T_DNA转移研究进展

第5卷　第3期(专辑) 2001年11月

生命科学研究

Life Science Research

V ol.5　N o.3

(Suppl.)

N ov.2001 T2DNA转移研究进展Ξ

王自章1,张树珍2,李杨瑞3

(1.广西大学农学院,中国广西南宁　530005;　2.中国热带农业科学院生物技术国家重点实验室,

中国海南海口571101;　3.广西农业科学院,中国广西南宁　530007)

摘　要:植物遗传转化技术近年在农作物性状改良、植物生物反应器利用以及基因功能鉴定等方面得到了广泛的应用.T-DNA转移是植物细胞农杆菌介导遗传转化整合和表达外源基因的基础.农杆菌T i质粒vir基因编码蛋白、农杆菌一些染色体基因编码蛋白及植物细胞一些基因编码蛋白或因子均参与T2DNA转移.转移过程包括农杆菌对植物细胞的识别、附着,细菌对植物信号物质的感受,细菌vir基因的诱导表达,T复合体的形成,跨膜运输,进核运输和整合等一序列过程.植物细胞因子与农杆菌T2DNA转移相关蛋白的相互作用最近被认为在T2DNA转移过程中起重要作用.

关键词:T2DNA转移;农杆菌;宿主植物因子

中图分类号:Q789 文献标识码:A 文章编号:1007-7847(2001)S0-0120-05

The Process of T2DNA T ransfer

WANG Z i2zhang1,ZHANG Shu2zhen2,LI Y ang2rui3

(1.College o f Agronomy,Guangxi Univer sity,Nanning530005,Guangxi,China;　2.National K ey Biotechnology Laboratory for

Tropical Crops,C AT AS,Haikou571101,Hainan,China;　3.Guangxi Academy o f Agricultural Sciences,Nanning530007, Guangxi,China)

Abstract:The role of proteins encoded by related genes determined in the T i plasmid virulence region(vir genes), in the bacterial chrom os ome,as well as in the plant chrom os ome in the process of T2DNA trans fer were introduced. The process includes recognition and attachment,sensing of plant signals,activation of vir genes,generation of T2 DNA com plex,T2DNA com plex export from the bacterial cell,im port into the host plant cell nucleus and integration into the host genome.

K ey w ords:T2DNA trans fer;Agrobacterium tumef aciens;host plant factors

(Life Science Research,2001,5(Suppl):120～124)

农杆菌(Agrobacterium tumef aciens)由于在感染植物时能将其T i(tum or inducing)质粒上的一段DNA(T2DNA)转移进入植物细胞核并整合到植物基因组中,随基因组进行遗传和表达,而被发展成为植物遗传转化的重要介导工具.T2DNA的转移需要细菌T i质粒上的T2DNA和毒性(vir)区编码蛋白参与,T2DNA没有序列特异性,可用任何DNA片段将其两个25bp边界序列之间的区段进行置换而不影响其转移;毒性区含有8个主要的基因座,即vir A、vir B、virC、virD、virE、virF、virG和virH等,每个基因座又分别含有1至多个基因,如virD含4个基因,分别命名为virD1、virD2、……

Ξ收稿日期:2001-02-26

作者简介:王自章(1965-),男,广西乐业人,博士,从事甘蔗农杆菌介导遗传转化研究,E2mail:wangziz@;张树珍(1965-),女,云南姚安人,中国热带农业科学院副研究员,博士,从事植物基因工程研究,T el:098926892944;李杨瑞(1957-),男,广西农业科学院院长,博士生导师.

virD4等,这些基因编码的蛋白是介导T2DNA转移的主要成分.除这些成分外,农杆菌染色体毒性(chv)基因,如chvA、chvB、chvC、chvD、chvE、exoC、cel、att等基因的编码蛋白也参与T2DNA的转移,此外,植物细胞的一些基因产物也与T2DNA转移有密切关系[1].T2DNA转移要求穿越细菌和植物的细胞壁、原生质膜和核膜.T2DNA转移过程可划分为如下几个步骤:1)农杆菌对植物细胞的识别和附着;2)农杆菌对植物信号物质的感受;3)农杆菌vir基因的活化;4)T2DNA复合体的产生;5)T2 DNA复合体从细菌细胞输出;6)T2DNA复合体输入植物细胞核;7)T2DNA整合到植物基因组中.

