Reinado | Bactérias |
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Galho | Proteobacteria |
Aula | Alpha Proteobacteria |
Pedido | Rizóbios |
Família | Rhizobiaceae |
Gentil | Rhizobium |
Rhizobium radiobacter e Agrobacterium tumefaciens é uma bactéria para coloração Gram negativa encontrada em solos. É um patógeno de planta responsável por uma doença chamada galha em coroa (ou em inglês : galha em coroa ). A. tumefaciens foi identificado a partir de galhas de margarida em 1907.
O mecanismo de formação da galha é semelhante ao da conjugação , devido a um plasmídeo bacteriano, um fragmento de DNA circular, denominado plasmídeo Ti, que torna a bactéria virulenta . Um fragmento de DNA do plasmídeo Ti, o T-DNA, é transferido da bactéria para a planta, sendo então integrado ao genoma da planta onde induz a formação de galhas caracterizadas pela multiplicação descontrolada de células vegetais. Agrobacterium tumefaciens infecta principalmente dicotiledôneas por meio de lesões.
Essa observação fundamenta uma das técnicas mais utilizadas na engenharia genética de plantas para a produção de organismos geneticamente modificados .
A classificação desta bactéria, pertencente a um grupo com peculiaridades complexas, foi várias vezes reconsiderada. Chamado pela primeira vez de Bacterium tumefaciens por seus descobridores em 1907, foi então introduzido no gênero Agrobacterium , criado em 1942. A partir de 1993, estudos filogenéticos do DNA de diferentes cepas de Agrobacterium e Rhizobium levaram à consideração de que os dois gêneros estão interligados e não podem ser distinguidos, formando um grupo de espécies intimamente relacionado. Em 2001, outro estudo considerou que Agrobacterium tumefaciens não deve ser considerado como uma espécie em si, mas como uma forma patogênica (por conter certos plasmídeos ) de Agrobacterium radiobacter , descrito em 1902 por Beijerinck e van Delden em um contexto de simbiose radicular que permite fixação de nitrogênio, sendo a única espécie não fitopatogênica do gênero. Portanto, rejeitou o nome Agrobacterium tumefaciens , propondo manter o radiobacter como o epíteto original, e Rhizobium para o gênero. Essas conclusões taxonômicas foram contestadas em 2003, com base nas diferenças moleculares entre " biovars ", grupos que são geneticamente idênticos, mas com características bioquímicas ou fisiológicas diferentes. A questão diz respeito ao status das biovars , ao papel dos elementos genéticos transmissíveis para a classificação e à aceitação ou não de uma nomenclatura baseada em propriedades específicas (" nomenclatura para fins especiais ").
Estudos mais recentes tendem à preservação do gênero Agrobacterium . Os avanços na análise genômica resultaram em análises aprimoradas do genoma de Agrobacterium radiobacter de 2014 em 2018-2019, que teria sido realizado em amostras contaminadas e considerar A. tumefaciens como uma subespécie de Agrobacterium radiobacter. As duas subespécies seriam chamadas respectivamente de Agrobacterium radiobacter subsp. radiobacter e Agrobacterium radiobacter subsp. tumefaciens .
" Agrobacterium " é formado por " bactéria ", latim científico derivado do grego, βακτηρία, baktêria, pau, por sua forma sob o microscópio, pau e agro -, em relação aos campos, as bactérias que vivem no solo. " Tumefaciens " significa que produz tumores (de tumor , em latim, inchaço), para designar as galhas que produz.
"Rhizobium " vem do grego ῥίζα, riza ("raiz") e de βίος, bíos ("vida"), que se refere à associação simbiótica característica desse gênero .
" Radiobacter " é construído a partir de radio-, ligado a raios e " bacter " para bactérias (cf. acima).
O genoma de Agrobacterium tumefaciens (cepa de referência C58, bloco 2001) consiste em dois cromossomos , uma linha de 2,8 Mb contendo um plasmídeo de origem de replicação e a outra 2Mb circular carregando uma origem de replicação do tipo cori . A. tumefaciens C58 também carrega dois plasmídeos AtC58 e TiC58 (o plasmídeo Ti ) de 540 Kb e 214 Kb, respectivamente.
