B I IO OT T E E C C N N O O L L O O G G I IA A
Agrobacterium tumefaciens
J o L o os su u a a L o p e ez z
3 r B a T r ro o. B an n a an no o y y F F r ru ut ta as s T ro o p i ic ca a l l e e s s
I n D o V i n g . D or ri is s V il l l l a a f fu u e er r t te e 2 0 01 1 4 4 1
INTRODUCCIÓN Agrobacterium tumefaciens es una proteobacteria Gram negativa que induce tumores en las plantas dicotiledóneas conocidos como agallas o tumores, generalmente en el cuello. Pertenece a la familia Rhizobiaceae Posee un plásmido, denominado Plásmido Ti, el cual lleva un DNA, llamado T-DNA, que al ser integrado en el cromosoma de alguna célula vegetal, produce una proliferación descontrolada, transformando a la célula, en célula tumoral. A. tumefaciens es una bacteria del suelo, un nicho ecológico en el que el número de especies bacterianas es muy elevado, y en el que se presume aún existe un gran número de especies no identificadas (Bakken, 1985; Teyssier-Cuvelle et al., 1999). Incluso en el caso
de entornos más
restringidos se han encontrado poblaciones heterogéneas de bacterias (Anderson y Moore, 1979), como en los tumores producidos por este patógeno, donde el
ambiente en principio sería más favorable para
agrobacterias patógenas que para cepas no
patógenas del mismo
género Agrobacterium o para otras especies bacterianas. Esta preferencia se explicaría por la presencia en el medio de las opinas, sustancias producidas por las plantas transformadas y que sirven de sustrato a las cepas patógenas, las cuales poseen los genes del catabolismo de estos compuestos. Así, en un estudio llevado a cabo por Cubero (1998) en tumores producidos de forma natural en nogal, se observó la presencia de distintas cepas de A. tumefaciens patógenos en el interior de los tumores, coexistiendo naturalmente. Todo ello muestra que la estructura de las poblaciones de agrobacterias naturales es muy compleja y diversos estudios han mostrado la presencia de
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mezcla de poblaciones que
contienen cepas de Agrobacterium con diferentes cromosomas y con diferentes tipos plasmídicos (Nesme et al., 1992; Pionnat et al., 1999).
JUSTIFICACION La agalla de la corona es una enfermedad vegetal que genera tumores en el cuello
de plantas monocotiledóneas y es producida por
Agrobacterium tumefaciens. Las
“agallas” son tumores bulbosos que
sobresalen del tallo de muchas plantas como vides, árboles y arbustos frutales entre otros, haciendo que las plantas crezcan mal de manera que provocan pérdidas en las cosechas. Erwin Smith y C. O. Townsend en 1907, del Departamento de Agricultura de EE.UU., descubrieron que la causa de las agallas de la corona, era una bacteria del
suelo con forma de bastoncillo, que posteriormente se
conocería como Agrobacterium tumefaciens. Hasta ese momento se conocían otras bacterias que hacían que el tejido vegetal muriera, se marchitara o se decolorara, pero A. tumefaciens tenía la extraña capacidad de promover la proliferación de células vegetales induciendo la formación de
tumores, desafortunadamente estas
investigaciones tuvieron importancia solo 40 años más tarde, cuando el fitopatólogo Armin Braun de la Universidad Rockefeller, sintió curiosidad por saber cómo una bacteria podía provocar esos tumores en las plantas.
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL Concretar los aspectos biológicos que intervienen en el comportamiento patógeno de Agrobacterium tumefaciens.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar los aspectos del comportamiento biológico de A tumefansciens que tiene implicaciones en su potencial biotecnológico.
Reconocer las potenciales implicaciones biotecnológicas de Agrobacterium tumefaciens.
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AGROBACTERIUM TUMEFACIENS Agrobacterium
tumefaciens
-
sinónimo
de
Rhizobium radiobacter - es una bacteria que causa en las plantas dicotiledóneas unos tumores conocidos como "agallas" o "tumores del cuello", que crecen en la zona donde se unen la raíz y el tallo (cuello). Agrobacterium es una proteobacteria alpha de la familia Rhizobiaceae, la cual también incluye a las fijadoras de nitrógeno que viven en simbiosis con las legumbres. A diferencia de éstas, Agrobacterium es un parásito y causa grave daño a la planta afectada. Es de notar que Agrobacterium no es ni el único ni el más común causante de tumores en las plantas. Muchos pueden ser causados por insectos o larvas que segregan ciertas sustancias que producen el mismo efecto aparente.
MANERA DE INFECCIÓN La bacteria se guía por las sustancias que la planta secreta (fenoles, entre los más conocidos acetosiringona, vainillina y p(OH)benzoico)de heridas pequeñas, por las que se introduce. Se ubica entonces en los espacios intercelulares y desde allí transfiere a las células de la planta un fragmento de su material genético, un plásmido (ADN circular extracromosómico bacteriano) para transferir un segmento de ADN conocido como T-DNA o ADN-T, que se integra en alguna zona del genoma de la planta.
