rubi, R. undicola, and R. vitis". Int J Syst Evol Microbiol. 51 (Pt 1): 89–103. doi:10.1099/00207713-51-1-89. PMID 11211278.4. Farrand, S. K. ; Van Berkum, P. B. ; Oger, P (2003). "Agrobacterium is a definable genus of the family Rhizobiaceae". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 53 (5): 1681–7. doi:10.1099/ijs.0.02445-0. PMID 13130068.5. Young, J. M. ; Kuykendall, L. D. ; Martínez-Romero, E; Kerr, A; Sawada, H (2003). "Classification and nomenclature of Agrobacterium and Rhizobium—a reply to Farrand et al. (2003)". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 53 (5): 1689–95. doi:10.1099/ijs.0.02762-0. PMID 13130069.

آگروباکتریوم می‌تواند DNA را به تعداد قابل ملاحظه ای از موجودات زنده شامل بسیاری از دولپه‌ای‌ها و تک لپه‌ای‌ها در گونه‌های نهاندانه و بازدانگان منتقل نماید. به علاوه، آگروباکتریوم توانایی انتقال ژن به قارچ‌هایی مثل مخمر، آسکومیست‌ها و بازیدومیست‌ها را دارد.

در سال ۲۰۰۱ انتقال DNA به سلول انسانی توسط آگروباکتریوم گزارش شده‌است. اساس مولکولی و ژنتیکی طیف میزبان یک سویه آگروباکتریوم هنوز روشن نشده‌است.

مطالعات اولیه حاکی از این است که پلاسمید Ti در مقایسه با ژن‌های کرورموزومی، تعیین‌کننده ژنتیکی اصلی طیف میزبانی می‌باشد. نشان داده شده‌است که چندین مکان ژنی بیماریزایی (vir) بر روی پلاسمید Ti ازجمله virC و virF، در تعیین گونه‌های گیاهی که انتقال ژن به آنها می‌تواند صورت گیرد تا تومورهای گال تاجی ایجاد شود، نقش دارند. مشخص شده که مکان ژنی virH که قبلاً pinF نامیده می‌شد، در توانایی آگروباکتریوم در انتقال ژن به ذرت مؤثر می‌باشند. سایر ژنهای vir مثل virG نیز در بیماری‌زایی بیش از حد برخی سویه‌های خاص مشارکت دارند.

 پاتوژن گیاهی 
آگروباکتریوم تومفاسینس باعث بیماری گال تاجی(crown-gall disease) در گیاهان می‌شود. این بیماری با رشد تومور مانند یا گال بر روی گیاه آلوده (اغلب در محل اتصال بین ریشه و ساقه) شناخته می‌شود. تومورها به علت انتقال یک قطعه DNA (T-DNA) ایجاد می‌شود. این قطعه T-DNA از پلاسمید القاکنندهٔ تومور باکتریایی (bacterial tumor-inducing (Ti) plasmid) و با مکانیسم هم یوغی انتقال می‌یابد.
پلاسمید T-DNA به صورت نیمه تصادفی به ژنوم سلول میزبان وارد می‌شود6. Francis, Kirk E. ; Spiker, Steven (2004). "Identification of Arabidopsis thaliana transformants without selection reveals a high occurrence of silenced T-DNA integrations". The Plant Journal. 41 (3): 464–77. doi:10.1111/j.1365-313X.2004.02312.x. PMID 15659104. و بیان ژنهای ایجاد کننده تومور موجود در T-DNA، باعث شکل‌گیری گال می‌گردد.

 پاتوژن انسانی 
اگر چه آگروباکتریوم به طور کلی به عنوان یک عفونت گیاهی محسوب می‌شود، اما می‌تواند مسئول عفونت‌های فرصت طلب در انسان نیز باشد.7. Hulse, M. ; Johnson, S. ; Ferrieri, P. (1993). "Agrobacterium Infections in Humans: Experience at One Hospital and Review". Clinical Infectious Diseases. 16 (1): 112–7. doi:10.1093/clinids/16.1.112. PMID 8448285.8. Dunne Jr, W. M. ; Tillman, J; Murray, J. C. (1993). "Recovery of a strain of Agrobacterium radiobacter with a mucoid phenotype from an immunocompromised child with bacteremia". Journal of clinical microbiology. 31 (9): 2541–3. PMC 265809. PMID 8408587. این عفونت زمانی در انسان ایجاد می‌شود که سیستم ایمنی ضعیف باشد. این باکتری به عنوان یک عامل بیماریزای مهم در افراد سالم گزارش نشده‌است.
کاربرد در زیست فناوری

توانایی آگروباکتریوم در انتقال ژن به گیاهان و قارچ‌ها، باعث شده تا این باکتری در زیست فناوری و به طور خاص در مهندسی ژنتیک به منظور بهبود گیاهان استفاده شود. می‌توان از یک پلاسمید تغییر یافته Ti یا Ri برای انتقال استفاده کرد.

