¿Cuál es el mecanismo de formación de los tumores de agallas de corona?

Wang Jinsheng

Características fisiológicas, bioquímicas y genéticas de las agallas de la corona causadas por la infección por Agrobacterium tumefaciens de plantas dicotiledóneas. La infección de plantas dicotiledóneas y la inducción de agallas de la corona por Agrobacterium tumefaciens requieren condiciones fisiológicas específicas para la transferencia de genes patógenos a las células de la planta huésped y su integración en el genoma de la célula huésped.

Características de los tumores de agallas de la coronilla

Afectado por la interacción entre huésped y patógeno, presenta características morfológicas, fisiológicas, bioquímicas y genéticas.

Características morfológicas

Está determinada por el gen del plásmido Ti y las características de la planta huésped, manifestándose principalmente en la morfología y grado de diferenciación.

Forma

La forma varía mucho y se puede dividir en tipos lisos y rugosos según la suavidad y rugosidad de la superficie.

Grado de diferenciación

Los tejidos tumorales tienen diferentes grados de diferenciación. Algunas no se pueden distinguir; otras pueden diferenciarse en racimos de yemas. Los tumores que producen grupos de yemas pero no logran formar un tallo principal se llaman taratomas.

Características fisiológicas y bioquímicas

Las características fisiológicas y bioquímicas importantes de las células biliares de la corona son su capacidad para sintetizar un producto bioquímico especial: la opinión (se abre), que puede producir células que pueden crecer. espontáneamente de hormonas endógenas (ácido indolacético y citoquininas).

Síntesis de hormonas endógenas

La capacidad del tejido tumoral para sintetizar auxinas y citoquininas se mejora significativamente. Las células biliares de la corona pueden continuar proliferando en medio estéril sin hormonas (ácido indol acético y citoquinina).

Opina sintética

La opopina es una sustancia bioquímica única en el tejido biliar de la corona. Químicamente, es un derivado de la arginina. Las especies encontradas se enumeran a continuación.

Características genéticas

En los cromosomas celulares se encuentran fragmentos de ADN del plásmido Ti del patógeno, incluidos genes que codifican hormonas y genes para la síntesis de guanina. Debido a que el gen del plásmido Ti de Agrobacterium tumefaciens se transfiere e integra en el genoma de la planta, se denomina "ingeniería genética natural". Al estudiar su mecanismo, podemos comprender las reglas de expresión del ADN procariótico en eucariotas. El plásmido tumoral inductor de transferencia (plásmido Ti) en bacterias se ha transformado con éxito en un vector de ingeniería genética vegetal.

Genes que codifican hormonas

Existen al menos tres tipos, el gen del tumor en ciernes (tms) controla la síntesis de auxinas; el gen del nódulo de la raíz (tmr) controla la síntesis de citoquininas; El gen del tumor grande (tmL) controla el tamaño del tumor y también participa en la síntesis de hormonas.

Los genes que sintetizan la opina

El gen de la octopina sintasa (OCS) y el gen de la nopalina sintasa (NOS) han sido completamente estudiados.

Factores inductores de agallas en la corona

El proceso por el que Agrobacterium tumefaciens infecta las plantas dicotiledóneas e induce agallas en la corona implica una serie de factores físicos, químicos y genéticos.

Factores físicos

Principalmente traumáticos, incluida la exposición de los sitios de adsorción, lo que facilita la colonización bacteriana y favorece la transferencia de ADN bacteriano.

Los sitios de adsorción

son necesarios para la infección por patógenos y su ingrediente activo es el ácido poligalacturónico no metilado en los polisacáridos de la pared celular. El contenido de este componente en las dicotiledóneas es de 4 a 5 veces mayor que en las monocotiledóneas. Los componentes bacterianos implicados en la adsorción incluyen β-1, 2-glucano y otras sustancias.

Colonización de patógenos

Los nutrientes contenidos en el líquido de la herida son necesarios para el crecimiento y la colonización de la población bacteriana inicialmente adsorbida y tienen el efecto de estimular la formación de cilios bacterianos.

Promueve la transferencia de fragmentos de ADN en plásmidos Ti. La formación de cilios bacterianos tiene un impacto en la transferencia de ADN entre células bacterianas y entre células bacterianas y vegetales. Los compuestos fenólicos solubles en agua y varios polisacáridos de la pared celular liberados por las heridas de las plantas pueden inducir la expresión genética en la región Vir de bacterias patógenas.