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Este T-DNA inyectado por el Agrobacterium contiene genes que provocan la producción de reguladores del crecimiento vegetal, de lo cual resulta el desarrollo del tumor. El T-DNA también contiene genes codificadores de enzimas que causan que la planta produzca aminoácidos especializados llamados opinas. Éstas son una fuente de energía específica para A. tumefaciens, pero no para otros organismos. Existen gran variedad de opinas, y cada cepa de A. tumefaciens suele dar lugar a un único tipo de opina. Por ejemplo, la cepa C58 produce nopalina como opina.
BIOTECNOLOGÍA La capacidad de transmisión de ADN por el Agrobacterium está siendo extensamente explotada en biotecnología, como medio de insertar genes foráneos dentro de las plantas y desarrollar organismos modificados genéticamente. Se trata entonces de un vehículo óptimo para operaciones de ingeniería genética. Entre los transgénicos creados por este método están las plantas productoras del insecticida Bt, una toxina originalmente producida por el Bacillus thuringiensis . Los laboratorios del proyecto australiano CAMBIA obtuvieron relevancia al desarrollar una versión de Agrobacterium tumefaciens modificada mediante tecnología de código abierto. Agrobacterium como patógeno de las plantas
Rhizobium radiobacter (= Agrobacterium tumefaciens) es la especie más
comúnmente estudiada de este grupo. En plantas causa la enfermedad de las agallas del cuello , denominada así porque produce agallas o
tumores, a menudo en la zona donde se une la raíz al tallo (cuello, o 6
también llamado corona). Los tumores son producidos por la transferencia de un segmento de ADN (ADN-T) del plásmido bacteriano Ti (abreviatura de tumor-inductor). La especie próximamente relacionada, R. rhizogenes (= A. rhizogenes ), induce tumores en la raíz, y presenta un plásmido distinto Ri (abreviatura de raíz-inductor). La especie R. vitis (= A. vitis), restringida generalmente a la vid, puede presentar un plásmido Ti. Cepas de otras especies bacterianas distintas de Agrobacterium, alisladas en muestras ambientales, han presentado también plásmidos Ti. Además, muchas cepas ambientales de Agrobacterium no poseen plásmidos Ti ni Ri, por lo que no son virulentas. El plásmido ADN-T se integra semi-aleatoriamente en el genoma de la célula huésped,1 y los genes de virulencia del ADN-T se expresan causando la formación de una agalla. El ADN-T lleva genes de enzimas biosintéticas para la producción de aminoácidos inusuales, típicamente octopina o nopalina. También lleva genes para la biosíntesis de hormonas de las plantas, auxinas y citoquininas. Estos alteran el equilibrio hormonal en la célula, de forma que la planta no puede controlar la división de esas células, formándose tumores. El cociente de auxina a citoquinina determina la morfología del tumor. AGROBACTERIUM EN
BIOTECNOLOGÍA
La capacidad de Agrobacterium para transferir genes a las plantas se ha explotado en ingeniería genética para la creación de plantas trangénicas. Pueden utilizarse plásmidos Ti o Ri modificados. El plásmido se desarma eliminando los genes que inducen el tumor. Las únicas partes esenciales del ADN-T son dos pequeñas repeticiones (25 pares de bases) en los extremos, por lo menos una de las cuales es necesaria para la 7
transformación de la planta. Marc Van Montagu y Jozef Schell en la universidad de Gante (Bélgica) descubrieron el mecanismo de transferencia de genes entre Agrobacterium y las plantas, que permiten el uso de esta bacteria en ingeniería genética. Un equipo de investigadores dirigido por Maria-Dell Chilton demostró que podían eliminarse los genes de virulencia sin afectar a la capacidad de la bacteria para insertar su propio ADN en el genoma de la planta (1983). Los genes que se desea introducir en la planta son clonados en la región ADN-T del plásmido desarmado, junto con un marcador seleccionable (tal como la resistencia antibiótica) que será usado para seleccionar a las plantas que han sido modificadas con éxito. Después de la modificación, se hace crecer a las plantas en un medio que contiene el antibiótico, de forma que las que no tienen el ADN-T integrado en su genoma morirán. Un método alternativo es la agroinfiltración. La modificación genética mediante Agrobacterium se puede realizar de dos formas. Una consiste en la incubación de protoplastos u otros tejidos de la planta con la bacteria y la posterior regeneración de las plantas completas. Otra forma (común para modificación de Arabidopsis se denomina"floral dipping": las flores se sumergen en un cultivo de Agrobacterium, y la bacteria transforma las células de la línea germinal
que producen los gametos femeninos. Agrobacterium no infecta a todas las especies de plantas, pero se han desarrollado otras técnicas eficaces para la modificación genética de la plantas tales como la biobalística
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SINTOMATOLOGÍA. La bacteria se caracteriza por formar agallas o tumores, principalmente en la base de los tallos a nivel de la superficie del suelo. Inicialmente forma pequeños crecimientos esféricos con la apariencia de callos, los cuales crecen rápidamente hasta constituirse en grupos de protuberancias fácilmente distinguibles. En árboles de dos a tres años, los tumores pueden llegar a alcanzar diámetros superiores al de hospedador. Estas agallas son leñosas y mantienen la coloración y la textura del resto de la corteza. Con el tiempo, la superficie se rompe y toma una coloración oscura; en algunas ocasiones las agallas terminan por desintegrarse. Las plántulas de vivero y árboles muy jóvenes atacados pueden presentar retrasos en el crecimiento y desarrollo normales, susceptibilidad a otras enfermedades y, en pocos casos, muerte por anillamiento. Árboles de más de dos años de edad presentan las agallas generalmente en la base del fuste, pero en algunos casos se han observado a lo largo de éste en los puntos de poda o en las ramas. Generalmente los árboles adultos logran desarrollarse con la presencia de la enfermedad sin efectos aparentes; sin embargo, otros patógenos de suelo pueden penetrar por las agallas decadentes y producir otras enfermedades.
