انتقال ژن به گیاه به واسطه آگروباکتریوم

قسمت اول

 

28 سال پیش استفاده از Agrobacterium tumefaciens به عنوان ناقلی برای خلق گیاهان تراریخته یک رویا بود. امروزه به راحتی با این باکتری انتقال ژن به بسیاری از گونه­های مهم زراعی و باغی انجام می­شود و تعداد گونه­هایی که مستعد انتقال ژن با آگروباکتریوم هستند، روز به روز افزایش می­یابد.

 

در تعدادی از کشورهای پیشرفته، سطح وسیعی از مزارع گیاهان مهم اقتصادی مثل ذرت، سویا، کلزا، پنبه، سیب­زمینی و گوجه فرنگی به گیاهان تراریخته اختصاص یافته است و روند رو به رشدی در تولید این گیاهان تراریخته با استفاده از آگروباکتریوم، در مقایسه با بمباران ذره­ای دیده می­شود. اما هنوز چالش­های متعدد مستقل از ژنوتیپ در انتقال ژن به بسیاری از گونه­های مهم زارعی و همچنین گونه­های جنگلی مورد استفاده در صنایع چوب و کاغذ وجود دارد. به علاوه، ابراز پایدار و قابل پیش­بینی ژن­های تراریخته کماکان غامض و پیچیده می­باشد. تاکنون در چندین مقاله مروری عالی، جنبه­های مختلف زیست­شناختی آگروباکتریوم، با جزییات شرح داده­ شده است.<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

در این مقاله، نویسنده توضیح می­دهد که چگونه دانشمندان با استفاده از دانش پایه زیست­شناسی آگروباکتریوم، این باکتری را به عنوان ابزاری در مهندسی ژنتیک گیاهی توسعه می­دهند. نویسنده همچنین در جستجوی این موضوع است که چگونه درک رو به گسترش ما از زیست­شناسی آگروباکتریوم به ما در توسعه کاربرد انتقال ژن به واسطه این باکتری کمک می­کند. وی عقیده دارد که بهبود فناوری انتقال ژن نیاز مبرمی به دست­ورزی این فرآیندهای بنیادی زیست­شناختی خواهد داشت.

 

طبقه‌بندی جنس آگروباکتريوم و طيف ميزبانی

 

جنس آگروباکتریوم به تعدادی گونه تقسیم می­شود. این تقسیم­بندی عمدتاً بر اساس علائم حاصل از بیماری و طیف میزبان می­باشد. بنابراین، A. radiobacterیک گونه غیر بیماری­زا است، A. tumefaciensعامل بیماری گال تاجی، A. rhizogenes عامل بیماری ریشه مویی و A. rubi عامل بیماری گال نیشکر می­باشد. به تازگی یک گونه جدید به نام A. vitis که عامل ایجاد گال در انگور و تعداد دیگری گیاه است، نیز پیشنهاد شده است. گرچه Bergey's Manual of Systematic Bacteriology هنوز این نام­گذاری را منعکس می­نماید ولی این طبقه­بندی پیچیده و گیج­کننده است. ما می­دانیم که در اکثر موارد، علائم بیماری یاد شده حاصل از نوع پلاسمید مولد تومور است که در درون سویه خاصی وجود دارد. از دست دادن پلاسمید مولد تومور یا جایگزینی آن با پلاسمید دیگر، می­تواند باعث تغییر علائم بیماری شود. به عنوان مثال، آلودگی گیاهان با A. tumefaciens C58 که دارای پلاسمید pTiC58 از دسته پلاسمیدهای نوپالین می­باشد، باعث ایجاد گال تاجی جنینی می­شود. اگر این پلاسمید حذف شود، این سویه باکتری غیر بیماری­زا می­شود. وارد کردن پلاسمید Ri به این سویه که پلاسمید خود را از دست داده است، باعث تبدیل باکتری به سویه A. rhizogenesمی شود. به علاوه، با وارد کردن پلاسمید Ti (القا کننده تومور) از A. tumefaciens به A. rhizogenes، سویه ایجاد شده تومورهایی با ظاهری تغییریافته در گیاه Kalanchoeایجاد می­کند.بنابراین، چون A. tumefaciens می­تواند به راحتی با جانشینی یک نوع پلاسمید سرطان­زا با پلاسمید دیگر، به A. rhizogenesتبدیل شود، واژه گونه معنی خود را از دست می­دهد. شاید یک سیستم طبقه­بندی با معنی­تر، جنس آگروباکتریوم را بر اساس خصوصیات متبولیکی و رشد به biovar هایی تقسیم نماید. با استفاده از این سیستم، اکثر سویه­های A. tumefaciens و  A. rubiبه biovar اول تعلق داشته، سویه­های A. rhizogenesbiovar دوم را تشکیل داده و biovar سوم نماینده سویه­های A. vitisمی­باشد. سیستم دیگری نیز برای طبقه­بندی جنس آگروباکتریوم پیشنهاد شده است. تکمیل توالی­یابی DNA کل ژنوم A. tumefaciens C58 که مرکب از یک کروموزوم خطی، یک کروموزوم حلقوی، یک پلاسمید Ti و یک پلاسمید بزرگ دیگر می­باشد، ممکن است نقطه شروعی برای طبقه­بندی مجدد سویه­های Agrobacteriumدر گونه­های واقعی گردد. علی­رغم سرگردانی موجود در طبقه­بندی گونه­ها، شاید مهمترین موضوع در مهندسی ژنتیک گیاهان، طیف میزبانی سویه­های مختلف آگروباکتریوم ­باشد. به عنوان یک جنس، آگروباکتریوم می­تواند DNA را به تعداد قابل ملاحظه­ای از موجودات زنده شامل بسیاری از دولپه­ای­ها و تک­لپه­ای­ها در گونه­های نهان­دانه و بازدانگان منتقل نماید. به علاوه، آگروباکتریوم توانایی انتقال ژن به قارچ­هایی مثل مخمر، آسکومیست­ها و بازیدومیست­ها را دارد. در سال 2001 انتقال DNA به سلول انسانی توسط آگروباکتریوم گزارش شده است. اساس مولکولی و ژنتیکی طیف میزبان یک سویه آگروباکتریوم هنوز روشن نشده است. مطالعات اولیه حاکی از این است که پلاسمید Ti در مقایسه با ژن­های کرورموزومی، تعیین­کننده ژنتیکی اصلی طیف میزبانی می­باشد. نشان داده شده است که چندین مکان ژنی بیماری­زایی (vir) بر روی پلاسمید Ti ازجمله virCو virF، در تعیین گونه­های گیاهی که انتقال ژن به آنها می­تواند صورت گیرد تا تومورهای گال تاجی ایجاد شود، نقش دارند. مشخص شده که مکان ژنی virH که قبلاً pinF نامیده می­شد، در توانایی آگروباکتریوم در انتقال ژن به ذرت موثر می­باشند. سایر ژن­های vir مثل virGنیز در بیماری­زایی بیش از حد برخی سویه­های خاص مشارکت دارند.