Agrocolina Agrobacterium familia hooc-(CH2)3-ch-coohnh 3-cxnh-(CH2)3-ch-cooh/nhnopalinicacidoronalina hooc-(CH2)3-ch- coohnh-(CH2)3- cap.

Amoníaco 3 nopalina (dicarboxipropil arginina) familia del carmín CH3-CH-COOH 1 nhnhnh |-CH-CH-coohhistopina (carboxihistidina) CH3-ch-coohnh2-(CH2) 4-ch- cooh | -(CII 2)3-CH-cooctopinicacodornoopina (carboxietilornitina) CH3-CH-cohnnhnhnhnh-(CH2)3-CH-COOLt; octopina/NH Nombres de estructuras moleculares de la familia de las octopinas

Estructuras moleculares de algunas coronas alcaloides biliares

Estructura molecular nominal del agroquímico CH2-ch-ch-ch-ch oh oh oh oh n -coho-c-CH3 \/O CH2 manolina ho-CH2-ch-ch-ch-ch -ch-ch-ch-ch-ch 3 oh oh oh oh 1i oh NH 0oh-c-ch-CH3-CH2 -c-oh-ácido manínico (ácido manónico) ho-CH2-ch-ch-ch 2 ohn h0 ho-cn-CH2-ch.

Estructuras moleculares de varios faisanes de cresta (continuación)-1

Factores químicos

Los factores químicos importantes son las hormonas opinas y vegetales.

Opapina

Es producto de la expresión de genes patógenos en las células huésped. Las bacterias que pueden inducir al huésped a sintetizar algo de guanina también pueden utilizar estas guaninas como únicas fuentes de carbono y nitrógeno. Opine puede promover la transcripción del ADN-T en células tumorales y también está relacionada con la inducción de tumores y la transferencia de plásmidos.

Hormonas vegetales

Principalmente auxinas y citoquininas. Agrobacterium tumefaciens puede producir las dos hormonas anteriores en condiciones de cultivo artificiales. En las plantas transformadas, los niveles hormonales aumentaron significativamente debido a la introducción de genes hormonales en el plásmido Ti. Las principales manifestaciones son: ① Aumento del contenido hormonal en el tejido tumoral. ② Aumento de agentes protectores hormonales. Iaa * * * El yugo aumenta. El papel de las hormonas: ① Está relacionado con la aparición y morfología de los tumores, y las cepas que producen grandes cantidades de IAA son altamente patógenas. ②En relación con el rango de huéspedes, la hormona que afecta el rango de huéspedes es la citoquinina.

Genes

Los factores genéticos que afectan la tumorigénesis incluyen los plásmidos Ti y genes relacionados en el genoma cromosómico (Figura 1).

Plásmido de titanio

Es un factor genético extracromosómico que provoca tumores provocados por Agrobacterium tumefaciens. Es un plásmido grande con un peso molecular de 90 ~ 150 × 106 y contiene 150 ~ 230000 pares de bases (pb). Los genes relacionados con la tumorigenicidad en el plásmido Ti se distribuyen principalmente en fragmentos de la región T y fragmentos de la región Vir. El fragmento de la región T, también conocido como ADN-T, es una secuencia transferida del plásmido Ti e integrada en el cromosoma de la célula huésped, con una longitud de aproximadamente 23 kb (kilopares de bases). La región T contiene genes que controlan la morfología del tumor y codifican la opina sintasa. Las secuencias repetidas homólogas de 25 pb de largo en ambos extremos del ADN-T se denominan secuencias fronterizas y están relacionadas con el proceso de transferencia e integración del ADN-T en el genoma nuclear de la planta. La región Vir es una región inductora de tumores distinta del ADN-T en el plásmido Ti. Tiene aproximadamente 35 kb de largo y contiene 8 operones (VirA, VirG, VirB, VirC, VirD, VirE, VirH, VirF). Aunque estos genes no se transfieren a la planta, son importantes para la patogenicidad del patógeno. Las proteínas VirA y VirG son dos componentes de un sistema regulador de dos componentes. VirD está asociado con el procesamiento temprano del ADN-T. La interacción entre VirC y VirD promueve la formación de la región T y la frecuencia de transferencia de ADN-T. VirE codifica una proteína de unión al ADN monocatenaria y participa en la generación del ADN-T. Muchos de los productos proteicos codificados por VirB están relacionados con las propiedades de la membrana celular, como la formación del canal de ADN T, la actividad ATPasa y la autofosforilación. VirH y VirF se identificaron en el plásmido octopino y sus funciones no se han estudiado completamente.