CICLO DE LA ENFERMEDAD A. TUMEFACIENS Es una bacteria en forma de bacilo, flagelada, habitante del suelo. Penetra a la planta a través de heridas frescas producidas durante las labores de trasplante o mantenimiento o por insectos y nematodos del sistema radical. Una vez dentro del hospedador, la bacteria lo estimula a producir una gran cantidad de células. Estas células continúan dividiéndose 9
mucho
más
rápido
de
lo
normal
y
aumentan
considerablemente su tamaño. Por tanto, el área afectada se transforma en un tumor o agalla. Estas alteraciones producidas en las células pueden continuar dándose, aunque la bacteria ya no se encuentre presente. Cuando los tejidos superficiales de las agallas se deterioran y desecan, generalmente caen al suelo junto con la bacteria, completándose de este modo su ciclo
DISPERSIÓN La bacteria se dispersa en el suelo por la remoción de éste, el agua de riego, la escorrentía y por la maquinaria utilizada para las labores de manejo (tractores, chapeadoras, etc.). Se ha observado su dispersión en el mismo árbol o entre árboles de la plantación por medio de instrumentos contaminados como cuchillos y podadoras. Las heridas innecesarias causadas por el cuchillo durante las deshijas y las rodajas, así como el maltrato de raíces por pisaduras, son los principales sitios de entrada de la bacteria en los árboles.
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CONCLUSION El modelo de transformación vegetal por medio de A. tumefaciens junto con sus
modificaciones genéticas que utilizan el plasmido Ti, permite
delimitar los genes produciendo una pérdida de poder patógeno en las plantas modificadas. Se obtuvo una importante recolección bibliográfica donde se enmarcan las diferentes investigaciones que se han realizado a través de los años con A. tumefaciens poniendo en evidencia su importancia en aspectos biológicos en la biotecnología; los documentos indagados apuntan a reconocer y comprender las implicaciones biotecnológicas que A. tumefaciens le aporta a diferentes campos en ciencia agrícola. En la actualidad existen varios métodos utilizados con diferentes cepas de A tumefaciens, con los cuales se pueden obtener buenos resultados de lo que realmente se busca. El estudio de A. tumefaciens ha sobrepasado barreras inimaginables que tal vez el hombre y la agricultura jamás imagino con el uso de la biotecnología. Se han realizado experimentos de infección de diversos huéspedes vegetales y, de los tumores producidos, se han aislado colonias de las que se ha estudiado el fenotipo patógeno, para comprobar la frecuencia de aparición de este fenómeno estudiando cambios a nivel molecular y las modificaciones que han sufrido. También se han llevado a cabo experimentos in vitro, mediante siembras sucesivas en un medio general, para ver si la pérdida del fenotipo patógeno se produce de forma espontánea. El género Agrobacterium contiene un plásmido característico llamado Ti donde la mayoría de los genes que contiene juegan papeles directos o indirectos en la tumorogénesis en las plantas. 11
ANEXOS
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BIBLIOGRAFIA http://es.wikipedia.org/wiki/Agrobacterium_tumef aciens
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INDICE CARATULA INTRODUCCIÓN
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JUSTIFICACION
2
OBJETIVOS
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OBJETIVO GENERAL
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OBJETIVOS ESPECIFICOS
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AGROBACTERIUM TUMEFACIENS
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MANERA DE INFECCIÓN
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BIOTECNOLOGÍA
6
AGROBACTERIUM EN BIOTECNOLOGÍA
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SINTOMATOLOGÍA.
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CICLO DE LA ENFERMEDAD.
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A. TUMEFACIENS
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DISPERSIÓN.
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CONCLUSION
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ANEXOS
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BIBLIOGRAFIA
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