ناقل تحويل النبات

الموسوعة الحرة

نواقل تحويل النباتات هي بلازميدات مصممة خصيصًا لتسهيل إنتاج النباتات المعدلة وراثيًا . أكثر نواقل تحويل النباتات شيوعًا هي نواقل T-DNA الثنائية ، والتي غالبًا ما تُنسخ في كل من بكتيريا الإشريكية القولونية ، وهي بكتيريا شائعة الاستخدام في المختبرات ، وبكتيريا أغروباكتيريوم توميفاسينز ، وهي بكتيريا ممرضة للنباتات تُستخدم لإدخال الحمض النووي المؤتلف في النباتات.

تحتوي نواقل تحويل النباتات على ثلاثة عناصر أساسية:

  • اختيار البلازميدات (إنشاء سلسلة دائرية مخصصة من الحمض النووي)
  • تضاعف البلازميدات (بحيث يسهل التعامل معها)
  • نقل منطقة الحمض النووي (T-DNA) (إدخال الحمض النووي في البكتيريا الزراعية)

خطوات في تحويل النبات

يمكن إنشاء تسلسل بلازميد الحمض النووي المخصص وتكراره بطرق مختلفة، ولكن بشكل عام، تشترك جميع الطرق في العمليات التالية:

تبدأ عملية تحويل النباتات باستخدام البلازميدات بتكاثر الناقل الثنائي في بكتيريا الإشريكية القولونية. وعندما تصل مزرعة البكتيريا إلى الكثافة المناسبة، يُعزل الناقل الثنائي ويُنقى. بعد ذلك، يُمكن إدخال جين غريب. يُعاد إدخال الناقل الثنائي المُهندس، بما في ذلك الجين الغريب، إلى بكتيريا الإشريكية القولونية لتضخيمه.

يُعزل العامل الثنائي المُهندس من بكتيريا الإشريكية القولونية ويُدخل إلى بكتيريا الأغروبكتيريا التي تحتوي على بلازميد Ti مُعدل (صغير نسبيًا). يمكن استخدام هذه البكتيريا المُهندسة لإصابة الخلايا النباتية. يندمج الحمض النووي T، الذي يحتوي على الجين الدخيل، في جينوم الخلية النباتية. في كل خلية مُصابة، يندمج الحمض النووي T في موقع مختلف في الجينوم.

ستتجدد النبتة بأكملها من خلية واحدة متحولة، مما ينتج عنه كائن حي يحتوي على الحمض النووي المتحول مدمج بشكل متطابق في جميع الخلايا.

عواقب الإدخال

  • تم إدخال حمض نووي غريب
  • الطفرات الإدخالية (لكنها ليست قاتلة للخلية النباتية - لأن الكائن الحي ثنائي المجموعة الكروموسومية)
  • ينتهي المطاف بالحمض النووي المحوّل الذي يُعطى للقوارض في خلاياها البلعمية، ونادرًا ما ينتقل إلى خلايا أخرى. ويشمل ذلك تحديدًا الحمض النووي البكتيري وحمض M13 النووي. (يُعتقد أن هذا التراكم التفضيلي في الخلايا البلعمية حقيقي وليس مجرد خطأ في الكشف، إذ يُعتقد أن هذه التسلسلات من الحمض النووي تحفز عملية البلعمة ). مع ذلك، لم يُعرف حدوث أي تعبير جيني ، ويُعتقد أن ذلك غير ممكن. [ 1 ] [ 2 ]

اختيار البلازميد

يمكن استخدام جين مُنتقي لتمييز الخلايا المُعدلة وراثيًا بنجاح عن الخلايا غير المُعدلة. يُدمج هذا الجين في البلازميد مع الجين المستهدف، مما يُكسب الخلايا مقاومةً للمضادات الحيوية ، مثل الكاناميسين ، والأمبيسيلين ، والسبكتينوميسين ، والتتراسيكلين . تُعالج الخلايا المستهدفة، بالإضافة إلى أي كائنات حية أخرى تنمو في المزرعة، بالمضاد الحيوي، مما يسمح للخلايا المُعدلة فقط بالبقاء. لا ينتقل جين المضاد الحيوي عادةً إلى الخلية النباتية، بل يبقى داخل الخلية البكتيرية.

تضاعف البلازميدات

تتضاعف البلازميدات لإنتاج العديد من جزيئات البلازميد في كل خلية بكتيرية مضيفة. ويُحدد عدد نسخ كل بلازميد في الخلية البكتيرية من خلال منشأ التضاعف ، وهو الموضع داخل جزيء البلازميد الذي يبدأ عنده تضاعف الحمض النووي. تحتوي معظم النواقل الثنائية على عدد أكبر من نسخ البلازميد عند تضاعفها في بكتيريا الإشريكية القولونية ؛ ومع ذلك، يكون عدد نسخ البلازميد عادةً أقل عندما يكون البلازميد موجودًا داخل بكتيريا الأجروبكتيريوم توميفاسينز . ويمكن أيضًا تضاعف البلازميدات باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR).

