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Agrobacteria

Agrobacterium es un género de bacterias Gram-negativas establecido por H. J. Conn que utiliza la transferencia horizontal de genes para causar tumores en plantas. Agrobacterium tumefaciens es la especie más estudiadade este género. Agrobacterium es bien conocido por su capacidad de transferir ADN entre sí mismo y las plantas, y por esta razón se ha convertido en una herramienta importante para la ingeniería genética .

Historia de la nomenclatura

Hasta la década de 1990, el género Agrobacterium se utilizó como un 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 biovares: biovar 1 ( Agrobacterium tumefaciens ), biovar 2 ( Agrobacterium rhizogenes ) y biovar 3 ( Agrobacterium vitis ). A principios de la década de 2000, Agrobacterium fue sinónimo del género Rhizobium . [4] Esta medida resultó ser controvertida. [5] [6] El debate se resolvió finalmente cuando el género Agrobacterium fue reinstalado [7] después de que se demostró que era filogenéticamente distinto de Rhizobium [8] [9] y que las especies de Agrobacterium estaban unificadas por una sinapomorfía única : la presencia del gen de la protelomerasa, telA , que hace que todos los miembros del género tengan un cromido lineal . [10] Sin embargo, en ese momento, las tres biovares de Agrobacterium habían quedado obsoletas; la biovar 1 permaneció con Agrobacterium , la biovar 2 pasó a llamarse Rhizobium rhizogenes y la biovar 3 pasó a llamarse Allorhizobium vitis .

Patógeno vegetal

Los grandes crecimientos en estas raíces son agallas inducidas por Agrobacterium sp.

Agrobacterium tumefaciens causa la enfermedad de la agalla de la corona en las plantas. La enfermedad se caracteriza por uncrecimiento similar a un tumor o agalla en la planta infectada, a menudo en la unión entre la raíz y el brote. Los tumores son incitados por la transferencia conjugativa de un segmento de ADN ( T-ADN ) del plásmido inductor de tumores bacteriano (Ti) . La especie estrechamente relacionada, Agrobacterium rhizogenes , induce tumores en las raíces y lleva el plásmido distintivo Ri (inductor de raíces). Aunque la taxonomía de Agrobacterium está actualmente en revisión, se puede generalizar que existen 3 biovares dentro del género, Agrobacterium tumefaciens , Agrobacterium rhizogenes y Agrobacterium vitis .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 ni un plásmido Ti ni un plásmido Ri. Estas cepas son avirulentas. [11]

El T-ADN plasmídico se integra de forma semialeatoria en el genoma de la célula huésped, [12] y se expresan los genes de morfología tumoral en el T-ADN, lo que provoca la formación de una agalla. El T-ADN lleva genes para las enzimas biosintéticas para la producción de aminoácidos inusuales , típicamente octopina o nopalina . También lleva genes para la biosíntesis de las hormonas vegetales , auxina y citoquininas , y para la biosíntesis de opinas , proporcionando una fuente de carbono y nitrógeno para las bacterias que la mayoría de los otros microorganismos no pueden utilizar, dando a Agrobacterium una ventaja selectiva . [13] Al alterar el equilibrio hormonal en la célula vegetal, la división de esas células no puede ser controlada por la planta, y se forman tumores. La relación de auxina a citoquinina producida por los genes tumorales determina la morfología del tumor (similar a una raíz, desorganizado o similar a un brote).

En los humanos

Aunque generalmente se considera 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 enfermedad humana causada por Agrobacterium radiobacter fue reportada por el Dr. JR Cain en Escocia (1988). [16] Un estudio posterior sugirió que Agrobacterium se adhiere y transforma genéticamente varios tipos de células humanas integrando su ADN-T en el genoma de la célula humana. El estudio se realizó utilizando tejido humano cultivado y no sacó 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 la mejora de plantas . Los genomas de plantas y hongos pueden diseñarse mediante el uso de Agrobacterium para la entrega de secuencias alojadas en vectores binarios de T-ADN . Se puede utilizar 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-ADN 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 planta que contiene la región de T-ADN del plásmido desarmado , junto con un marcador seleccionable (como la resistencia a los antibióticos ) para permitir la selección de plantas que se han transformado con éxito. Las plantas se cultivan en medios que contienen antibióticos después de la transformación, y las que no tienen el T-ADN integrado en su genoma morirán. Un método alternativo es la agroinfiltración . [20] [21]

Planta ( S. chacoense ) transformada con Agrobacterium . Las células transformadas comienzan a formar callos en los costados de los trozos de hoja.

La transformación con Agrobacterium se puede lograr de múltiples maneras. Los protoplastos o, alternativamente, los discos de las hojas se pueden incubar con Agrobacterium y las plantas enteras se pueden regenerar utilizando un cultivo de tejido vegetal . En la agroinfiltración, el Agrobacterium se puede inyectar directamente en el tejido de las hojas de una planta. Este método transforma solo las células en contacto inmediato con la bacteria y da como resultado la expresión transitoria del ADN plasmídico. [22]

La agroinfiltración se utiliza comúnmente para transformar el tabaco ( Nicotiana ). Un protocolo de transformación común para Arabidopsis es el método de inmersión floral: [23] Se sumerge una inflorescencia en una suspensión de Agrobacterium y la bacteria transforma las células de la línea germinal que forman los gametos femeninos . Las semillas pueden luego analizarse para detectar resistencia a los antibióticos (u otro marcador de interés). Las plantas que no hayan integrado el ADN plasmídico morirán cuando se expongan al antibiótico. [20]

Agrobacterium está catalogado como el vector del material genético que se transfirió a estos OGM de EE. UU.: [24]

La transformación de hongos mediante 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 de hongos transformados, después de la co-incubación de cepas de Agrobacterium que portan estos plásmidos con especies de hongos.

Genómica

El genoma de Agrobacterium consta de tres partes: un cromosoma circular , un cromosoma lineal/ cromido y (en algunas especies) un plásmido Ti . [27]

La secuenciación de los genomas de varias especies de Agrobacterium ha permitido estudiar la historia evolutiva de estos organismos y ha proporcionado 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 genómicas de las especies de Agrobacterium seguirá aumentando, lo que dará lugar a conocimientos sustanciales sobre la función y la historia evolutiva de este grupo de microbios asociados a las plantas. [28]

Historia

Marc Van Montagu y Jozef Schell de la Universidad de Gante ( Bélgica ) descubrieron el mecanismo de transferencia genética entre Agrobacterium y 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 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). [29]

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

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