ژنهای القا کنندهٔ تومور از پلاسمید حذف شده و تنها قطعات ضروری T-DNA که شامل دو تکرار ۲۵ جفت بازی است باقی می‌ماند که حداقل یکی از آنها برای انتقال به گیاه مورد نیاز است.9. Schell, J. ; Van Montagu, M. (1977). "The Ti-Plasmid of Agrobacterium Tumefaciens, A Natural Vector for the Introduction of NIF Genes in Plants?". In Hollaender, Alexander; Burris, R. H. ; Day, P. R. ; Hardy, R. W. F. ; Helinski, D. R. ; Lamborg, M. R. ; Owens, L. ; Valentine, R. C. Genetic Engineering for Nitrogen Fixation. Basic Life Sciences. 9. pp. 159–79. doi:10.1007/978-1-4684-0880-5_12. . PMID 336023.10. Joos, H; Timmerman, B; Montagu, M. V. ; Schell, J (1983). "Genetic analysis of transfer and stabilization of Agrobacterium DNA in plant cells". The EMBO Journal. 2 (12): 2151–60. PMC 555427. PMID 16453483. ژنی که قرار است به گیاه وارد شود به درون یک وکتور انتقالی گیاهی فرستاده می‌شود. این وکتور شامل ناحیهT-DNA ی پلاسمید ذکر شده به همراه یک نشانگر انتخابی (مانند مقاومت به آنتی‌بیوتیک) است. نشانگر انتخابی به منظور شناسایی گیاهانی که انتقال در آنها با موفقیت انجام شده، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

گیاهان پس انتقال بر روی محیط‌های حاوی آنتی‌بیوتیک رشد داده می‌شوند تا آنهایی که T-DNA را به درون ژنوم خود راه نداده‌اند، بمیرند. یک روش جایگزین، آگرواینفیلتراسیون (agroinfiltration) است.11. Thomson JA. "Genetic Engineering of Plants" (PDF). Biotechnology. Encyclopedia of Life Support Systems. 3. Retrieved 17 July 2016.12. Leuzinger K, Dent M, Hurtado J, Stahnke J, Lai H, Zhou X, Chen Q (2013). "Efficient Agroinfiltration of Plants for High-level Transient Expression of Recombinant Proteins". Journal of Visualized Experiments. 77 (50521). doi:10.3791/50521. PMC 3846102. PMID 23913006.

آگروباکتریوم همه گونه‌های گیاهی را آلوده نمی‌کند، اما چندین روش مؤثر دیگر برای انتقال ژن به گیاه وجود دارد که از آن جمله می‌توان تفنگ ژنی را نام برد.
آگروباکتریوم به عنوان وکتور یا حامل مواد ژنتیکی برای انتقال به سویا، پنبه، ذرت، چغندر قند، یونجه گندم، روغن کلزا (کانولا) و برنج مورد استفاده قرار گرفته‌است.13. The FDA List of Completed Consultations on Bioengineered Foods Archived May 13, 2008, at the Wayback Machine.Setubal, Joao C. ; WOod, Derek; Burr, Thomas; Farrand, Stephen K. ; Goldman, Barry S. ; Goodner, Brad; Otten, Leon; Slater, Steven (2009). "The Genomics of Agrobacterium: Insights into its Pathogenicity, Biocontrol, and Evolution". In Jackson, Robert W. Plant Pathogenic Bacteria: Genomics and Molecular Biology. Caister Academic Press. pp. 91–112. 

 ژنوم 
توالی یابی ژنوم گونه‌های مختلفی از باکتری آگروباکتریوم، مطالعه تاریخ تکامل این موجودات را امکان‌پذیر کرده‌است و اطلاعاتی را در رابطه با ژنها و سیستم‌های درگیر در بیماریزایی (pathogenesis)، کنترلهای زیستی و همزیستی (symbiosis) فراهم کرده‌است. یک یافتهٔ مهم این احتمال را نشان می‌دهد که در بسیاری از این باکتری‌ها، پلاسمیدها منشأ کروموزوم‌های در حال شکل‌گیری هستند. یافته‌ای دیگر نشان می‌دهد که ساختارهای کروموزومی متنوع در این گروه آنها را قادر به زندگی به دو شیوه همزیستی و انگلی کرده‌است. شناخت بیشتر توالی ژنوم گونه‌های باکتری آگروباکتریوم باعث افزایش درک عملکرد و تاریخچه تکاملی این گروه از میکروب‌های گیاهی می‌شود.

 تاریخچه 
مکانیسم انتقال ژن بین آگروباکتریوم و گیاهان توسط مارک ون مونتاگ و جوزف شل در دانشگاه گنت (بلژیک) کشف شد. این کشف منجر به توسعه روش‌هایی برای تغییر آگروباکتریوم به یک سیستم انتقالی کارآمد برای مهندسی ژن در گیاهان گردید.

بافت پینه ای (کالوسی) سالم و دارای رشد سریع پیش شرطی ضروری برای تراریزش گیاهان به کمک اگروباکتریوم می‌باشد.

چپ|270px|بندانگشتی|پلاسمید Ti در آگروباکتریوم

 منابع 

Stanton B. Gelvin (2003), Agrobacterium-Mediated Plant Transformation: the Biology behind the "Gene-Jockeying" Tool. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 67:16-37.


رده:زیست‌فناوری
رده:سرده‌های باکتری‌ها