منطقة الحمض النووي المنقول (T-DNA)

يحتوي الحمض النووي المنقول (T-DNA) على نوعين من الجينات: الجينات المسرطنة ، التي تشفر الإنزيمات المشاركة في تخليق الأوكسينات والسيتوكينينات والمسؤولة عن تكوين الأورام ، والجينات التي تشفر تخليق الأوبينات . تُنتج هذه المركبات من خلال تكثيف الأحماض الأمينية والسكريات، وتُصنّع وتُفرز بواسطة خلايا الورم التاجي، وتستهلكها بكتيريا Agrobacterium tumefaciens كمصادر للكربون والنيتروجين.

تقع الجينات المسؤولة عن هدم الأوبين ، ونقل الحمض النووي T من البكتيريا إلى الخلية النباتية، والنقل الاقتراني للبلازميد بين البكتيريا، خارج الحمض النووي T. [ 3 ] [ 4 ] يُحاط جزء الحمض النووي T بتكرارات مباشرة بطول 25 زوجًا قاعديًا، تعمل كإشارة تنظيمية لجهاز النقل. تتم عملية نقل الحمض النووي T من خلال العمل التعاوني للبروتينات المشفرة بواسطة جينات موجودة في منطقة ضراوة بلازميد Ti (جينات vir) وفي الكروموسوم البكتيري. يحتوي بلازميد Ti أيضًا على جينات هدم الأوبين التي تنتجها خلايا الورم التاجي، ومناطق النقل الاقتراني، وجينات سلامة واستقرار البلازميد نفسه. تُعدّ منطقة الضراوة (vir) التي يبلغ طولها 30 كيلوبايت مُنظّمة في ستة أوبرونات أساسية لنقل الحمض النووي T (virA، virB، virD، وvirG) أو لزيادة كفاءة النقل (virC وvirE). [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] وقد أظهرت العديد من العناصر الوراثية المُحدّدة كروموسوميًا دورها الوظيفي في التصاق بكتيريا Agrobacterium tumefaciens بالخلايا النباتية واستعمارها. يشارك الموضعان chvA وchvB في تخليق وإفراز β-1,2 جلوكان ، [ 6 ] بينما يُعدّ chvE ضروريًا لتعزيز تحفيز جينات vir بواسطة السكريات، بالإضافة إلى تحفيز الانجذاب الكيميائي للبكتيريا . [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] أما الموضع الخلوي فهو مسؤول عن تخليق ألياف السليلوز . [ 10 ] يشارك موقع pscA (exoC) في تخليق كل من الغلوكان الحلقي وسكسينوغليكان الحمض . [ 11 ] [ 9 ] يشارك موقع att في بروتينات سطح الخلية . [ 12 ]

