Agrobacterium là các vi khuẩn đất nhuộm gram (-) gây ra các triệu chứng
bệnh ở cây khi xâm nhiễm qua vết thương. Trong chi Agrobacterium gồm các loài chính sau:
A. tumefaciens gây bệnh u sùi thân. A. rhisogenes gây bệnh tóc rễ.
A. radiobacter sản sinh kháng sinh đặc trưng (agrocin 84) ngăn cản tác hại
của các loài Agrobacterium kể trên.
Một số khối u do vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens tạo ra. A: một khối u rất lớn hình thành trên thân cây hoa Hồng, B: một dãy khối u nằm trên
nhánh của cây Nho
Trong đó nhóm A. tumefaciens được sử dụng nhiều nhất cho việc chuyển gen. Từ lâu người ta đã phát hiện hiện tượng hình thành các u ở thân khi cây bị nhiễm vi sinh vật đất A. tumefaciens qua các vết thương. Phân tích các u cho thấy trong u có sự hình thành một số vật chất mới như: nopaline, octoine gọi chung là opine. Các chất này không tồn tại ở các cây bình thường khác.
Điều đặc biệt là khối u không ngừng tăng trưởng kể cả khi đã diệt vi khuẩn. Điều này cho phép kết luận: vi khuẩn đã chuyển vào cây tác nhân gây khối u dưới dạng vật chất di truyền. Khi xem xét các vi khuẩn A. tumefaciens chúng cũng giống các loại vi khuẩn thông thường khác là đều chứa các plasmid (một dạng DNA vòng nằm ngoài nhiễm sắc thể vi khuẩn, có khả năng nhân bản độc lập). Nhưng plasmid của A. tumefaciens có kích thước rất lớn. Các thực nghiệm cho thấy, khi xử lý vết thương bằng vi khuẩn A. tumefaciens không mang plasmid thì không gây bệnh u và u chỉ xuất hiện khi xử lý vết thương bằng vi khuẩn có mang plasmid. Như vậy, plasmid của A. tumefaciens chính là tác nhân gây bệnh. Chắc chắn plasmid này đã chuyển vào tế bào thực vật các vật chất di truyền gây bệnh u cho cây, do vậy người ta gọi chúng là Ti-plasmid (Tumor inducing plasmid). Ti-plasmid đã chuyển một đoạn DNA của Ti-plasmid nhập vào gen của cây.
Ti-plasmid là một plasmid lớn với kích thước khoảng 200kb. Trên Ti-plasmid có đoạn T-DNA (tumor DNA) được giới hạn bằng bờ phải (right border) và bờ trái (left border). Trình tự nucleotid của bờ phải và bờ trái tương tự nhau. T-DNA là một đoạn có kích thước 25kb chứa các gen tổng hợp opine và đoạn này sẽ
Các gen gây
được chuyển vào tế bào thực vật gắn vào bộ nhiễm sắc thể của tế bào cây chủ và gây ra bệnh u.
Ngoài T-DNA, trên Ti-plasmid còn có vùng vir (vir region) chịu trách nhiệm hoạt động lây nhiễm, chuyển nạp (conjugative transfer) và tiêu hóa opine (opine catabolism).
Quá trình chuyển nạp gen của vi khuẩn như sau: khi cây bị thương tiết ra chất độc vết thương thường là các chất có bản chất phenol: acetosyringone (AS) và hydroxyacetosyringone (OH-AS). Các chất này sẽ thu hút vi khuẩn tập trung vào vùng vết thương đồng thời chúng cũng hoạt hóa các gen ở vùng vir của plasmid hoạt động. Gen của vùng vir có nhiều loại tạo E, D, C, G, B, A và tạo ra các protein enzym tương ứng. Các protein này có hai chức năng chính: cắt đứt bờ trái và bờ phải để giải phóng đoạn T-DNA; bao bọc và vận chuyển T-DNA vào tế bào thực vật và tiếp cận với bộ gen của cây chủ một cách an toàn. Như vậy, thực chất đã có một hệ thống chuyển gen của vi khuẩn đất vào cây trồng tồn tại trong tự nhiên.
33 acetosyingone
Vi khuẩn đất A.tumefaciens Cấu trúc Ti-plasmid LB RB vir ori A B G C D E Các gen gây đồng hoá opine Các gen gây u và tổng hợp opine T-DNA Ti Vùng tái bản Bờ phải Bờ trái Bờ trái Ti Plasmid Bộ gen của vi khuẩn