Тi-плазмиды, их функция

Ti-плазмида — плазмида почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens, с помощью которой она вызывает образование клубеньков на корнях бобовых растений. Участок Ti-плазмиды, известный как T-ДНК, может встраиваться в геном растений и содержит гены биосинтеза фитогормонов и опинов, которые запускают образование опухоли.

Строение.

Ti-плазмида представляет собой кольцевую двуцепочечную молекулу ДНК. Шесть генов, локализованных в T-ДНК — iaaM1, iaaH2, ipt, tml6, 6a, 6b, — отвечают за биосинтез опинов и некоторых фитогормонов, причём гены iaaM, iaaH2 и ipt являются онкогенами.

 Помимо T-ДНК, в состав Ti-плазмиды входит область vir, представленная опероном virABCDEFG. Гены vir отвечают за вырезание и перенос T-ДНК в клетки растения.

Ген virA кодирует рецептор (гистидинкиназу), который реагирует на такие фенольные соединения, как ацетосирингон, сирингальдегид и апоцинин, которые выходят наружу из повреждённых клеток растения.

Ген virB кодирует белки, образующие подобие пилей

гена virC связывается с последовательностью, которая будет перенесена,

а белки, кодируемые генами virD1 и virD2, являются эндонуклеазами, которые распознают прямые повторы на концах T-ДНК и вносят разрезы в этих областях при участии вспомогательного белка virD4.

Продукт гена virE опосредует собственно перенос T-ДНК в растительную клетку, а белок, кодируемый геном virG, запускает экспрессию генов vir, после того как его фосфорилирует активированный белок virA.

Инфицирование

Внедрение T-ДНК в растительный геном протекает в четыре этапа:

•     формирование контакта между бактерией и стенкой растительной клетки;

•     проникновение T-ДНК внутрь клетки растения;

•     встраивание T-ДНК в растительный геном;

•     экспрессия генов T-ДНК в растительной клетке.

Agrobacterium tumefaciens активно используется в генетической инженерии для создания трансгенных растений благодаря способности трансформировать растительные клетки, причём необходимый ген доставляется в растительный геном в составе T-ДНК

Мутагенные факторы: химической и биологической природы

Мутагенами могут быть химические агенты (нитрит, алкилируюшие агенты, акридиновые красители, этиленимин, азотистый или серный иприт и т.д.), биологические (бактериофаги, транспозоны и т.д.). Под действием мутагена частота мутаций увеличивается и составляет 10-5–10-3 (одна мутация появляется при репликации 1000–100 000 генов).

Азотистая кислота (HNO2) дезаминирует (отщепляет аминогруппу и замещает другой группой) аденин, гуанин или цитозин, что приводит к ошибкам при репликации ДНК. В частности, в результате замещения аминогруппы гидроксильной группой аденин превращается в гипоксантин, который структурно сходен с гуанином. При репликации ДНК гипоксантин спаривается с цитозином вместо тимина, что приводит к мутации АТ–ЦГ

Алкилирующие агенты – нитрозогуанидин, нитрозометилмочевина, этилэтансульфонат, этилметансульфонат, сернистый иприт и другие – принадлежат к наиболее эффективным мутагенам. Они модифицируют (алкилируют) в области репликативной вилки преимущественно пуриновые основания, в первую очередь гуанин, вызывая его спаривание с тимином вместо цитозина. В результате этого возникают главным образом транзиции типа ГЦ–АT.

Молекулы акридиновых красителей (акридиновый оранжевый, акрифлавин, трипофлавин) внедряются между соседними азотистыми основаниями в цепи ДНК и увеличивают расстояние между ними. Такое пространственное изменение при репликации ДНК может вызывать ошибки двух типов – утрату нуклеотида или включение дополнительной пары нуклеотидов.

Как мутагенные факторы биологической природы рассматривают перемещающиеся (мобильные, мигрирующие) генетические элементы бактерий – дискретные сегменты ДНК, способные к самостоятельному перемещению из одного участка в другой в пределах репликона, а также к перемещению из одного репликона (хромосомного, плазмидного или фагового) в другой. К таким элементам относятся простые вставочные последовательности (IS-элементы), транспозоны (Tn-элементы) и фаги178 транспозоны (Mu, Д3112 и др.). Интеграция их в репликоны осуществляется независимо от системы общей рекомбинации клеток, которая требует гомологии у рекомбинирующих структур.

У различных бактерий имеется несколько типов репарационных систем. Один тип репарации протекает на свету, он связан с деятельностью фотореактивирующегося фермента, который расщепляет тиминовый димер. При темновой репарации дефектные участки цепи ДНК удаляются, и образовавшаяся брешь достраивается при помощи ДНК-полимеразы на матрице со-хранившейся цепи и соединяется с цепью лигазой.