Agrobacterium tumefaciens è un fitopatogeno che trasforma geneticamente le piante con un processo che rientra normalmente nel suo ciclo vitale, Il batterio attacca solo le dicotiledoni. Tale trasformazione porta alla formazione di un tumore (cellule con crescita incontrollata) denominato “tumore o galla del colletto”. Il tumore del colletto dipende dal trasferimento, dall’integrazione e dall’espressione di geni locati su di un segmento di DNA chiamato “T-DNA” (DNA transfer)” che è situato all interno di un plasmide denominato Ti (Tumor inducing).
La formazione del tumore del colletto si sviluppa in:
1. Riconoscimento ed adesione di Agrobacterium alla pianta
• Avviene solo inzone della poanta dove c’è una ferita. I tessuti feriti della pianta essudano dei composti fenolici (Acetosiringone ed idrossi-acetosiringone) che agiscono da “segnale” per il batterio
• Il riconoscimento richiede la presenza di recettori complementari sulla superficie del batterio (polisaccaridi della parete cellulare) e della cellula vegetale (pectina).
2. Ancoraggio alla zona ferita
• Il batterio produce microfibrille di cellulosa che intrappolano le cellule vegetali formando degli aggregati di batteri sulle cellule vegetali
3. Induzione della virulenza
• L’acetosiringone e l’idrossiacetosiringone inducono l’attività dei geni della virulenza (in particolare virA e virG) compresi nel plasmide Ti
Le proteine che riconoscono e rispondono ai “segnali” della pianta (VirA e VirG) appartengono ad una grande famiglia di proteine regolatrici chiamate “Sistema a due componenti” .
La presenza della molecola “segnale” attiva la proteina chinasi (“il sensore “ VirA , codificato da virA) che fosforila il prodotto del gene virG. Questo attivato, attiva a sua volta la trascrizione degli altri geni vir.
4. Taglio della regione T-DNA e formazione di un T-DNA lineare a singola elica
• I prodotti dei geni virD1 e virD2 hanno attività endonucleasica e tagliano una singola elica del T-DNA nelle regioni “borders” adiacenti alle unità ripetitive di 25 bp.
• VirD2 rimane attacata alla parte destra (5’) del frammento forse come “pilota” del trasferimento. Allo stesso tempo sul plasmide viene sintetizzata la parte mancante
5. Trasferimento del T-DNA
• Sono implicate due proteine. Il prodotto genico di virE che si lega al T-DNA, facilita il suo srotolamento (unwinding) e lo trasporta nella cellula della pianta.
• L’iniezione è catalizzata dai prodotti genici di virB (11 geni). Uno di questi forma una struttura simile ad un poro che facilita il trasferimento del T-DNA attraverso la membrana.
6. Integrazione del T-DNA sul genoma della pianta
• Il T-DNA entra nel nucleo della cellula vegetale e si duplica. Si ammette che l’integrazione nel genoma dipende dalla sequenza di 25 bpdel lato destro del T-DNA. I siti bersaglio sul genoma vegetale sono sequenze specifiche (ripetizioni invertite o ripetizioni dirette in tandem).
7. Formazione del tumore
• I geni localizzati nel T-DNAvengono attivati dopo che il T-DNA si è inserito nel genoma vegetale
• iiaM e iiaH codificano per enzimi che portano alla formazione dell’auxina (acido indolacetico)
• tmr codifica per l’isopenteniltransferasi responsabile della formazione delle citochinine.
Auxine e citochinine prodotte in eccesso dalla pianta trasformata portano all’insorgere dei tumori nella pianta.
8. Produzione di opine da parte della pianta e loro utilizzo da parte di Agrobacterium
• Il T-DNA integrato contiene anche il gene ops per la sintesi di un opina (opina –sintetasi)
• Le opine sono amminoacidi modificati (condensazione tra l’arginina e un chetoacido o uno zucchero)
• Octopina: arginina e acido piruvico
• Nopalina: arginina e aldeide-a-chetoglutarica
Le opine vengono sintetizzate all’interno del tumore della pianta trasformata e poi vengono secrete. Agrobacterium utilizza le opine come fonte di carbonio e di energia poiche sul plasmide Ti possiede i geni per il loro catabolismo. I batteri induttori di un tipo particolare di opina (ad es. octopina) possono utilizzare solo l’octopina e non altri tipi di opine.
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