Plazmid Ti

Budowa plazmidu Ti

Plazmid Ti[1] (ang. Tumor inducing plasmid, pTi[2]) – plazmid występujący u patogennych gatunków rodzaju Agrobacterium sensu lato, w tym u Agrobacterium tumefaciens, Rhizobium rhizogenes, Agrobacterium rubi i Allorhizobium vitis.

Z ewolucyjnego punktu widzenia plazmid Ti należy do rodziny plazmidów występujących u wielu gatunków alfaproteobakterii. Cechą charakterystyczną członków tej rodziny jest obecność konserwatywnego regionu DNA, zwanego kasetą genową repABC, który reguluje replikację plazmidu, jego segregację do komórek potomnych podczas podziału oraz utrzymanie plazmidu w komórce w niskiej liczbie kopii[3]. Same plazmidy Ti dzieli się na różne kategorie w zależności od rodzaju cząsteczek, które bakterie mogą rozkładać w celu pozyskania energii[4].

Obecność plazmidu Ti jest niezbędna do wywoływania przez bakterie choroby guzowatości korzeni u roślin[3]. Umożliwiają to kluczowe regiony plazmidu Ti, w tym region vir, który koduje geny wirulencji, oraz region transformującego DNA – fragment plazmidu przenoszony drogą koniugacji do komórek rośliny żywicielskiej po wykryciu miejsca uszkodzenia. Regiony te umożliwiają wprowadzenie T-DNA do komórek rośliny żywicielskiej i ich modyfikację w sposób prowadzący do syntezy związków, takich jak auksyny, cytokininy i opiny, oraz do powstawania guzów korzeniowych[3].

Charakterystyka

Plazmid Ti należy do rodziny plazmidów RepABC występujących w alfaproteobakteriach[5]. Plazmidy te mają często stosunkowo duże rozmiary – od 100 kpz do 2 Mpz. Często nazywa się je replikonami, ponieważ ich replikacja rozpoczyna się w jednym miejscu. Członkowie tej rodziny posiadają charakterystyczną kasetę genową repABC[6]. Innym godnym uwagi przedstawicielem tej rodziny jest plazmid Ri (ang. Root-inducing plasmid) występujący u Agrobacterium rhizogenes; wywołuje on chorobę roślin zwaną włosowatością korzeni[3].

Odkrycie historyczne

Zidentyfikowanie bakterii Agrobacterium tumefaciens jako przyczyny powstawania guzów korzeniowych u roślin utorowało drogę do zrozumienia molekularnych podstaw tej choroby[7].

Pierwsze przesłanki wskazujące na wpływ genetyczny na komórki rośliny żywicielskiej pojawiły się w latach 1942–1943, kiedy stwierdzono, że komórki roślinne guzów wtórnych nie zawierają komórek bakteryjnych; komórki te wykazywały jednak zdolność do wytwarzania opinów metabolizowanych przez zakażający szczep bakterii[8]. Istotne jest, że synteza poszczególnych opinów przebiegała niezależnie od gatunku rośliny, a czasami jedynie w tkankach guzków; wskazuje to, że bakterie przekazały komórkom rośliny żywicielskiej materiał genetyczny umożliwiający syntezę opinów[7].

Jednak kwestia, w jaki sposób i w jakim stopniu dochodziło do transferu DNA, pozostawała otwarta. Samo wprowadzenie DNA Agrobacterium tumefaciens nie wywoływało nowotworów u roślin[9]; stwierdzono, że do genomu komórki gospodarza zintegrowano jedynie niewielkie fragmenty DNA tej bakterii[10]. Dodanie deoksyrybonukleaz (DN-az) w celu rozkładu DNA również nie zapobiegło powstawaniu i rozwojowi nowotworów roślinnych[11].

