Agrobacterium

Définition

Les bactéries Agrobacterium, les agrobactéries, sont un groupe de bactéries du sol à Gram négatif, non sporulées, souvent isolées de tissus végétaux proliférant anormalement. Agrobacterium héberge un plasmide Ti modifié qui autorise à infecter la plante cible. Les tissus transformés sont ensuite régénérés en une plante saine et fertile exprimant de manière stable les gènes nouvellement introduits.

Ces agrobactéries mobiles (contenant de un à six flagelles par cellule), aérobies (utilisant l'oxygène comme accepteur final d'électrons pendant la respiration cellulaire), en forme de bâtonnets, ont un temps de génération plutôt lent (d'une à plusieurs heures) même dans des conditions de laboratoire optimales. Les agrobactéries sont capables de cataboliser une grande variété de métabolites. Elles présentent un comportement chimiotactique pour certains exsudats végétaux, qu'ils utilisent dans la nature pour initier la colonisation d'un tissu végétal sensible.

Interaction plante et Agrobacterium :

Les agrobactéries Agrobacterium agissent sur les plantes en facilitant un transfert d'ADN.

Explications

La transformation génétique des plantes repose fortement sur l'agent pathogène bactérien Agrobacterium tumefaciens en tant qu'outil puissant pour transmettre des gènes d'intérêt à une plante hôte. Chez certains arbres, Agrobacterium tumefaciens provoque la galle du collet.

Les agrobactéries montrent une remarquable résistance à la dessiccation; une colonie bactérienne laissée sur une plaque de gélose, à température ambiante, peut survivre plus de 6 mois. Elles catabolisent une grande variété de métabolites.

À l'intérieur du noyau de la plante, l'ADN transféré (ADN-T) est capable de s'intégrer dans le génome de la plante pour l'héritage à la génération suivante (une transformation stable). Alternativement, l'ADN étranger peut rester transitoirement dans le noyau sans s'intégrer dans le génome mais toujours être transcrit pour produire des produits géniques souhaitables (une transformation transitoire).

Un examen complet, de la biologie et des applications de la transformation des plantes à médiation par Agrobacterium, peut être utile pour les microbiologistes et les biologistes des plantes qui souhaitent une meilleure compréhension de la transformation des plantes, de l'expression des protéines dans les plantes et de l'interaction plante-microbe.

Détails d'une tumeur végétale causée par Agrobacterium :

Agrobacterium tumefaciens implique l'insertion d'un plasmide portant un marqueur sélectionnable situé entre une bordure gauche et droite de la séquence d'ADN transformante (ADN-T, séquençage de l'ADN).

Taxonomie du genre Agrobacterium

Le genre Agrobacterium appartient à une grande famille de bactéries associées aux plantes, appelées Rhizobiaceae, qui comprend également des genres bactériens symbiotiques fixateurs d'azote tels que rhizobium et Sinorhizobium. Au fil des ans, des analyses basées sur de nouveaux critères taxonomiques, notamment des comparaisons de séquences d'ARN 16S et, plus récemment, des séquences complètes du génome de certaines souches, ont mis en évidence la relation étroite entre ces genres.

En fait, elles sont si proches que certains taxonomistes s'interrogent sur la pertinence de la discrimination entre Agrobacterium et Rhizobium, et ont proposé d'abolir cette distinction et de regrouper ces espèces sous le nom de genre Rhizobium. Cependant, le nom Agrobacterium reste utilisé dans la plupart des publications et applications de microbiologie des sols, de physiologie végétale et de biologie moléculaire et cellulaire des plantes.

Traditionnellement, la classification des différentes espèces d'Agrobacterium était basée sur leurs propriétés phytopathogènes. Initialement, trois espèces ont été décrites :

• Agrobacterium tumefaciens : capable d'induire des galles du collet sur un large spectre de plantes dicotylédones;
• Agrobacterium rhizogenes : qui induit la maladie des racines velues;
• Agrobacterium radiobacter : est la souche non phytopathogène.

Plus tard, d'autres espèces d'Agrobacterium ont été distinguées qui avaient une gamme d'hôtes très limitée et induisaient la prolifération des cellules végétales uniquement chez certaines espèces végétales. Ce fut le cas de A. vitis, spécifique de la vigne, A. rubi, assez spécifique de certaines Rubiacées, et A. larrymoorei isolé de Ficus benjamina.

Cette classification est cependant devenue invalide lorsqu'il a été démontré que la phytopathogénicité et/ou la gamme d'hôtes des agrobactéries provenaient de la présence de grands plasmides transmissibles, appelés "plasmides Ti (inducteurs de tumeurs)" pour A. tumefaciens et "plasmides Ri (inducteurs de racines)" pour A. rhizogenes, alors que la souche bactérienne guérie de ces plasmides s'est avérée représenter A. radiobacter.

