Ti質(zhì)粒的作用PPT課件

1、1,植保生物技術(shù)06,根癌病和Ti質(zhì)粒的作用 高必達(dá),2,根癌?。ü诎`?。┑奶卣?是在根上或莖上產(chǎn)生癭瘤，以木本植物上最常見，但草本植物也也受侵染。寄主植物達(dá)90多科600多種,3,癥狀,4,番茄（左）和橄欖（右,5,桃（左）和衛(wèi)矛（右,6,圓葉葡萄（左）和向日葵（右,7,病害循環(huán),8,根癌菌附著在植物細(xì)胞表面,9,根癌菌和根癌病,10,根癌病菌和質(zhì)粒,11,根癌病菌的質(zhì)粒,涉及根癌病的基因大多位于一個(gè)大質(zhì)粒，即Ti (tumour-inducing)上。質(zhì)粒是一種與染色體分離的、可在細(xì)胞中獨(dú)立復(fù)制的、可通過接合作用從一細(xì)菌轉(zhuǎn)移到另一細(xì)菌的環(huán)狀DNA。質(zhì)粒上的基因編碼的是一些非必需功能，因?yàn)楫?dāng)

2、細(xì)菌丟失質(zhì)粒之后仍可正常培養(yǎng),12,Ti質(zhì)粒,13,質(zhì)粒在細(xì)菌中的主要作用,通過對(duì)細(xì)菌菌株進(jìn)行“治療”容易顯示出來。當(dāng)細(xì)菌在接近其溫度上限生長(zhǎng)時(shí)（對(duì)根癌農(nóng)桿菌來說大約為30度），喪失致病性。然而，質(zhì)粒的丟失并不影響細(xì)菌在培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)-質(zhì)粒缺失的細(xì)菌也能形成完整的功能,14,質(zhì)粒轉(zhuǎn)移,在實(shí)驗(yàn)室里我們能通過先對(duì)根癌農(nóng)桿菌進(jìn)行“治療” ，然后把其中的質(zhì)粒引入到期貨生物體內(nèi)。把Ti質(zhì)粒導(dǎo)入到固氮菌中會(huì)引起固氮菌形成癭瘤，而把Sym質(zhì)粒導(dǎo)入到農(nóng)桿菌中則導(dǎo)致類似固氮瘤的形成，雖然它們的功能都不完整,15,這樣一些研究引出了很多關(guān)于細(xì)菌性質(zhì)的令人感興趣但同時(shí)又富有挑戰(zhàn)性的問題。例如：既然這些微生物在丟失或

3、獲得非必須的質(zhì)粒后能發(fā)生極大的變化細(xì)菌種或?qū)俚拿烤褂惺裁凑嬲饬x？在自然群體中有多少基因通過質(zhì)粒和其它可轉(zhuǎn)移的遺傳因子發(fā)生交換,16,從傷口侵入,根癌農(nóng)桿菌一般生活在植物的根上或根圍，利用植物根組織分泌物作為營養(yǎng)存活，它們僅僅通過傷口侵染，不管是天然的傷口還是在種苗移植或農(nóng)事操作時(shí)留下的傷口，這種對(duì)傷口的要求能夠在實(shí)驗(yàn)室中很容易地得到證明,17,實(shí)驗(yàn)證明,例如：圖C中顯示的是先在兩個(gè)蕃茄株的莖基部滴一滴根癌農(nóng)桿菌的懸浮液，而后分別用針在菌液處刺一個(gè)小孔，5周后所拍的照片。圖D中顯示的是另一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，先用細(xì)菌懸浮液加到新鮮的胡蘿卜切面上，兩周后可見有綠色的根癌從切片中心維管系統(tǒng)周圍的分生組

4、織上長(zhǎng)出,18,在自然條件下，根癌農(nóng)桿菌的可動(dòng)細(xì)胞依靠趨化性向受傷位點(diǎn)靠近。這部分是對(duì)根部釋放糖和根的其它普通成分的反應(yīng)，質(zhì)粒丟失的菌株也有這種情況，然而，包含Ti質(zhì)粒的菌株的反應(yīng)則強(qiáng)烈的多。因?yàn)橘|(zhì)粒能識(shí)別傷流中的一些酚類物質(zhì)如乙酰丁香酮（見圖F）。這種物質(zhì)既使在很低的濃度下也能強(qiáng)烈吸引質(zhì)粒（10-7Mol/L），因此Ti質(zhì)粒的功能之一就是編碼額外的、存在于細(xì)胞膜上且使細(xì)菌能識(shí)別傷口的特異性趨化受體,19,侵染,20,Ti質(zhì)粒編碼一種嵌在細(xì)菌細(xì)胞膜上的營養(yǎng)吸收蛋白根癌堿（opine)透酶的基因，這種質(zhì)粒同時(shí)也能拷貝和切下它自已的部分DNA，并使之進(jìn)入植物細(xì)胞從而使植物產(chǎn)生根癌堿,21,乙酰丁香

