Plasmide Ti

Définition

Un plasmide Ti (inducteur de tumeur) est un plasmide porté par les bactéries Agrobacterium qui induit des tumeurs, chez certaines plantes. Les gènes du plasmide Ti permettent aux agrobactéries de transférer l'ADN dans les cellules végétales et de les modifier génétiquement. Ils déclenchent des croissances ressemblant à des tumeurs et donc des maladies des plantes. Les plasmides Ti et les plasmides Ri provoquent respectivement des maladies de la galle du collet ou des racines velues.

Cycle d'un plasmide Ti :

Le cycle du plasmide Ti fait intervenir plusieurs synthèses : cytokinine, auxine, opine.

Explications

Grâce au plasmide Ti, il est possible d'introduire facilement des gènes étrangers (transgènes) dans les plantes. Les gènes du plasmide Ti permettent aux agrobactéries de transférer l'ADN dans les cellules végétales et de les modifier génétiquement. Ils déclenchent des croissances ressemblant à des tumeurs et donc des maladies des plantes.

Les plasmides inducteurs de tumeurs sont des plasmides qui, souvent, mais pas toujours, comprennent la constitution génétique des bactéries Agrobacterium tumefaciens et Agrobacterium rhizogenes.

Gènes des plasmides Ti

Le plasmide Ti a une taille d'environ 200 kb. Les groupes suivants de gènes importants se trouvent sur le plasmide :

• Transfert ou tra gène;
• virulence ou gènes vir (tous deux nécessaires au transfert d'ADN dans la cellule végétale);
• Gènes pour le catabolisme de l'opine (nécessaires à la dégradation des opines par la bactérie).

ainsi que le transfert ou l'ADN-T qui peut être transféré dans la cellule végétale :

• Tumorgenèse ou gènes onc (nécessaires à l'induction tumorale dans la cellule végétale, par exemple tms1, tms2 et tmr) et,
• Synthèse des opines ou gènes ops (nécessaires à la synthèse des opines par la cellule végétale, par exemple nos pour la synthèse de la nopaline, ocs pour la synthèse de l'octopine, etc.).

L'ADN-t est flanqué de répétitions en tandem imparfaites de 25 bases : "bordure gauche" (LB) et "bordure droite" (RB) signalent le début et la fin de l'ADN-t aux protéines vir. Ces éléments cis sont essentiels pour la transmission de l'ADN-t.

Le plasmide a également une origine de réplication (ori ou origine de réplication) et d'autres régions. Les gènes pour la reconnaissance des cellules végétales et leur attachement, cependant, sont dans le génome bactérien.

Mécanisme d'activation et de transfert de gène

L'acétosyringone et d'autres composés phénoliques libérés des parties blessées de la plante activent le produit du gène vir A, une kinase de capteur située dans la membrane cellulaire bactérienne externe. Cela phosphoryle et active la protéine VirG. VirG est un régulateur de réponse, à savoir un activateur des autres gènes vir, dont le taux de transcription augmente plusieurs fois. Les gènes maintenant transcrits comprennent vir D, vir E et vir B. VirD est une endonucléase.

La protéine provoque sur la bonne répétition flanquant l'ADN-t est une rupture simple brin. Ici commence la synthèse d'un brin complémentaire; le brin unique est déplacé. Ce mécanisme est similaire à la réplication en cercle roulant des plasmides, sauf qu'ici un simple brin droit avec une extrémité prédéterminée est créé. VirE se lie et stabilise l'ADN-t simple brin et le protège de la dégradation. VirB est situé dans la membrane cellulaire bactérienne et permet le transfert d'ADN-t par contact direct avec la cellule végétale.

De plus, les protéines d'adhésion chvA, chvB et pscA sont impliquées dans le transfert d'ADN-t. Le mécanisme de transfert d'ADN est similaire à celui de la conjugaison bactérienne. La protéine VirD reste liée à l'ADN-t et entre dans la cellule végétale avec elle. L'ADN-t transféré a une taille d'environ 20 kb.