Następnie wykazano, że szczepy karcynogenne mogą przekształcać szczepy niepatogenne w patogenne drogą koniugacji, podczas której geny odpowiedzialne za wirulencję są przenoszone do komórek niepatogennych[12]. Rola plazmidu w tej zdolności została potwierdzona przez stwierdzenie obecności dużych plazmidów wyłącznie w bakteriach patogennych, a nie w niepatogennych[13]. Ostatecznie wykryto fragmenty plazmidów bakteryjnych w komórkach roślin-gospodarzy, co potwierdziło, że to ten materiał genetyczny odpowiada za genetyczny efekt infekcji[14].

Wraz z odkryciem plazmidu Ti przeprowadzono liczne badania mające na celu określenie cech tego plazmidu oraz mechanizmu przenoszenia materiału genetycznego z bakterii z rodzaju Agrobacterium do rośliny-gospodarza. Do najważniejszych wczesnych osiągnięć należą mapowanie plazmidu Ti w 1978 r. oraz analiza podobieństw sekwencji między różnymi plazmidami Ti w 1981 r.[15][16]

W latach 1980–2000 prowadzono badania mające na celu scharakteryzowanie regionu T-DNA oraz regionu vir. Badania nad regionem T-DNA pozwoliły ustalić mechanizm jego transferu oraz zidentyfikować geny odpowiedzialne za syntezę hormonów roślinnych i opinów[17]. W odrębnych, wczesnych badaniach starano się określić funkcje genów regionu vir; zwykle klasyfikowano je jako geny uczestniczące w interakcjach bakteria–gospodarz oraz jako geny biorące udział w przenoszeniu T-DNA[4].

Replikacja, podział i utrzymanie

Kaseta genowa repABC plazmidów Ti w bakteriach z rodzaju Agrobacterium oraz schematyczne przedstawienie ich produktów genowych i aktywności

Replikacja, podział i utrzymanie plazmidu Ti zależą od kasety genowej repABC, która składa się głównie z trzech genów: repA, repB i repC. Geny repA i repB kodują białka uczestniczące w podziale plazmidu, natomiast repC koduje inicjator replikacji[3]. Geny te ulegają ekspresji pod kontrolą czterech różnych promotorów zlokalizowanych przed genem repA. Gen repE, kodujący mały antysensowny RNA, znajduje się między genami repB i repC[6]. Ponadto w kasecie repABC znajduje się miejsce podziału parS oraz punkt inicjacji replikacji oriV[3].

Replikacja plazmidu Ti

Replikacja plazmidu Ti jest kontrolowana przez białko inicjujące RepC, które ma dwie domeny białkowe: domenę N-terminalną (NTD) wiążącą DNA oraz domenę C-terminalną (CTD). Analizy mutacyjne wykazały, że bez funkcjonalnego białka RepC plazmid Ti nie replikuje się[6]. Sekwencja oriV ma około 150 nukleotydów i znajduje się w obrębie genu repC[5]. Eksperymenty wykazały, że białko RepC wiąże się z tym regionem, co sugeruje, że pełni on rolę punktu inicjacji replikacji[18].

Podział plazmidu Ti

Elementy uczestniczące w systemie podziału plazmidów Ti, działających za pośrednictwem białek RepA i RepB[3]
Element Funkcja
RepA (ParA) Słaba adenozynotrifosfataza, która ujemnie autoreguluje ekspresję kasety repABC i może tworzyć włókna ułatwiające podział plazmidu podczas podziału komórki.
RepB (ParB) Białko wiążące DNA, pełniące rolę adaptera między RepA a miejscem parS
parS Palindromiczne miejsce wiązania białka ParB o sekwencji konsensusowej GTTNNCNGCNGNNAAC

System podziału plazmidu Ti jest podobny do systemu ParA i ParB występującego w innych plazmidach i chromosomach bakteryjnych; przypuszcza się, że działa na podobnej zasadzie[19]. Mutacje w białkach RepA lub RepB prowadziły do obniżenia stabilności plazmidu, co wskazuje na ich rolę w procesie podziału[6]. Zdolność białka RepA do tworzenia włókien umożliwia utworzenie fizycznego mostu, wzdłuż którego DNA może być przemieszczane do przeciwległych biegunów dzielącej się komórki; natomiast białko RepB specyficznie wiąże się z sekwencją parS, tworząc kompleks DNA rozpoznawany przez RepA[3][6].