به هرحال اکنون روشن شده است که طیف میزبانی فرآیند بسیار پیچیده­ای می­باشد که تحت کنترل ژنتیکی چندی عامل در باکتری و میزبان گیاهی می­باشد. نتیجه هر تلاش و تحقیقی برای انتقال ژن به گیاهان مختلف، خصوصاً گیاهان جدید، اطلاعاتی درباره طیف میزبانی آگروباکتریوم به ما می­دهد. به طور مثال، امروزه انتقال ژن به بسیاری از گونه­های گیاهان تک­لپه مثل ذرت، برنج، جو و گندم توسط بسیاری از سویه­های  آگروباکتریوم ممکن شده و و فنوتیپ مقاومت به علف­کش و آنتی­بیوتیک در آنها ایجاد شده است اما تومور گال تاجی در این گونه­های گیاهی رشد نمی­کند. شاید طیف میزبانی حاصل برهمکنش پلاسمید Ti خاصی با زمینه کروموزومی باکتریایی مشخصی باشد. به طور مثال، پلاسمید pTiBo542 در سویه طبیعی خود یعنی A. tumefaciens Bo542 قابلیت تومورزایی محدودی بر روی گونه­های متعدد بقولات دارد. این پلاسمید اگر در زمینه کروموزومی A. tumefaciens C58 قرار گیرد، باعث بیماری­زایی قوی در سویا و سایر بقولات می­شود. سرانجام، حساسیت به بیماری گال تاجی، یک اساس ژنتیکی در کدوییان، نخود، سویا، انگور و حتی اکوتیپ­های مختلف Arabidopsis thalianaدارد. نقش ژن­های بیماری­زایی باکتری و ژن­های میزبان در فرآیند انتقال ژن و راه­های دست­ورزی آنها برای مقاصد مهندسی ژنتیک، در ادامه شرح داده خواهد شد.

 

شکلی از پلاسميد Ti

منبع:

 Stanton B. Gelvin (2003), Agrobacterium-Mediated Plant Transformation: the Biology behind the "Gene-Jockeying" Tool. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 67:16-37.

/ 6 نظر / 138 بازدید
علی ربيعی

با سلام سپاس از موضوع جالبی که انتخاب فرموده ايد . از خوانندگان ارجمند تقاضامندم جهت تکميل اطلاعات خود در مورد ساختار پلاسميد مورد نظر به آدرس http://www.umanitoba.ca/afs/plant_science/COURSES/39-768/l02/ream1.gif مراجعه فرمايند .

يوز ايرانی

وبلاگ خوبی دارين به من هم سری بزنيد . درضمن اگر با تبادل لينک موافقيد لطفا در قسمت نظرات وبلاگ من بنویسید.

a

سلام...وبلاگ خوبی دارين...يه سری اطلاعات فارسی در مورد clone انسان و پروژه ی ژنوم انسان ميخواستم...اگه راهنمايی کنين ممنون ميشم...!

محمد درويش - مهار بيابان زايي

سلام بر كسري اصفهاني عزيز متأسفانه محيط زيست رنجور وطن، هر روز با فشارهاي بيشتري روبرو شده و كارايي خود را از دست مي‌دهد كه آخرين نمونه‌ي آن، روند شتابناك مرگ ارزشمندترين گونه‌اي ديرزيست جهان در البرز مركزي و نابودي يگانه بازمانده‌ي جنگل‌هاي هيركاني از دوران ژوراسيك (جنگل ابر)، به دليل احداث يك جاده در استان سمنان است. از اين رو، از تو هموطن عزيز تقاضا دارم تا در صورت امكان و به هر نحو كه مي‌تواني اعتراض خود را به اين اقدام «ناپايداركننده‌ي محيط زيست ايران عزيز»، در وبلاگت اعلام داري. يادمان باشد؛ يگانه راه پاسداري از آنچه كه باقيمانده است، تقويت آگاهي‌ها و حساسيت‌هاي زيست‌محيطي ايرانيان است و دنياي وبلاگستان ابزار مناسبي براي تحقق اين آرمان مي‌تواند باشد. باز هم از اينكه به نداي كمك طبيعت عزيزمان مي‌پيونديد، صميمانه سپاسگزاري مي‌كنم.

بهرام

[تایید]

ساهره رجبی

خیلی ممنون تو موضوع سمینارم خیلی کمکم کرد