مراجع

  1. ↑ غولدشتاين، دانيال أ.؛ تينلاند، برونو؛ جيلبرتسون، لورانس أ.؛ ستاوب، ج.م.؛ بانون، ج.أ.؛ غودمان، ر.إ.؛ مكوي، ر.ل.؛ سيلفانوفيتش، أ. (2005). "سلامة الإنسان والنباتات المعدلة وراثيًا: مراجعة لعلامات مقاومة المضادات الحيوية وتقنيات اختيار التحويل المستقبلية". مجلة علم الأحياء الدقيقة التطبيقية . 99 (1). جمعية علم الأحياء الدقيقة التطبيقية ( وايلي ): 7-23 . doi : 10.1111/j.1365-2672.2005.02595.x . ISSN 1364-5072 . PMID 15960661. S2CID 40454719 .   
  2. ↑ ليمو، بيغي ج. (2008). "النباتات والأغذية المعدلة وراثيًا: تحليل علمي للقضايا (الجزء الأول)". المراجعة السنوية لبيولوجيا النبات . 59 (1). المراجعات السنوية : 771-812 . رمز Bibcode : 2008AnRPB..59..771L . doi : 10.1146/annurev.arplant.58.032806.103840 . ISSN 1543-5008 . PMID 18284373 .  
  3. 1 2 هويكاس، بول جيه جيه؛ شيلبيروورت، روب أ. (1992-05-01). "أغروباكتيريوم والهندسة الوراثية النباتية" . بيولوجيا النبات الجزيئية . 19 (1): 15-38 . Bibcode : 1992PMolB..19...15H . doi : 10.1007 / BF00015604 . ISSN 1573-5028 . PMID 1600167. S2CID 36172990 .   
  4. 1 2 زوبان، جيه آر؛ زامبريسكي، ب. (1995-04-01). "نقل الحمض النووي T من بكتيريا الأجروبكتيريوم إلى الخلية النباتية" . علم وظائف النبات . 107 (4): 1041-1047 . doi : 10.1104/pp.107.4.1041 . ISSN 0032-0889 . PMC 157234. PMID 7770515 .   
  5. ↑ جيون، جيونغ-أ؛ إيوم، جين-سيونغ؛ سيم، وونغ سيوب (1998-02-01). "دور تسلسل التكرار المعكوس (IR) في التعبير الجيني لـ virE في بكتيريا Agrobacterium tumefaciens pTiA6" . الجزيئات والخلايا . 8 (1): 49-53 . doi : 10.1016/S1016-8478(23)13391-7 . ISSN 1016-8478 . PMID 9571631 .  
  6. ^ كانجيلوسي، جورجيا؛ مارتينيتي، ج. لي، جا؛ لي، CC. ثاينز، سي؛ نيستر، إي دبليو (مارس 1989). "دور بروتين Agrobacterium tumefaciens ChvA [ المصحح ] في تصدير بيتا 1،2 جلوكان" . مجلة علم البكتيريا . 171 (3): 1609–1615 . دوى : 10.1128/jb.171.3.1609-1615.1989 . ISSN 0021-9193 . بمك 209788 . بميد 2921245 .   
  7. ↑ أنكينباور، آر جي؛ نيستر، إي دبليو (نوفمبر 1990). "تحفيز جينات ضراوة بكتيريا أغروباكتيريوم توميفاسينز بواسطة السكريات: الخصوصية البنيوية ونشاط السكريات الأحادية" . مجلة علم البكتيريا . 172 (11): 6442-6446 . doi : 10.1128/jb.172.11.6442-6446.1990 . ISSN 0021-9193 . PMC 526831. PMID 2121715 .   
  8. ↑ كانجيلوسي، جي إيه؛ أنكينباور، آر جي؛ نيستر، إي دبليو (سبتمبر 1990). "تحفز السكريات جينات ضراوة الأغروبكتيريوم من خلال بروتين رابط في الفراغ المحيط بالبلازما وبروتين إشارة عبر الغشاء" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 87 (17): 6708-6712 . Bibcode : 1990PNAS...87.6708C . doi : 10.1073/pnas.87.17.6708 . ISSN 0027-8424 . PMC 54606. PMID 2118656 .   
  9. 1 2 كانجيلوسي، جيرارد أ.؛ أبيست، إيلين؛ مارتينيتي، جلاديس؛ نيستر، يوجين و. (1991)، "التحليل الجيني للأغروبكتيريوم"، أنظمة علم الوراثة البكتيرية ، طرق في علم الإنزيمات، المجلد 204، إلسيفير، الصفحات 384-397 ، doi : 10.1016/0076-6879(91)04020-o ، ISBN   978-0-12-182105-0PMID 1658565 ، تاريخ الاسترجاع 2024-03-09 
  10. ↑ ماتيس، أ.ج. (مايو 1983). " دور ألياف السليلوز البكتيرية في عدوى أغروباكتيريوم توميفاسينز" . مجلة علم البكتيريا . 154 (2): 906-915 . doi : 10.1128/jb.154.2.906-915.1983 . ISSN 0021-9193 . PMC 217544. PMID 6302086 .   
  11. ^ كانجيلوسي، جورجيا؛ هونغ ، إل. بوفانيساراجا ، ف ؛ ستايسي، ج؛ أوزجا، دا؛ لي، جا؛ نيستر، إي دبليو (مايو 1987). "المواقع المشتركة لتخليق Agrobacterium tumefaciens و Rhizobium meliloti exopolysaccharide ودورهما في التفاعلات النباتية" . مجلة علم البكتيريا . 169 (5): 2086–2091 . دوى : 10.1128/jb.169.5.2086-2091.1987 . ISSN 0021-9193 . بمك 212098 . بميد 3571162 .   
  12. ↑ ماتيس، آن ج. (أكتوبر 1987). "تأثير البلازميد pSa والأوكسين على التصاق بكتيريا Agrobacterium tumefaciens بخلايا الجزر" . علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والبيئي . 53 (10): 2574-2582 . Bibcode : 1987ApEnM..53.2574M . doi : 10.1128/aem.53.10.2574-2582.1987 . ISSN 0099-2240 . PMC 204148. PMID 16347473 .