Utrzymanie plazmidu Ti

Plazmid Ti utrzymuje się w komórce bakteryjnej w niewielkiej liczbie kopii. Jest to częściowo związane z wpływem na ekspresję białka RepC, inicjującego replikację[3]. Po związaniu ADP białko RepA ulega aktywacji i współdziała z białkiem RepB, pełniąc rolę negatywnego regulatora kasety repABC[5]. W efekcie stężenie białka RepC w komórce pozostaje niskie, co zapobiega nadmiernej liczbie cykli replikacji podczas każdego podziału komórkowego. Ponadto w kasecie repABC znajduje się mały RNA zwany RepE, kodowany między genami repB i repC; obniża on poziom ekspresji genu repC[20]. RepE jest komplementarny do mRNA repC i wiąże się z nim, tworząc dwuniciowy kompleks, który może hamować translację białka RepC[20].

Na ekspresję kasety repABC oraz na liczbę kopii plazmidu Ti oddziałuje również mechanizm quorum sensing u Agrobacterium[6]. Mechanizm ten wykrywa gęstość populacji za pomocą autoinduktora – sygnałowej cząsteczki produkowanej przez komórki, której stężenie wzrasta wraz ze wzrostem gęstości bakterii[20]. W tym przypadku autoinduktorem jest cząsteczka 3-O-C8-AHL, wykrywana przez regulator TraR[6]. Po aktywacji TraR wiąże się z regionami promotorowymi kasety genowej repABC, pobudzając jej ekspresję. W związku z tym wysoka gęstość populacji powoduje wzrost liczby kopii plazmidu w każdej komórce bakteryjnej, co prawdopodobnie sprzyja patogenezie rośliny żywicielskiej[6].

Podobne plazmidy

Plazmidy RepABC tworzą grupy niekompatybilności; plazmidy z tej samej grupy zazwyczaj nie mogą współistnieć, a jeden z nich prowadzi do eliminacji drugiego. Jednak wiele plazmidów Ti typu nopalinowego potrafi łączyć się z plazmidami niekompatybilnymi, co utrudnia ich usunięcie z bakterii – proces często stosowany w laboratorium do zastąpienia jednego plazmidu Ti innym[21].

Plazmid Ri

Plazmid Ri (ang. Root-inducing plasmid) – termin opisowy odnoszący się do plazmidów patogennych podobnych do plazmidów Ti, które zamiast wywoływać guzowatość korzeni powodują włosowatość korzeni. Klasycznym przykładem jest plazmid Ri bakterii Rhizobium rhizogenes[21].

Plazmid pSym

Plazmid pSym (ang. Symbiotic plasmids) – niektóre gatunki z rodzaju Rhizobium posiadają geny nif oraz nod zlokalizowane na chromosomie, podczas gdy inne przenoszą te geny na wyspecjalizowane plazmidy symbiotyczne (pSym). Podobnie jak plazmidy Ti, plazmidy sym wykorzystują mechanizm replikacji repABC, system quorum sensing TraI/TraR oraz system transferu trb. Typowym przykładem jest plazmid pNGR234a (536 165 bp) pochodzący od Ensifer fredii[21]; plazmid ten nie jest niezbędny do życia i nie pełni funkcji podstawowych. Katabolizm opinu odbywa się na chromosomie bakterii, natomiast system T4SS (VirB) znajduje się na megaplazmidzie, a nie na plazmidzie sym[22].