1　农杆菌染色体毒性基因编码蛋白与农杆菌对植物细胞的识别和附着

农杆菌感染植物细胞的第一步是识别和附着,然后产生纤维丝锚定在植物细胞表面[2].这一过程与细菌某些染色体组基因,如chvA、chvB、pscA、att等的表达蛋白有关.Chv B合成β21.2葡聚糖;ChvA是一内膜蛋白,与葡聚糖运输有关; ex oC(PscA)合成环葡聚糖和琥珀酰聚糖,β21.2葡聚糖在农杆菌粘附到植物细胞上是必需的[3], ChvE是一种周质糖结合蛋白,能加强vir基因的诱导和细菌趋化性[4].Cel合成纤维素细丝,Att则与农杆菌粘附到植物细胞表面有关[2].此外,植物细胞的一些蛋白和糖分子对细胞识别也有作用,类似于动物细胞病原菌受体的玻连蛋白,也可作为植物对农杆菌的细胞表面受体,最近通过T2 DNA标签鉴定到一些拟南芥突变株没有与农杆菌结合的能力[5].

2　VirA与对植物信号物质的感应

VirA是一种可感受信号分子的二聚跨膜传感蛋白,可分为跨膜域和周质域,跨越域可感受和传导信号,周质域则可检定单糖分子,通过与ChvE作用对低水平的酚类化合物作出响应[3].这些信号物质主要是受伤植物产生的酚类化合物,如乙酰丁香酮(AS)、木质素、黄酮化合物前体等[6],另外,酸性PH值、葡萄糖、半乳糖等也可诱导virA活化[3].信号分子最初与2个染色体编码蛋白P10和P21结合再传递给VirA.酚类化合物可直接被传递[7];但糖类则需经ChvE传导[3].ChvE 的高水平表达可扩大VirA对酚类的识别范围而使玉米被农杆菌感染[7].感受信号后VirA在C端特定的组氨酸进行自主磷酸化,该域含有蛋白激酶活性,由于磷酸组氨酸高能磷酸键的不稳定而传递给VirG的天冬氨酸残基上.因此,在信号传导过程中,VirA既作蛋白激酶也作为磷酸转移酶.

3　Vir G与vir基因的诱导

VirG是一种细胞质传导蛋白,具有磷酸化稳定性,磷酸化后可以作为vir基因表达的转录调控因子,具有与启动子结合的高亲和性,它通过特异性也与vir基因启动子中—12bp的保守序列结合而加强对与转录有关的其它蛋白的集聚,从而活化vir其它基因.与vir A一样,virG也是组成型表达,并具有自行活化表达功能,以产生足够的VirG而有效地活化vir其它基因[8].携带有组成型启动virG三元载体的农杆菌可提高其T2DNA 的植物转化效率和扩大其宿主范围[9].植物信号分子完成信号传递后,VirG诱导virH表达,VirH 具有对酚类物质的解毒功能,避免过多酚类对细胞的伤害[10].

4　VirD1、VirD2、VirE2与T复合体的形成

vir基因被诱导表达后即产生一条与编码链T2DNA区相同的单链DNA分子,即T链.T链与VirD2和VirE2缔合后形成T转移复合体.

T链的产生起始于T2DNA的左边界,由5′至3′方向合成,止于右边界.首先由一个DirD22VirD1复合体在超螺旋结构的T i质粒的T2DNA边界结合,使DNA松开,该复合体具有位点和链特异性内切酶特性,在反义T2DNA链边界的第3和第4碱基之间切成缺刻,然后VirD2共价结合到T链的5′端和反义链左边界缺刻露出的5′未端.T链移出后,由细菌DNA合成系统将反义链左右边界间的缺口修复,并由连在T i质粒5′端切口上的VirD2将切口连接起来,恢复成完整的T i质粒,T 链5′链上的VirD2将伴随它完成整个转移过程,起运输引导信号和防止外切酶降解作用.VirD1在完成T2DNA边界切割后即离开复合体[11].当VirD2和VirD1不足时,VirC1可协助加工形成T 链.

T链与VirD2结合形成未成熟的T复合体,该未成熟复合体可通过两种方式变成成熟T复合体:1)未成熟的T复合体和VirE2/VirE1复合物分

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