| 单词 | 根癌农杆菌的Ti质粒 |
| 释义 | 【根癌农杆菌的Ti质粒】 拼译：tumour inducing plasmid of agrobacterium tumefeciens 植物冠瘿瘤是双子叶植物发生的一种植物肿瘤。1907年，Smith和Townsont发现这种肿瘤是由根癌农杆菌诱发的。根癌农杆菌属于根瘤菌科农杆菌属，为革兰氏阴性杆菌。1974年，Van Lerebeke在根癌农杆菌中发现一种与双子叶植物肿瘤诱导有关的质粒，即Ti质粒。1977年，Chilton等利用DNA分子杂交方法证明，在植物冠瘿瘤组织中存在着农杆菌的Ti质粒的一个片段，称转移DNA(T-DNA)。T-DNA在植物细胞基因组中整合和表达导致肿瘤的发生。在此以后，以Ti质粒为基础的植物遗传转化研究获得迅速发展。1983年，Fraley等首次用Ti质粒作为载体把细菌的卡那霉素抗性基因插入矮牵牛细胞中并成功地表达。1985年，Horsch发明了植物组织圆盘转化法，大大提高了植物遗传转化效率。迄今为止，人们利用Ti质粒向植物细胞中传递外源基因的能力，已将近30种植物的、动物的及微生物的外源基因导入植物细胞得以表达。这些基因有氯霉素乙酰转移酶基因、新霉素磷酸转移酶基因、外壳蛋白基因、豌豆云扁豆基因、二磷酸核酮糖羧化酶小亚基基因、叶绿素a／b结合蛋白基因、大豆和玉米热冲击蛋白基因、大豆种子蛋白基因、玉米贮藏蛋白基因、鸡卵蛋白和α－肌动蛋白基因以及人类生长因子基因等，并成功地得到烟草、矮牵牛、向日葵、番茄等植物细胞系或植株。 Ti质粒是根癌农杆菌细胞内染色体外的一种环状双链DNA分子，平均周长54．1～75．4μm。分子量为9～15×107，含有15万～23万bp。Ti质粒上有两个区域，即T区(T-DNA在Ti质粒上的相应部位)和Vir区，是诱导植物细胞所必需的。在T区的两端边界处还各有一个25bp组成的顺向重复序列(LB和RB)。T-DNA具有很强的携带能力，将任何一个50kb以下的外源DNA序列插入这两个边界序列之间，都可以转移到植物基因组中。右边界(RB)要比左边界(LB)活跃得多，是基因转移必不可少的，如果缺失将会使转移功能丧失或降低。在右边界的右侧和左边界的右侧还分别存在两个17bp的顺向重复序列，即OD序列。这段序列与T-DNA的高效率转移有关。另外，在靠近Vir区还有一个称pin的植物诱导基因的基因，它受植物细胞代谢物的调节。Ti质粒上的T-DNA导入植物基因组中得以整合和表达，从而转化植物细胞是自然界存在的天然遗传工程系统。研究资料表明，T-DNA上的功能基因带有植物细胞可识别的表达调节信号，可依赖植物细胞中的RNA聚合酶进行RNA的转录。在转化的植物细胞中T-DNA具有编码植物激素合成的基因，还载有编码冠瘿碱合成及分泌的基因。当植物激素基因在植物细胞中表达时，可产生大量生长素和细胞分裂素，因而破坏植物细胞中内源激素的平衡，导致植物产生肿瘤。编码冠瘿碱合成的基因在转化的植物细胞中特异性的表达产生不同类型的氨基酸或糖的含氮衍生物，即冠瘿碱(opine)。现已发现有章鱼碱、胭脂碱、农杆碱等15种之多。这类物质可作为根癌农杆菌生长所需要的碳源和氮源。Vir区是T-DNA以外涉及诱发肿瘤的区域，位于T-DNA的右侧，长约35kb。从检验过的Ti质粒中发现，Vir区是高度保守的，该区与T-DNA的转移过程密切相关，但它不会整合到植物细胞中去，因此与肿瘤的转化没有关系。已经鉴定在Vir区有6个互补位点，即VirA、VirB、VirC、VirD、VirE、VirG。每一个位点对应于一个独立的转录单位。对Vir区的不同位点基因功能分析后认为，VirA和VirG是正的调节基因，当二者同时发挥作用时，能够调节其它Vir基因的表达。如果二者发生了突变，其它Vir基因就无法表达，使得根癌农杆菌转化植物细胞的能力完全丧失。在Vir区基因表达中必需要植物细胞本身能够释放出诱导物质，据认为这类物质为双子叶植物细胞壁合成的前体，具有活化Vii基因、启动T-DNA转移的功能。植物细胞释放出来的诱导物质中，以乙酰丁香酮的诱导能力最强，其次是丁香酸、芥子酸。另外，如邻苯二酚、对羟苯甲酸、邻苯三酚、没食子酸、香草酸等也可作为诱导物质，但其效率较差。