Effet de l'ADNt

La protéine VirE a une séquence de localisation nucléaire et après avoir été introduite dans la cellule végétale, elle est transportée le long du cytosquelette dans le noyau de la cellule végétale avec l'ADN-t encapsulé. L'intégration dans le génome végétal est assez peu spécifique, mais est favorisée par certaines répétitions en tandem.

Les gènes onc contiennent, entre autres, les gènes de la tryptophane monooxygénase (gène iaaM, où iaa signifie acide indole-3-acétique, l'hormone végétale biologiquement active auxine), l'indole acétamide hydrolase (iaaH) et l'isopentényltransférase (itpZ). Ces enzymes perturbent l'équilibre hormonal de la plante en induisant une synthèse supplémentaire des phytohormones auxine et cytokinine. Les cellules commencent à se diviser; les excroissances appelées "galles" apparaissent.

Les tumeurs induites par les plasmides Ti consistent généralement en peu ou pas de masse de cal différenciée. Les excroissances racinaires déclenchées par les plasmides Ri d'Agrobacterium rhizogenes, quant à elles, représentent au moins un tissu racinaire partiellement différencié, les gènes ops amenant la cellule végétale à produire des opines riches en azote. Comme les gènes du catabolisme (dégradation) des opines ne sont pas transférés, les bactéries disposent d'une source exclusive d'énergie et d'azote. Il est intéressant de noter que les gènes de l'ADN-t provenant de la bactérie ont une structure eucaryote typique et sont actifs dans la cellule végétale.

Ingénierie génétique

La modification génétique des plantes est relativement difficile. Pour cette raison, le système naturel de transfert de gène dans les cellules végétales a été intensivement étudié et appliqué. Dans la transformation des plantes, on utilise des plasmides Ti, dans lesquels les gènes de formation de tumeurs ont été remplacés par les gènes désirés. L'ajout de Nématodes cause des dommages aux plantes au niveau cellulaire et ouvre la voie à une infection par des agrobactéries.

Le système de transformation des plantes à l'aide d'agrobactéries est utilisé avec succès pour la recherche sur la génétique des plantes. Il est également utilisé pour produire des plantes génétiquement modifiées commerciales. des exemples sont :

• Maïs Bt ("maïs GM");
• tomate Flavr Savr ("tomate anti-boue");
• grain résistant aux herbicides;
• et autres.

Le système de vecteurs binaires est utilisé pour maintenir la quantité de gènes étrangers transférés à la plante aussi faible que possible. Les vecteurs binaires sont le système le plus largement utilisé dans le transfert de gènes à des plantes par A. tumefaciens. Dans ce système, il y a deux plasmides dans la bactérie. Un plasmide Ti désarmé portant la région vir mais dont la région d'ADN-T est éliminée; appelé "plasmide Ti auxiliaire". De plus, un plasmide qui porte le gène d'intérêt dans une région d'ADN-T qui doit être transférée. Lors de l'infection des plantes avec A. tumefaciens, qui porte les deux plasmides, le plasmide Ti auxiliaire déclenche l'association de la bactérie avec la cellule végétale. L'ADN-T du second plasmide est ensuite transféré de la bactérie au génome de la plante.

Une grande partie de la recherche sur ce plasmide Ti a été menée à l'Université de Gand par le groupe de recherche du professeur Van Montagu et du professeur Schell. Aujourd'hui, ces connaissances se développent dans les nouveaux bâtiments de recherche de Zwijnaarde et dans les spin-offs biotechnologiques (VIB).

En rapport avec "plasmide Ti"

• ADN-T

  

  L'ADN-T est une partie du plasmide Ti de l'ADN (ADN de transfert) qui est insérée dans le génome de la cellule végétale hôte.

• plasmide

  

  Chez les procaryotes et quelques eucaryotes, le plasmide se présente sous forme de courts fragments d'acide nucléique capables de se multiplier indépendamment...

• plasmide recombinant

  

  Un plasmide recombinant est un plasmide dans lequel un fragment d'ADN étranger ou un gène a été inséré.

• plasmide Ri

  

  Un plasmide Ri est un plasmide de la bactérie Agrobacterium rhizogenes qui induit la production de racines.