Tiプラスミド
植物でのクラウンゴール形成の原因としてA. tumefaciensが同定されたことで、クラウンゴール病の分子基盤の解明への道が開かれた。
宿主の植物細胞への遺伝的影響に対する最初の示唆は1942年から1943年に得られ、植物の二次腫瘍の内部には細菌細胞が存在しないことが示された。しかし、これらの腫瘍細胞は感染した細菌株によって代謝されるオパインを産生する能力を持っていた。重要なことに、産生されるオパインは植物の種とは関係なく、またオパインの産生はクラウンゴール組織内部に限定されていることもあることから、細菌が宿主植物細胞にオパインの合成を行わせるために何らかの遺伝物質を移行させていることが示唆された。
しかしながら、どのようにして、またどの程度DNAの移行が起こっているのかは不明であった。A. tumefaciensのDNAを加えるだけでは植物に腫瘍は形成されず、またDNAは宿主の植物細胞のゲノムへほとんど組み込まれていないことが判明した。また、DNAを分解するためにデオキシリボヌクレアーゼ(DNase)を添加しても、植物の腫瘍の形成と成長を防ぐことはできなかった。これらの結果からは、A. tumefaciensのDNAの宿主への移行はもし存在したとしてもわずかなものであること、そして、実際にDNAの細菌から植物への移行が起きているとすると、何らかの保護された機構で行われていることを示唆していた。
VirD4は接合過程に重要な役割を果たし、Tストランドを認識して輸送チャネルへ送る共役因子として機能する。
virEオペロンは2つのタンパク質、VirE1とVirE2をコードしている。VirE2はTストランドとともに宿主植物細胞へ輸送されるエフェクタータンパク質である。VirE2はTストランドに結合し、宿主植物細胞の核への輸送を行う。この活性の一部はVirE2タンパク質内に存在する核局在化シグナルによるものであり、タンパク質とそこへ結合したDNAは核へ移行する。また、VirE2はTストランドをヌクレアーゼによる攻撃から防ぐ。VirE2はDNAが植物の細胞膜を通過するためのタンパク質チャネルとして機能するという推測もなされている。VirE1はVirE2タンパク質の宿主植物細胞内への輸送の促進に関与している可能性がある。VirE1はVirE2の一本鎖DNA結合ドメインに結合し、VirE2が細菌細胞内で未成熟なTストランドに結合することを防いでいる。
virFは一部のTiプラスミドのみに存在する宿主特異性因子である。例えば、オクトピン型のTiプラスミドにはvirFが存在するが、ノパリン型のものには存在しない。A. tumefaciensの特定の植物種に対するクラウンゴール形成能は、このvirF遺伝子が存在するかどうかに依存している。
virHオペロンは2つのタンパク質、VirH1とVirH2をコードしている。VirHタンパク質のアミノ酸配列のバイオインフォマティクスによる研究からは、これらとシトクロムP450スーパーファミリーとの類似性が示されている。VirH2はVirAに検知された特定のフェノール化合物を代謝することが知られている。