Vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens ủược tỡm thấy ở trờn và xung quanh bề mặt rễ. Nhưng vi khuẩn chỉ xõm nhiễm ủược vào cõy khi cõy bị tổn thương do nhiều nguyờn nhõn. ðiều này cú thể dễ dàng ủược chứng minh bằng cỏc thớ nghiệm. Trong ủiều kiện tự nhiờn, cỏc tế bào vi khuẩn ủược dẫn dụ ủến vết thương nhờ cỏc tớn hiệu hoỏ học. Tuy nhiờn, chủng vi khuẩn cú mang Ti-plasmid sẽ ủỏp ứng mạnh hơn bởi vỡ chỳng nhận diện ủược cỏc hợp chất phenolic tiết ra từ vết thương như acetosyringone (AS).
Chất này cú tỏc dụng rất mạnh dự ở nồng ủộ thấp (10-7 M). Bởi vậy, một trong những chức năng của Ti-plasmid là mó hoỏ cho cỏc thụ thể (receptor) nhận biết cỏc hợp chất hoỏ học. Những thụ thể này nằm trờn màng tế bào vi khuẩn và cú thể giỳp cho vi khuẩn nhận biết ra cỏc vựng bị tổn thương. Acetosyringone ủúng vai trũ quan trọng trong tiến trỡnh xõm nhiễm. ở nồng ủộ cao (10-5 – 10-4 M) hơn nú sẽ kớch hoạt cỏc gen vir trờn Ti-plasmid. Cỏc gen vir ủược kớch hoạt tốt nhất ở nhiệt ủộ 25-270C. Tuy nhiờn, hầu hết cỏc chủng Agrobacterium hoạt ủộng ổn ủịnh ở nhiệt ủộ 18-200C [15].
Hỡnh 2.2. Quỏ trỡnh tạo phức hợp sợi ủơn T-DNA (nguồn Valentine, 2003).
Sau khi ủược kớch hoạt, cỏc gen vir sẽủiều khiển quỏ trỡnh tạo T-ADN sợi ủơn trong tế bào vi khuẩn (hỡnh 2.2). Quỏ trỡnh tạo T-ADN sợi ủơn ủược thực hiện trong tế bào vi khuẩn và do cỏc protein virD1 và virD2 thực hiện. Sau ủú protein virD2 gắn vào sợi ủơn T-ADN ủể tạo thành phức hợp T-ADN. Ngoài
virD1, virD2 người ta cũn cho rằng virC1 và virC2 cũng tham gia vào quỏ trỡnh tạo T-ADN sợi ủơn. Phức hợp T-ADN-virD2 cựng với protein virE2 ủược chuyển vào trong tế bào cõy thụng qua hệ thống chuyển nạp ủược mó hoỏ bởi cỏc gen virB. Cựng với một số thành phần trong tế bào chất của tế bào cõy, cỏc protein của vi khuẩn sẽ tiếp tục ủưa phức hợp T-ADN vào trong nhõn tế bào.
Trong nhõn tế bào cõy, T-ADN ủược kết nạp vào bộ gen của cõy khụng theo một quy luật tỏi tổ hợp nào cả. Mụ hỡnh cơ sở cho sự kết nạp T-ADN vào bộ gen của cõy ủó ủược ủề nghị. Theo mụ hỡnh này, ủầu tiờn ủầu 3’ của T-ADN nhận diện cỏc ủoạn tương ủồng với ADN của cõy và gắn vào. Cả việc tỏch sợi ADN của cõy và overhang ủầu 3’ của T-ADN ủều ủược enzyme nucleaza thực hiện. Cuối cựng nucleotide gắn với virD2 tỡm cỏc ủoạn vi tương ủồng (microhomology) trờn ADN của cõy và gắn vào. Sự gắn kết này mang cầu nối phosphotyrosine cú ỏi lực ủiện tử của ủầu 5’ ủến gần ủầu 3’ nucleophilic của ADN cõy mà bị tỏch ra. Cuối cựng sự gắn kết trờn sợi ADN của cõy ủược hoàn
thành và cõy chuẩn bị một cơ chế sinh tổng hợp ủoạn T-ADN dẫn ủến sự kết nạp của T-ADN hoàn thành.
Cuối cựng, sau khi sự kết nạp hoàn thành cỏc gen trờn T-ADN hoạt ủộng tổng hợp nờn cỏc sản phẩm cần thiết cho vi khuẩn. Cỏc opines ủược tạo ra từ cỏc khối u do vi khuẩn Agrobacterium nhiễm vào ủược vi khuẩn biến dưỡng nhờ vào cỏc gen ở vựng phõn giải opine trờn Ti-plasmid. Tựy theo kiểu opine mà ủược chuyển húa bởi cỏc gen khỏc nhau [15].
Khả năng chuyển nạp ủoạn ADN của Agrobacterium vào trong tế bào cõy cung cấp một cụng cụ mạnh cho cụng nghệ sinh học thực vật, chuyển nạp gen thụng qua trung gian vi khuẩn Agrobacterium ngày càng ủược ứng dụng rộng rói ủể chuyển một hay nhiều gen vào cõy trồng do cú nhiều ưu ủiểm so với cỏc phương phỏp chuyển nạp gen khỏc: gen ủược chuyển nạp gắn vào hệ gen cõy một cỏch ủơn giản, hiện tượng tỏi sắp xếp lại của cỏc gen ớt xảy ra, cú ớt bản bản sao của gen ủược biến nạp tạo thuận lợi trong việc phõn tớch cũng như biểu hiện gen mới trong cõy chuyển gen, cỏc gen chuyển nạp duy trỡ bền vững qua cỏc thế hệ sau. Trước ủõy, phương phỏp này bị hạn chế chỉ thực hiện trờn cõy hai lỏ mầm do
Hỡnh 2.3. Mụ hỡnh chuyển nạp T-ADN từ tế bào vi khuẩn vào tế bào cõy (nguồn Zhu và ctv, 2000).
tin rằng Agrobacterium chỉ cú thể nhiễm vào cõy hai lỏ mầm. Sau này, người ta tỡm ra rằng mặc dự Agrobacterium chỉ tạo khối u trờn cõy hai lỏ mầm nhưng nú cú thể nhiễm vào cõy một lỏ mầm. Trước ủõy ủối với cõy một lỏ mầm như lỳa, phương phỏp chuyển nạp gen nhờ vào vi khuẩn Agrobacterium rất khú thành cụng. Tuy nhiờn gần ủõy cụng trỡnh nghiờn cứu của Hiei và Komari (1996) [3] ủó minh chứng ủược hiệu quả chuyển nạp gen bằng vi khuẩn Agrobacterium vào cõy một lỏ mầm (lỳa) cũng cao như ủối với cõy hai lỏ mầm.