5、酮,乙酰丁香酮在侵染過程中起 著很重要的作用，因?yàn)樗?在高濃度下（10-5-10-4Mol/L），激活Ti質(zhì)粒中毒性基因(Vir)的表達(dá)，（詳見圖G）， Vir基因能制約侵染的過程，尤其在以下方面：1、導(dǎo)致存在于細(xì)菌蛋白膜上用來吸收癌腫組織產(chǎn)生的物質(zhì)（如根癌堿等）的蛋白（透酶）的產(chǎn)生。2、導(dǎo)致能切下Ti質(zhì)粒上叫TDNA（轉(zhuǎn)移DNA）的內(nèi)切酶（限制性內(nèi)切酶）的產(chǎn)生,22,根癌農(nóng)桿菌C58菌株中Ti質(zhì)粒上的一些主要功能區(qū)示圖,T-DNA = 可轉(zhuǎn)移 DNA; Noc =煙脂堿合成基因; Ori = 質(zhì)粒復(fù)制起點(diǎn); Con = 制約質(zhì)粒通過接舍作用轉(zhuǎn)移到其它農(nóng)桿菌菌系的區(qū)域; Acc =農(nóng)桿堿代謝

6、基因; tzs = 反式玉米素合成基因; Vir = 毒性基因,23,T-DNA轉(zhuǎn)移,如圖E中的表中所示，被切下的TDNA由細(xì)菌釋放后然后進(jìn)入植物細(xì)胞。然后整合進(jìn)植物的染色體并支配這些細(xì)胞的功能。這種轉(zhuǎn)移的確切機(jī)制仍不是很清楚，但看起來是一個(gè)有條件的過程。也許是受細(xì)菌產(chǎn)生細(xì)胞分裂素（植物激素）所介導(dǎo)。Ti質(zhì)粒上的tzs（反式玉米素）基因編碼這種激素,24,T-DNA剪切轉(zhuǎn)移,25,接合轉(zhuǎn)移菌毛形成,26,插入整合,27,需要指出的是，質(zhì)粒中只有一小部分（TDNA）進(jìn)入植株，其它的部分則留在細(xì)菌中承擔(dān)其它的功能。當(dāng)整合進(jìn)植物的基因組后，TDNA上的基因負(fù)責(zé)編碼細(xì)胞分裂素的產(chǎn)生、吲哚乙酸的產(chǎn)生合成

7、和釋放新的植物代謝產(chǎn)物根癌堿和農(nóng)桿堿,28,這些植物激素提高了植物細(xì)胞生長(zhǎng)的正常平衡點(diǎn)，導(dǎo)致癭瘤的產(chǎn)生并因此給細(xì)菌的生長(zhǎng)提供了一個(gè)營養(yǎng)富集的環(huán)境。根癌堿是一種獨(dú)特的氨基酸衍生物，與正常的植物產(chǎn)生的物質(zhì)不一樣，同樣，農(nóng)桿堿也似乎是一種獨(dú)特的磷酸糖類衍生物，所有這些物質(zhì)都能被根癌菌用作唯一的碳源和能量來源。由于在正常的植物細(xì)胞中缺少這些物質(zhì)，所以它提供給根癌菌獨(dú)一無二的其它細(xì)菌都不能利用的食物源,29,不同的根癌菌菌株包含不同的類型的Ti質(zhì)粒，這些不同的質(zhì)粒編碼產(chǎn)生不同類型的根癌堿 ，其中最常見的一種Ti質(zhì)粒（從根癌農(nóng)桿菌C56菌株中發(fā)現(xiàn)的，如圖G）能產(chǎn)生煙脂堿（如下圖）和農(nóng)桿堿 A ，這種質(zhì)粒留

8、在細(xì)菌中的部分負(fù)責(zé)編碼吸收和代謝這些物質(zhì)的基因（即圖中所示的Noc和Acc基因）。另一種常見的Ti質(zhì)粒類型負(fù)責(zé)編碼和合成章魚堿（octopine） 和農(nóng)癭堿（Agropine）,30,Nopaline,31,Ti質(zhì)粒向植物轉(zhuǎn)移期間的分子互作,32,Ti質(zhì)粒向植物轉(zhuǎn)移期間的分子互作2,33,在自然條件下細(xì)菌之間到底有多少遺傳物質(zhì)的相互交換發(fā)生,從自然或栽培環(huán)境中的植物根表面分離出的根癌農(nóng)桿菌，絕大多數(shù)菌株（90%或更高）是不致病的，既使這些分離物是來自有根癌病的植物也是如此，這些非致病的菌株傳統(tǒng)上被命名為放線農(nóng)桿細(xì)菌（ Agrobacterium radiobacter ）。因此得出結(jié)論，根癌農(nóng)桿菌基本上是一種根圍習(xí)居菌，其中只有一小部分菌株（包含Ti質(zhì)粒）有致病性，巧合的是，對(duì)根瘤菌也是一樣，根瘤菌中也只有一小部分菌株能產(chǎn)生根瘤，大部分的根部分離物都不能產(chǎn)生植物根瘤狀物,34,這在許多方面這些都有生物學(xué)意義：根癌農(nóng)桿菌基本上是根圍習(xí)居菌，因?yàn)樵诟鶇^(qū)若有一個(gè)定居菌群，農(nóng)桿菌的致病菌株只對(duì)傷口快速反應(yīng)（趨化性）。 但是Ti質(zhì)粒是一種接