Przypisy

  1. ↑ Alicja Ziemienowicz, Transfer plazmidów między bakteriami a komórkami eukariotycznymi, „Kosmos”, 3 (256), 2002, s. 343–352, ISSN 2658-1132 [dostęp 2026-07-12] (pol.).
  2. ↑ Mindia Haryono i inni, Presence of an Agrobacterium–Type Tumor-Inducing Plasmid in Neorhizobium sp. NCHU2750 and the Link to Phytopathogenicity, Dan Graur (red.), „Genome Biology and Evolution”, 10 (12), 2018, s. 3188–3195, DOI: 10.1093/gbe/evy249, ISSN 1759-6653, PMID: 30398651, PMCID: PMC6286910, OCLC 8017756416 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Jay E. Gordon, Peter J. Christie, The Agrobacterium Ti Plasmids, „Microbiology Spectrum”, 2 (6), 2014, s. 1–18, DOI: 10.1128/microbiolspec.plas-0010-2013, ISSN 2165-0497, PMID: 25593788, PMCID: PMC4292801, OCLC 5846234265 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  4. 1 2 Paul. J.J. Hooykaas, Alice G.M. Beijersbergen, The Virulence System of Agrobacterium Tumefaciens, „Annual Review of Phytopathology”, 32 (1), 1994, s. 157–181, DOI: 10.1146/annurev.py.32.090194.001105, ISSN 0066-4286, Bibcode: 1994AnRvP..32..157H [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  5. 1 2 3 Uelinton M. Pinto, Katherine M. Pappas, Stephen C. Winans, The ABCs of plasmid replication and segregation, „Nature Reviews Microbiology”, 10 (11), 2012, s. 755–765, DOI: 10.1038/nrmicro2882, ISSN 1740-1534, PMID: 23070556, OCLC 1478811659 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  6. 1 2 3 4 5 6 7 8 Miguel A. Cevallos, Ramón Cervantes-Rivera, Rosa María Gutiérrez-Ríos, The repABC plasmid family, „Plasmid”, 60 (1), 2008, s. 19–37, DOI: 10.1016/j.plasmid.2008.03.001, ISSN 0147-619X, PMID: 18433868, OCLC 264447573 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  7. 1 2 Clarence I. Kado, Historical account on gaining insights on the mechanism of crown gall tumorigenesis induced by Agrobacterium tumefaciens, „Frontiers in Microbiology”, 5, 2014, DOI: 10.3389/fmicb.2014.00340, ISSN 1664-302X, PMID: 25147542, PMCID: PMC4124706, OCLC 5617568467 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  8. ↑ A. Petit, S. Delhaye, J. Tempé, G. Morel, Recherches sur les guanidines des tissues de Crown gall. Mise en evidence d’une relation biochimique spécifique entre les souches d’Agrobacterium tumefaciens et les tumeurs qu’elles induisent, „Physiol. Vég.”, 8, 1970, s. 205–213 [dostęp 2026-07-13] (fr.).
  9. ↑ C.I. Kado, P.F. Lurquin, Studies on Agrobacterium tumefaciens. V. Fate of exogenously added bacterial DNA in Nicotiana tabacum, „Physiological Plant Pathology”, 8 (1), 1976, s. 73–82, DOI: 10.1016/0048-4059(76)90009-6, ISSN 0048-4059 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  10. ↑ Karl A. Drlica, C.I. Kado, Quantitative Estimation of Agrobacterium tumefaciens DNA in Crown Gall Tumor Cells, „Proceedings of the National Academy of Sciences”, 71 (9), 1974, s. 3677–3681, DOI: 10.1073/pnas.71.9.3677, ISSN 1091-6490, PMID: 4530329, PMCID: PMC433839, Bibcode: 1974PNAS...71.3677D, OCLC 9986262071, JSTOR: 63856 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  11. ↑ A.C. Braun, H.N. Wood, On the inhibition of tumor inception in the crown-gall disease with the use of ribonuclease A., „Proceedings of the National Academy of Sciences”, 56 (5), 1966, s. 1417–1422, DOI: 10.1073/pnas.56.5.1417, ISSN 1091-6490, PMID: 5230302, PMCID: PMC219988, Bibcode: 1966PNAS...56.1417B, OCLC 8138359227, JSTOR: 57754 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  12. ↑ A. Kerr, Acquisition of virulence by non-pathogenic isolates of Agrobacterium radiobacter, „Physiological Plant Pathology”, 1 (3), 1971, s. 241–246, DOI: 10.1016/0048-4059(71)90045-2, ISSN 0048-4059 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  13. ↑ I. Zaenen, N. van Larebeke, H. Teuchy, M. van Montagu, J. Schell, Supercoiled circular DNA in crown-gall inducing Agrobacterium strains, „Journal of Molecular Biology”, 86 (1), 1974, s. 109–127, DOI: 10.1016/S0022-2836(74)80011-2, ISSN 0022-2836, PMID: 4854526, Bibcode: 1974JMBio..86..109Z, OCLC 4924423086 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  14. ↑ Mary-Dell Chilton i inni, Stable incorporation of plasmid DNA into higher plant cells: the molecular basis of crown gall tumorigenesis, „Cell”, 11 (2), 1977, s. 263–271, DOI: 10.1016/0092-8674(77)90043-5, ISSN 0092-8674, PMID: 890735, OCLC 4926516046 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  15. ↑ M.-D. Chilton i inni, Restriction endonuclease mapping of a plasmid that confers oncogenicity upon Agrobacterium tumefaciens strain B6-806, „Plasmid”, 1 (2), 1978, s. 254–269, DOI: 10.1016/0147-619X(78)90043-4, ISSN 0147-619X, PMID: 748950, OCLC 4930010221 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  16. ↑ G. Engler i inni, Physical mapping of DNA base sequence homologies between an octopine and a nopaline Ti plasmid of Agrobacterium tumefaciens, „Journal of Molecular Biology”, 152 (2), 1981, s. 183–208, DOI: 10.1016/0022-2836(81)90239-4, ISSN 0022-2836, PMID: 6276566, OCLC 4927294789 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  17. ↑ P. Zambryski, J. Tempe, J. Schell, Transfer and function of T-DNA genes from Agrobacterium Ti and Ri plasmids in plants, „Cell”, 56 (2), 1989, s. 193–201, DOI: 10.1016/0092-8674(89)90892-1, ISSN 0092-8674, PMID: 2643473, Bibcode: 1989Cell...56..193Z, OCLC 116547775 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  18. ↑ Uelinton M. Pinto, Ana L. Flores-Mireles, Esther D. Costa, Stephen C. Winans, RepC protein of the octopine-type Ti plasmid binds to the probable origin of replication within repC and functions only in cis, „Molecular Microbiology”, 81 (6), 2011, s. 1593–1606, DOI: 10.1111/j.1365-2958.2011.07789.x, ISSN 1365-2958, PMID: 21883520, OCLC 752323131 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  19. ↑ Colin Bignell, Christopher M. Thomas, The bacterial ParA-ParB partitioning proteins, „Journal of Biotechnology”, 91 (1), 2001, s. 1–34, DOI: 10.1016/S0168-1656(01)00293-0, ISSN 0168-1656, PMID: 11522360, OCLC 4929194020 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  20. 1 2 3 Yunrong Chai, Stephen C. Winans, A small antisense RNA downregulates expression of an essential replicase protein of an Agrobacterium tumefaciens Ti plasmid, „Molecular Microbiology”, 56 (6), 2005, s. 1574–1585, DOI: 10.1111/j.1365-2958.2005.04636.x, ISSN 1365-2958, PMID: 15916607, OCLC 112220167 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  21. 1 2 3 Katsunori Suzuki i inni, Ti and Ri Plasmids, Edward Schwartz (red.), Berlin–Heidelberg: Springer, 2009, s. 133–147, DOI: 10.1007/978-3-540-85467-8_6, ISBN 978-3-540-85467-8 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
  22. ↑ Christel Schmeisser i inni, Rhizobium sp. Strain NGR234 Possesses a Remarkable Number of Secretion Systems, „Applied and Environmental Microbiology”, 75 (12), 2009, s. 4035–4045, DOI: 10.1128/AEM.00515-09, ISSN 1098-5336, PMID: 19376903, PMCID: PMC2698369, Bibcode: 2009ApEnM..75.4035S, OCLC 9173101353 [dostęp 2026-07-13] (ang.).
This article is issued from Wikipedia. The text is available under Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 unless otherwise noted. Additional terms may apply for the media files.