Figura 1 Mapa del gen molecular del ADN del plásmido Ti

1. Plásmido Ti de nopalina 2. Plásmido Ti de pulpo acs: Factor de Agrobacterium agc: Gen del catabolismo de Agrobacterium ags :Gen del catabolismo de Agrobacterium agr:Agrobacterium gen del catabolismo arc: gen del catabolismo de la arginina noc: gen del catabolismo del carmín nos: gen del carmín sintasa ocs: gen de la octopina sintasa occ: gen del catabolismo de la octopina trnr: gen del nódulo de la raíz tml = = base del nódulo grande. Porque tms: gen tumoral germinal tra: gen de transferencia de plásmido ori: origen de replicación vir: región de toxicidad, incluidos varios genes oncogénicos TR: ADN-T del brazo derecho TL: ADN-T del brazo izquierdo genes cromosómicos.

Se han identificado más de 10 genes, de los cuales tres loci (chvA, chvB, exoC) están implicados en la adsorción. Las mutaciones en estos sitios hacen que las bacterias pierdan su virulencia debido al impacto en la adsorción. La proteína codificada por chvA es necesaria para el transporte de β-1,2-glucano a la matriz extracelular. Después de que la proteína 235 × 1000 codificada por chvB se une a la membrana, el β-1,2-glucano se puede convertir en una estructura de anillo. ExoC codifica una enzima que convierte el glucano-6-fosfato en glucano-1-fosfato, que es necesario para la síntesis de celulosa y β-1,2-glucano. Debido a que el β-1,2-glucano es polimórfico, puede haber otros factores involucrados en la adsorción celular.

Regulación genética

Según estudios de homología de proteínas, el mecanismo de regulación genética de Agrobacterium tumefaciens es coherente con muchos sistemas reguladores de dos componentes. La primera proteína puede detectar señales ambientales especiales y luego transmitir la información a la segunda proteína, que a su vez activa una serie de genes sensibles al medio ambiente (Figura 2).

Regulación de VirA y VirG La proteína VirA es una proteína transmembrana. Dos regiones hidrófilas conectan el extremo N de la proteína con la membrana plasmática, una región sobresale hacia el citoplasma, mientras que el extremo C permanece en el citoplasma. La proteína VirA interactúa con las señales moleculares de las plantas y se activa por autofosforilación. El grupo fosfato de histidina fosforilado en la proteína VirA se transfiere directamente a la proteína VirG, lo que hace que la señal fosfo-VirG aumente gradualmente. La transferencia de fosfato se produce muy rápidamente. Cuando la proteína fosfo-VirA se mezcla con la proteína VirG durante 5 segundos, aparece la proteína fosfo-VirG. Lo que está fosforilado en la proteína VirG es el ácido aspártico.

La proteína VirG regula la "caja Vir"

Vir-box es una secuencia conservada de 12 pb reconocida por la proteína VirG y está situada aguas arriba de cada gen Vir. La tecnología Tracer demuestra que ambas cadenas de la "caja Vir" están cubiertas con proteína VirG. La fosforilación mejorada de la proteína VirG tiene un impacto en la afinidad de virbox y la actividad transcripcional antes de la unión de la ARN polimerasa.

La "región virtual" regula la "región T"

El gen de la región Vir tiene dos sitios tóxicos, D1 y D2, que están relacionados con el procesamiento del ADN-T. Codifican enzimas ADN isomerasas y endonucleasas que reconocen secuencias fronterizas de ADN-T. Por lo tanto, se forma un punto de escisión específico en la secuencia de repetición límite inducida por el gen de la región Vir, dando como resultado moléculas que contienen secuencias límite que incluyen o excluyen el ADN-T, logrando así la transformación del ADN-T. El ADN-T puede ingresar a las plantas como ADN-T monocatenario.

Figura la interacción entre las proteínas vira y VirG y el modo de interacción con "virbox" (citado en Nester, E.W. 1991)

Bibliografía

Hennecke y Verma, D.S., Avances en la genética molecular de las interacciones entre plantas y microbios, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht/Boston/Londres, 1990.