A bactéria Agrobacterium tumefaciens infecta plantas (principalmente dicotiledôneas ) por meio de lesões. Os compostos fenólicos produzidos pela planta - geralmente bacteriostáticos ou antibióticos - atraem Agrobacterium para o local da lesão. A bactéria se liga às células vegetais. Sob a ação desses compostos fenólicos, Agrobacterium monta um sistema de transferência de um fragmento de seu DNA para a célula lesada. Esse DNA, conhecido como T-DNA (ou T-DNA em inglês), é transportado pelo plasmídeo Ti (indutor de tumor) e é integrado ao genoma nuclear da célula vegetal. Os genes transportados pelo T-DNA são expressos em plantas e levam a:
As opinas são usadas especificamente por Agrobacterium que induz a formação do tumor . Essa especificidade está ligada ao fato de que os genes que determinam o uso de opinas são transportados pelo plasmídeo Ti. Além disso, certas opiniões induzem a transferência do plasmídeo Ti de uma agrobactéria para outra por conjugação . As opiniões são, portanto, mediadores químicos chave da interação Agrobacterium - planta, cuja presença no tumor promove o crescimento de patógenos e contribui para a sua disseminação.
A interação Agrobacterium - planta pode, portanto, ser vista como uma manipulação genética natural durante a qual a bactéria desvia a atividade metabólica da planta para seu próprio benefício.
As bactérias percebem os sinais fenólicos (emitidos pela planta) graças a uma proteína transmembrana codificada pelo gene virA (1). A proteína VirA possui atividade quinase , autofosforila e transfere o fosfato para outra proteína, desta vez citosólica e codificada por virG (2). Este último ativa a transcrição de genes de virulência (3).
A planta lesada também emite sinais de carboidratos, que são captados por uma proteína codificada por chvE . Isso ativa o VirA e o torna receptivo a baixas concentrações fenólicas. O aumento do pH do meio é captado pelo ChvI, que também ativa os genes de virulência.
Os genes “ vir ” sintetizam várias proteínas , uma das quais, VirD2, reconhece as sequências de fita dupla específicas para as bordas direita e esquerda do T-DNA. VirD1 abre as fitas duplas, que são restringidas (cortadas) por VirD2; O T-DNA é portanto excisado do plasmídeo (4). A proteína VirD2 permanece ligada à borda direita do T-DNA , que a direciona para fora da bactéria. Essa secreção é realizada por um pilus de proteína que conecta a bactéria à célula vegetal (5). Este aparelho de secreção (denominado sistema de secreção tipo IV) é substancialmente codificado por genes do operon virB e virD4. Foi proposto que o complexo de nucleoproteína VirD2-T-DNA é recrutado pela proteína de acoplamento VirD4 para atravessar a membrana interna e então seria carregado pelo complexo composto pelos produtos dos genes virB . Antes ou depois de entrar na célula (de acordo com os autores), o T-DNA é coberto por vários monômeros da proteína VirE2. Este também é de origem bacteriana, codificado pelo gene virE2 e torna possível proteger o T-DNA de fita simples da degradação na célula vegetal. O VirD2 e o VirE2 possuem sequências sinalizadoras de localização nuclear denominadas NLS (para Nuclear Localization Signal) que são reconhecidas pela célula vegetal, possibilitando o envio do complexo de nucleoproteínas DNA-T / VirE2 / VirD2 para o núcleo da célula vegetal (6). Este complexo, portanto, penetra no núcleo, onde se torna parte do DNA da planta. As DNA polimerases da planta usam-na como molde e são convertidas em DNA de fita dupla (7).
Os genes codificados pelo T-DNA geralmente não são expressos em uma célula procariótica, portanto em Agrobacterium .
A planta de engenharia genética depende fortemente do uso de Agrobacterium como genes vetoriais naturais . O método é denominado " Transformação Mediada por Agrobacterium tumefaciens " (ATMT). Os biotecnologistas costumam usar plasmídeos semelhantes ao plasmídeo Ti , chamados de plasmídeos desarmados, porque seu T-DNA não carrega mais os genes responsáveis pela patogenicidade . Nestes plasmídeos desarmados, os genes do tumor são de fato substituídos por um (ou mais) genes de interesse agronômico (por exemplo, o gene que codifica a toxina de Bacillus thuringiensis conhecido como o gene Bt, ou genes para resistência ao herbicida não seletivo glifosato ) e por um ou mais genes marcadores que permitem selecionar as células transformadas e , em seguida, multiplicá-las em meio de cultura, in vitro . As plantas inteiras são então regeneradas por técnicas convencionais de cultura in vitro , envolvendo os hormônios vegetais auxina e citocinina .
Um estudo realizado em 2003 mostra que Agrobacterium tumefaciens exibe as características de um acidocalcisoma em sua estrutura, uma organela que se pensava existir apenas em arquéias e eucariotos . Esta descoberta é a primeira a mostrar uma característica comum a todos os reinos vivos.
Dentre os gêneros de plantas que podem ser afetados por Agrobacterium tumefaciens, todas dicotiledôneas , podemos citar: