|  |
اساس مولکولی انتقال ژن به گیاه توسط باکتری آگروباکتریوم، انتقال یک منطقه به نام T-DNA از یک پلاسمید بزرگ القا کننده تومور (Ti) از آگروباکتریوم و ادغام آن در ژنوم گیاه می باشد. در این مقاله آموزشی به طور خلاصه سازوکار این فرآیند شرح داده شده است.
اندازه پلاسمید Ti 200 تا 800 کیلو باز است. T-DNA یا DNA منتقل شونده در منطقه T بر روی پلاسمید Ti قرار دارد. فرآیند انتقال T-DNA از پلاسمید Ti و ارسال آن از باکتری به سلول گیاهی حاصل فعالیت ژن های بیماری زا (vir genes) می باشد که توسط پلاسمید Ti حمل می شوند.
پروتئین های VirA و VirG به عنوان عضوی از یک سیستم تنظیمی ژنتیکی دو بخشی حسی-ترارسانی پیام عمل می کنند. VirA یک شاخک پریپلاسمیک است که حضور ترکیبات فنلی گیاهی خاصی را در زمان زخم القا می شود، حس می کند. VirA با هماهنگی با یک مولکول حامل مونوساکاریدی به نام ChvE و در حضور مقدار مناسبی فنل و مولکول قند، خود و پروتئین VirG را فسفریله می کند. VirG در حالت غیر فسفریله غیرفعال است، اما در حالت فسفریله، این پروتئین به فعال شدن یا افزایش سطح رونویسی ژن های vir کمک می کند.
VirD4 به همراه 11 پروتئین VirB، یک سیستم ترشحی که برای انتقال T-DNA و چند پروتئین ها دیگر Vir شامل VirE2 و VirF لازم است، می سازند. شـایـد VirD4 بـه عنــوان یـک پیونـد دهنـده عمـل نمـایـد تـا برهمکنــش مـجـمـوعـه T-DNA/VirD2 با سیستم ترشحی رمزشده VirB را افزایش دهد. بیشتر پروتئین-های VirB یا کانال غشایی می سازند یا به عنوان ATPase، انرژی لازم برای تشکیل کانال یا فرآیندهای خروج مولکول ها را فراهم می کنند. چندین پروتئین شامل VirB2، VirB5 و احتمالاً VirB7 در ساختن T-pilus شرکت دارند. VirB2 اصلی ترین پروتئین پیلین است. عمل پیلوس در انتقال T-DNA هنوز روشن نیست، ولی شاید به عنوان کانالی برای عبور T-DNA و پروتئین های Vir عمل نماید یا شاید فقط به عنوان قلابی برای برقراری ارتباط با سلول گیاهی پذیرنده عمل نموده و باکتری و گیاه در نزدیکی هم قرار داده تا انتقال مولکولی موثری صورت گیرد. گرچه حداکثر القا ژن های vir در دمای 25 تا 27 درجه است، پیلوس برخی از سویه های آگروباکتریوم در دماهای پایین¬تر (18 تا 20 درجه)، پایدار هستند. تعیین درجه حرارات مناسب در کشت همزمان آگروباکتریوم و سلول های گیاهی یکی از عوامل مهم در موفقیت فرآیند انتقال ژن می باشد.
پروتئین¬های VirD2 و VirE2نقشی حیاتی و احتمالاً کامل¬کننده در انتقال ژن به واسطه آگروباکتریوم بازی می¬کنند. این دو پروتئین به همراه رشته T، مجموعه¬ای به نام مجموعه T تشکیل می¬دهند که شکل انتقال شونده T-DNA می¬باشد. به دلیل اتصال VirD2 به انتهای 5' رشته T، این پروتئین ممکن است به عنوان راهنمای این رشته برای عبور از کانال انتقالی عمل نماید. VirD2 همچنین ممکن است در مراحل دیگری از فرآیند انتقال ژن، در داخل سلول گیاهی، نقش داشته باشد. VirD2 دارای توالی "پیام مکان¬یابی هسته¬ای" (Nuclear Localization Signal) بوده که ممکن است در هدایت این پروتئین و T-DNA متصل به آن به سوی هسته سلول گیاهی، کمک نماید.
VirE2 یک پروتئین متصل شوند به توالی¬های غیر اختصاصی DNA تک رشته می¬باشد و وقتی به DNA تک رشته متصل شود (احتمالاً در سلول گیاهی)، می¬تواند DNA با ساختار پیچیده اتفاقی را تبدیل به حالتی شبیه به سیم پیچیده تلفن نماید. این شکل T-DNA، به هدایت آن از طریق روزنه¬های هسته با حرکات مارپیچی کمک نماید. ممکن است که یک وظیفه دیگر VirE2، تشکیل سوراخی در غشا سیتوپلاسمی برای تسهیل عبور رشته T باشد. همچنین VirE2 احتمالاً رشته T را از تجزیه نوکلئوتیدی در سیتوپلاسم و هسته گیاه محافظت می¬کند.
وجود یک مجموعه T مرکب از یک تک مولکول VirD2 که با پیوند کووالانت به انتهای 5' یک رشته T متصل شده است و به طور منظم توسط مولکول¬های VirE2 پوشیده شده، پذیرفته شده است اما این مجموعه تاکنون نه در آگروباکتریوم و نه در سلول¬های گیاهی شناسایی نشده است. همچنین ممکن است سایر پروتئین¬ها مثل Importin، VIP1 و حتی VirF، هم به طور مستقیم و غیر مستقیم با رشته T برهمکنش داشته و مجموعه T طویل¬تری در سلول گیاهی تشکیل دهند.
گرچه عموماً ژن هایvir رمز شونده توسط پلاسمید Ti به عنوان مهم ترین عامل انتقال ژن مورد توجه هستند، بسیاری از ژن های کروموزومی آگروباکتریوم نیز برای این فرآیند ضروری هستند. این نقش ها شامل تولید، تغییر و ترشح اگزو پلی ساکارید (pscA/exoC، chvA و chvB) و دیگر نقش ها در اتصال باکتری به سلول های گیاهی (ژن های att)، ناقلین قند درگیر در القا ژن های (vir chvE)، تنظیم القا ژن های (vir chvD) و حمل T-DNA (acvB) می باشد. ژن های دیگر مثل miaA، نیز ممکن است نقش کوچکی در فرآیند انتقال ژن داشته باشند. روشن شدن توالی کامل Agrobacterium tumefaciens ، مطمئناً بستر مناسبی برای کشف ژن های دیگری که در انتقال ژن به واسطه آگروباکتریوم درگیر هستند، فراهم می کند.
|
|