Avec l'avènement du séquençage du génome et de nouvelles méthodologies pour l'étude des voies métaboliques (expositions de métabolites), différents isolats d'Agrobacterium ont été regroupés en trois groupes taxonomiques ou biovars, qui, en fin de compte, pourraient être considérés comme des genres. Ainsi, les biovars d'Agrobacterium sont :

1. biovar 1 = Agrobacterium tumefaciens C58 : chromosome circulaire, chromosome secondaire linéaire, deux plasmides;
2. biovar 2 = Agrobacterium radiobacter K84 : chromosome circulaire, quatre plasmides;
3. biovar 3 = Agrobacterium vitis S4 : chromosome circulaire, chromosome secondaire circulaire, cinq plasmides.

Plasmides Ti et Ri de Agrobacterium

À la fin des années 1970, on a découvert que les phénotypes végétaux induits par Agrobacterium, la galle du collet ou les racines velues, étaient dus au transfert d'un segment d'ADN particulier, appelé ADN (T) transféré, de la bactérie à la cellule végétale. Une fois intégré de manière stable dans le génome de la plante, l'élément ADN-T code (1) les hormones végétales qui entraînent soit des tumeurs indifférenciées, soit une prolifération des racines, et (2) les opines. Les opines sont des conjugués d'acides aminés de sucre qu'Agrobacterium catabolise spécifiquement. La justification biologique de l'exploit élaboré de transfert d'ADN d'Agrobacterium est qu'elle crée ainsi sa propre niche biologique où elle peut croître et proliférer. En plus de fournir une source de nourriture, les opines stimulent la conjugaison bactérienne, diffusant ainsi le plasmide Ti.

Deux régions génétiques sur le plasmide Ti sont essentielles pour qu'Agrobacterium transfère l'ADN aux cellules végétales, l'ADN-T mentionné ci-dessus et la région de virulence (vir). Dans les bactéries en croissance végétative, les gènes vir ne sont pas exprimés. De manière remarquable, les gènes vir sont induits lorsqu'Agrobacterium est cultivé en présence de cellules végétales blessées qui produisent des composés phénoliques de faible poids moléculaire. Agrobacterium présente une chimiotaxie vis-à-vis de ces composés qui agissent ensuite pour induire l'expression du gène vir. Les gènes Vir codent pour des produits protéiques pour générer (1) une copie simple brin transférable de la région de l'ADN-T, appelée brin T, et (2) un canal transmembranaire pour exporter le brin T et les protéines de virulence de la bactérie vers la cellule végétale.

Agrobacterium tumefaciens

De la découverte d'Agrobacterium tumefaciens à sa large application en biotechnologie végétale, de nombreux aspects de l'interaction entre A. tumefaciens et les plantes ont été élucidés.

Transformation des plantes par Agrobacterium tumefaciens :

Principales étapes du processus de transformation des plantes par Agrobacterium tumefaciens.

La transformation médiée par Agrobacterium tumefaciens (ATMT) des champignons filamenteux est une méthode issue de son utilisation dans la transformation des plantes. Agrobacterium tumefaciens est une bactérie du sol à Gram négatif qui peut provoquer des tumeurs de la galle du collet au niveau des plaies des plantes dicotylédones infectées.

A. tumefaciens est un agent pathogène (phytopathogène) grave de la vigne, des fruits à noyau, des arbres à noix, de la betterave à sucre, du raifort et de la rhubarbe. Agrobacterium sp. peut transférer l'ADN entre lui-même et les plantes et est donc devenu un outil important pour la manipulation génétique (génie génétique). La plupart des Agrobacterium sp. ont des plasmides qui peuvent être injectés dans des cellules végétales au niveau des plaies. L'ADN plasmidique est conçu pour s'intégrer dans les chromosomes de l'ADN cellulaire des plantes infectées. Le transfert d'ADN d'A. tumefaciens à des cellules végétales eucaryotes est le seul exemple connu de transfert d'ADN entre royaumes.

En rapport avec "Agrobacterium"

• Agrobacterium tumefaciens

  

  Agrobacterium tumefaciens est une bactérie de la rhizosphère des sols arables et plantés.

• galle du collet

  

  La galle du collet est une maladie des plantes causée par Agrobacterium tumefaciens, une bactérie du sol.

• rhizobium

  

  Rhizobium est un genre de bactéries aérobies du sol à gram négatif diazotrophes, qui fixent l'azote atmosphérique.

• La tuberculose du poisson: mycobacterium marinum

  

  Mycobacterium marinum est une bactérie vivant en liberté, qui provoque des infections opportunistes chez l'homme.