如果各种诱导物质同时存在，其效应要比单个诱导物质的作用强得多。一些研究资料表明，根癌农杆菌之所以不能感染大多数单子叶植物，是因为这些植物不能产生足够的诱导物质。近年来这方面的工作有了一定进展，例如将根癌农杆菌与马铃薯块茎共同培养一段时间后，再用其感染单子叶植物石刁柏组织，获得成功的转化。1989年Nester等发现，VirA和VirG都是单个的基因，都只有编码一个多肽。VirA编码的蛋白存在于根癌农杆菌细胞内膜上，当它与乙酰丁香酮等植物诱导物质结合以后，整个VirA的蛋白构象发生变化，使之处于活化状态。被活化的VirA激活细胞内的VirG产物之后，再诱导Vir区内的其它基因，促使它们转录表达并发挥其作用。VirD编码的多肽表现为限制性内切酶活性，能够识别并切割TDNA左右两个25bp边界序列，然后复制产生单链的T-DNA；VirB的产物可能在T-DNA向植物细胞转移过程中起一定的作用；VirC、VirE可能影响到根癌农杆菌的宿主范围，降低肿瘤的形成率。1985年，Stachel等认为T-DNA是以单链的形式向受体细胞转移的，并在转移过程中显示其极性。OD序列能够促进TDNA的转移。有人认为OD序列在决定VirD编码的内切酶在切割T-DNA的程度上起着关键性的作用。根癌农杆菌附着在植物细胞壁上是转化植物细胞早期阶段的必要步骤。它不是发生在Ti质粒上，而是在根癌农杆菌染色体的ChvA和ChvB两个位点与其转化植物细胞有关。Stacoy等分析ChvB基因控制着β－1，2－葡聚糖的合成，在农杆菌附着过程中起主要作用。而β－1，2－葡聚糖分布在农杆菌细胞表面，它是附着植物细胞壁所必需的化合物质。另外，农杆菌染色体上的一个位点pscA能够影响到菌株表面的多糖组分发生变化，从而影响植物细胞的附着功能。根癌农杆菌中的Ti质粒是植物遗传工程的有效载体系统。该系统将外源基因引入植物细胞是一条很重要的途径。在转化植物过程中发生一系列复杂的反应，它包括农杆菌附着植物细胞，Vir区的基因诱导，T-DNA的加工形成与转化，以及植物细胞核基因的整合和在细胞中的表达等。虽然这些方面的研究取得许多有意义的结果，但由于根癌农杆菌主要侵染双子叶植物，除少数单子叶植物外，对农业具有重要经济价值的单子叶植物如玉米、小麦、水稻等很难侵染，使其应用范围受到一定限制。1984年，Hooykaes-VanSlogteren等将根癌农杆菌感染单子叶植物吊兰(百合科)和水仙(水仙花科)后观察到结瘤现象，他们认为农杆菌的T-DNA导入单子叶植物与双子叶植物细胞的机制很可能是一样的，因此有可能作为单子叶植物的有用载体，但能否转化禾本科的单子叶植物还有待进一步研究。迄今，转移外源基因的研究主要集中在单个基因控制的质量性状，而对农业产量有关的多基因数量性状则无能为力。此外，植物本身及从亲代到子代的传递T-DNA导入基因的稳定性以及宿主范围等，提高带有外源基因的Ti质粒的转化频率，分离成功转移到植物细胞中的基因方面，如在植物生命活动中具有重要作用的固氮基因、氢吸收基因、水裂解基因、脱氮基因、渗透调节基因、羧化酶基因、贮存蛋白基因、抗性基因、光调节基因等都属于进一步研究的范围。【参考文献】：1 Larebeke van N，et al．Nature，1974，252：169～1702 Chilton M D，et al．Cell，1977，11：263－2703 Akigoshi D E，et al．PANS，1984，81：5994－59984 Puvanesarjan V，et al．J Bacteriol，1985，164：102～1065 Stachel S E，et al．Nature，1985，318：624～6296 Peralta E G，et al．The EMBO J．，1986，5：1137～11427 Bhatia C R，et al．Proc．Acad．Sci(Plant Sci．)，1986，96：79～1128 Nester E W．遗传，1989，5：40～42(安徽大学陈钦耀副教授撰) |
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