Agrobacterium tumefaciens

Tavola dei contenuti: Meccanismo di coniugazione - T-DNA - Bibliografia

Agrobacterium tumefaciens è un batterio gram negativo conosciuto per la capacità di infettare alcune piante, producendo una struttura para-tumorale definito galla del colletto. Normalmente, la infezione batterica è contratta a seguito di lacerazioni di alcuni organi della pianta, ad esempio del fusto, della radice o della foglia. Il batterio, in questo modo, riesce a penetrare all'interno dell'organismo ospite.

Il tipo di approccio di A. tumefaciens nei confronti degli ospiti vegetali è di tipo parassitario, per questa ragione il batterio induce un marcato stress biotico nelle piante che ha infettato. In alcuni casi, le infezioni da A. tumefaciens si risolvono con la morte dell'organismo.

Meccanismo di coniugazione

Il meccanismo di coniugazione di A. tumefaciens è molto studiato e, per questa ragione, ben conosciuto. L'infezione del batterio inizia a livello della ferita di una pianta ed è statisticamente più probabile nella zona radicale o nei tessuti appena emersi dal terreno. Il batterio è capace di legarsi alle cellule vegetali e iniziare un processo di escissione, dal proprio genoma, di un piccolo plasmide di circa 180kBp chiamato T-DNA. Il plasmide, mediante coniugazione, è trasferito alla cellula ospite, a livello della quale si integra nel genoma.

T-DNA

Il T-DNA è un segmento plasmidico di circa 180kBp che è caratterizzato da 25 paia ripetute di basi che lo delimitano. Tutte le basi all'interno di questi due ripetizioni sono trasferite all'interno della cellula ospite. I geni trasferiti, mediante il plasmide, prendono il controllo dei meccanismi eucariotici di regolazione della biosintesi delle auxine e delle giberelline che, in breve tempo, portano alla formazione della caratteristica tumefazione della zona colpita dal batterio.

T-DNA in Agrobacterium tumefaciens

Schema di estrusione del plasmide T

Il T-DNA codifica per una serie di enzimi responsabili della sintesi delle opine, degli aminoacidi modificati. Le opine vengono definite auto-induttori poiché servono da segnale per l'aumento della proliferazione batterica, in un modello a feedback-positivo.

 

La figura a lato riportata illustra il complesso meccanismo di estrusione del plasmide dal genoma di A. tumefaciens; il primo passo (1) è determinato dal danno al tessuto della pianta, a seguito ad esempio di una ferita. La lacerazione dei tessuti esterni della pianta, generalmente, porta alla formazione dei composti fenolici che, normalmente, possiedono un ruolo difensivo.

In A. tumefaciens, sono presenti delle proteine chiamata VirA e VirB che rilevano la presenza di composti fenolici. In particolare, la presenza delle molecole difensive attiva un meccanismo di autofosforilazione di VirA che, a sua volta (2), attiva VirB.

L'attivazione di VirB induce una particolare regione del DNA di A. tumefaciens, chiamata VirD, e successivamente avviene la produzione di due proteine (3): VirD1 e VirD2. VirD1 è una topoisomerasi mentre VirD2 ha attività endonucleasica; ambedue proteine riconoscono le sequenze conservate di 25 paia di basi poste ai fianchi di T-DNA. VirD2, in particolare rimane saldamente legato all'estremità 5' del segmento di DNA del batterio.

L'allontanamento del frammento di DNA (4) e accompagnato dall'espressione della proteine VirE2 (5), la quale è codificata dalla regione VirE. VirE2 ha un ruolo fondamentale nel passaggio di T-DNA attraverso le numerose membrane biologiche. VirE2 lega attivivamente gli acidi nucleici e si dispone lungo tutto il tratto di T-DNA, in questo modo il filamento si allunga e può passare, anche grazie alla testa formata da VirD2 attraverso le membrane.

I mecanismi appena illustrati sono molto complessi, tuttavia vista la grande importanza, sia scientifica sia commerciale, della conoscenza biologica di A. tumefaciens negli ultimi decenni sono stati condotti numerosi esperimenti sul batterio.

Bibliografia

  1. John R. Zupanand, Patricia Zambrysk. Transfer of T-DNA from Agrobacterium to the Plant Cell. Plant Physiol (1995)
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