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Agrobacterium
1. Présentation du genre Agrobacterium, du plasmide de tumorisation et du phénomène de tumorisation
Les bactéries du genre Agrobacterium sont des bacilles Gram-négatifs flagellés du sol qui
peuvent provoquer la formation de tumeurs chez les plantes. Ce genre est voisin du genre
Rhizobium.
Ainsi, Agrobacterium tumefaciens cause la galle du collet ("crown gall" en anglais) :
les tumeurs apparaissent au départ au niveau du collet de la plante (l'attaque a lieu par le sol au niveau de
jonction entre l'appareil aérien et l'appareil souterrain racinaire de la plante
: le collet) puis au niveau des tiges et de la base des feuilles.
Agrobacterium rhizogenes s'attaque aux racines : les tumeurs donnent aux racines
une allure chevelue (le chevelu racinaire ou "hairy root" en anglais).
Il a été établi que :
La tumorisation implique la présence d'un plasmide appelé Ti (comme tumor induction) chez
Agrobacterium tumefaciens et Ri chez Agrobacterium rhizogenes.
Ti code pour un système de chimiotactisme qui conduit les bactéries au contact de zones blessées ou en "souffrance" des végétaux.
Les bactéries ne pénétrent pas les cellules végétales mais restent à leur contact.
Une copie d'une partie de Ti va être expédiée dans les cellules végétales. Cette copie est intégrée de façon définitive dans le génome de la plante (donc, désormais, il y aura transmission aux cellules végétales filles sans aucun besoin de la présence de bactéries). C'est l'effet "transformant". Les cellules transformées acquièrent la propriété de prolifération : il y a tumorisation (la synthèse d'auxine et de cytokinine sous codage de la copie intégrée de Ti est la cause de cette capacité de prolifération).
Les cellules transformées acquièrent aussi la capacité à synthétiser des dérivés particuliers d'acides aminés, appelés opines. Ces acides aminés sont récupérables par Agrobacterium (et quasiment par eux seuls) comme source de carbone, d'azote et d'énergie !!
2. Le plasmide Ti et ses séquences déterminant le chimiotactisme vers les cellules végétales et le transfert d'ADN
Non traité dans cette page.
3. Le Transfert de l'ADN-T et la transformation d'une cellule hôte
Le plasmide Ti est donc un ADN double brin circulaire. Sa taille est de 190 kpb (ce qui est élevé). La région de Ti transmise à la cellule hôte est appelée ADN-T.
La région ADN-T du plasmide Ti est bordée de 2 séquences répétées servant de sites de reconnaissance pour une endonucléase spécifique qui n'hydrolyse qu'un des 2 brins d'ADN. Puis un processus d'excision-réparation aboutit à l'expulsion d'un fragment ADN simple brin pris en charge par des protéines SSB tandis que le plasmide Ti est remis sous forme circulaire double brin
L'ADN monobrin (de séquence région ADN-T) est transféré dans une cellule végétale et est intégré à l'ADN nucléaire (insertion au hasard). Les évènements et mécanismes du tranfert et de l'intégration ne sont pas exposés dans cette page.
Remarques : L'endonucléase réalisant les 2 coupures simple brin à l'origine du fragment simple brin exporté est codée par les gènes VirD1 et D2 du plasmide Ti. Les protéines SSB qui se lient au monobrin exporté sont codées par le gène VirE du plasmide ...
4. Les conséquences de la transformation : le phénotype transformé, la tumorisation
L'ADN-T une fois intégré dans le génome d'une cellule végétale va être exprimé et conduire à :
L'ADN-T code des enzymes de biosynthèse d'auxine et de cytokinine. Chez les plantes, c'est le rapport auxine/cytokinine qui détermine la prolifération et la différenciation cellulaire. Le rapport auxine/cytokinine généré par l'expression de l'ADN-T chez les plantes dicotylédones déclenche la prolifération cellulaire : c'est la tumorisation. En effet, l'ADN-T est transmis aux cellules filles après mitose !
L'ADN-T code les enzymes de la biosynthèse de composés azotés particuliers appelés opines (nopaline ou octopine). Les opines sont exportées par les cellules végétales tumorisées et servent de source de C et d'N et d'énergie pour les bactéries Agrobacterium. Les gènes qui codent les enzymes permettant de cataboliser les opines sont codés par les régions du plasmide Ti non transmises !! Et les autres bactéries du sol ne catabolisent généralement pas les opines !! Les Agrobacterium tirent ainsi "bénéfice" du transfert de l'ADN-T.
La figure ci-dessous présente, à titre d'exemple, la synthèse d'une opine particulière, l'octopine.
5. Vecteurs de clonage végétaux et plasmide Ti
Le plasmide Ti est à la source de vecteurs de clonages pour les végétaux.
En effet le plasmide Ti présente des propriétés très intéressantes pour cette fonction :
En bricolant un peu le plasmide Ti, on construit de bons vecteurs de clonages végétaux médiés par Agrobacterium:
Voir un cours de génie génétique pour végétaux ...
6. Bibliographie.
J. Pelmont, Bactéries et Environnement, PUG, 1993
R. Walden, Genetic transformation in Plants, Open University Press, 1988