「Tiプラスミド」の版間の差分

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[[ファイル:Ti plasmid.svg|thumb|350px|right|Tiプラスミドの構造]]
[[ファイル:Ti plasmid.svg|thumb|350px|right|Tiプラスミドの構造]]
'''Tiプラスミド'''（Ti plasmid）または'''腫瘍誘発プラスミド'''（tumor inducing plasmid）は、''[[:en:Agrobacterium tumefaciens|Agrobacterium tumefaciens]]''などの一部の[[アグロバクテリウム属]]の[[細菌]]が持つ[[プラスミド]]である<ref>{{Cite journal |last=Gelvin |first=Stanton B. |date=2009-8 |title=Agrobacterium in the Genomics Age |url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2719113/ |journal=Plant Physiology |volume=150 |issue=4 |pages=1665–1676 |doi=10.1104/pp.109.139873 |issn=0032-0889 |pmid=19439569 |pmc=2719113}}</ref><ref>{{Cite journal |和書|author=礒原 豊司雄 |author2=鎌田 博 |date=1991 |title=アグロバクテリウム感染系 Tiプラスミド,Riプラスミドを用いて|url=http://joi.jlc.jst.go.jp/JST.Journalarchive/kagakutoseibutsu1962/29.659?from=CrossRef |journal=化学と生物 |volume=29 |issue=10 |pages=659–665 |language=ja |doi=10.1271/kagakutoseibutsu1962.29.659 |issn=0453-073X}}</ref>。
'''Tiプラスミド'''(Ti plasmid)または'''腫瘍誘発プラスミド'''(tumor inducing plasmid)は、[[アグロバクテリウム属]]の''A. tumefaciens''や''A. rhizogenes''が自身の[[遺伝子]]を植物に導入するために、必ずではないがしばしば用いる遺伝装置である。


進化的には、Tiプラスミドは[[アルファプロテオバクテリア綱|アルファプロテオバクテリア]]の多くの種が持つ[[プラスミド]]のファミリーの一部である。このプラスミドファミリーは、''repABC''遺伝子カセットと呼ばれる保存された[[DNA]]領域の存在によって定義される。''repABC''遺伝子カセットはプラスミドの複製、[[細胞分裂]]時の娘細胞へのプラスミドの分配、低コピー数でのプラスミドの維持を媒介する<ref name="Gordon2014">{{cite journal|author=Gordon, J. E., Christie, P. J.|date=2014|title=The ''Agrobacterium'' Ti Plasmids|journal=Microbiology Spectrum|volume=2|issue=6|doi=10.1128/microbiolspec.PLAS-0010-2013|pmid=25593788|pmc=4292801|doi-access=free}}</ref>。Tiプラスミドには細菌のエネルギー源として利用される[[オパイン]]の産生を担う遺伝子がコードされており、Tiプラスミドには産生されるオパインの種類によって分類される<ref name="Hooykaas1994">{{cite journal|author=Hooykaas, P. J. & Beijersbergen, A. G.|date=1994|title=The virulence system of ''Agrobacterium tumefaciens''|journal=Annual Review of Phytopathology|volume=32|issue=1|pages=157–181|doi=10.1146/annurev.py.32.090194.001105}}</ref>。
アグロバクテリウムを28℃以上で成育すると、Tiプラスミドは消失する。このような細菌は[[クラウンゴール]]を形成できず、無毒型になる。pTiとpRiは配列の相同性をほとんど持たないが、機能的には似ている。Tiプラスミドは、その遺伝子で生産する[[オパイン]]の種類により分類される。Tiプラスミドが生産するオパインの種類には、[[オクトピン]]、[[ノパリン]]、[[スクシナモピン]]、[[ロイシノピン]]等がある。


Tiプラスミドは、アグロバクテリウムが[[植物]]にクラウンゴール（crown gall）と呼ばれる[[虫こぶ]]様の[[腫瘍]]を引き起こすために必要不可欠である<ref name="Gordon2014" />。この過程は[[病原性]]遺伝子をコードする''vir''領域や、{{仮リンク|T-DNA|en|Transfer DNA|label=}}領域など、Tiプラスミドの特定の領域によって促進される。T-DNAは、細菌が損傷部位を検知した後、[[接合 (生物)|接合]]によって宿主となる植物細胞へ移行する領域である。これらの領域はT-DNAの宿主植物細胞への輸送を行い、[[植物ホルモン]]（[[オーキシン]]、[[サイトカイニン]]など）やオパインの合成とクラウンゴールの形成を引き起こす<ref name="Gordon2014" />。
この[[プラスミド]]には、195個の[[タンパク質]]をコードする196個の遺伝子を持つ。また1つの構造[[RNA]]が存在する。このプラスミドは、206,479[[ヌクレオチド]]長で[[GC含量]]は56%、全体の81%がコード領域である。[[偽遺伝子]]は含まない。


TiプラスミドのT-DNA領域が細菌から[[植物細胞]]へと[[界_(分類学)|界]]を跨いで輸送されるという興味深い現象が発見されて以降、その[[生物工学]]的応用についても研究が行われている<ref name="Gordon2014" />。
[[遺伝子工学]]によるこのプラスミドの改変は、[[遺伝子組み換え作物]]の作成にとって非常に重要である。


==毒性領域==
==命名と分類==
Tiプラスミドは、アルファプロテオバクテリアに存在するプラスミドファミリーのメンバーである<ref name="Pinto2012">{{cite journal|author=Pinto, U. M., Pappas, K. M., Winans, S. C.|date=2012|title=The ABCs of plasmid replication and segregation|journal=Nature Reviews Microbiology|volume=10|issue=11|pages=755–765|doi=10.1038/nrmicro2882|pmid=23070556|s2cid=6518175}}</ref>。これらのプラスミドは比較的サイズが大きいことが多く、100k[[塩基対|bp]]から2Mbp程度の大きさである。複製は1ヶ所から開始される。このファミリーのメンバーは特徴的な''repABC''遺伝子カセットを含む<ref name="Cevallos2008">{{cite journal|author=Cevallos, M. A., Cervantes-Rivera, R. & Gutiérrez-Ríos, R. M.|date=2008|title=The repABC plasmid family|journal=Plasmid|volume=60|issue=1|pages=19–37|doi=10.1016/j.plasmid.2008.03.001|pmid=18433868}}</ref>。このプラスミドファミリーに属する他の良く知られたメンバーとしては、''A. rhizogenes''が持つ、[[毛状根培養|毛状根]]を引き起こすRi（root inducing）プラスミドがある<ref name="Gordon2014" />。
毒性領域の遺伝子は、''virABCDEFG''[[オペロン]]にまとめられる。このオペロンは、[[T-DNA]]の[[植物細胞]]への導入を仲介する[[酵素]]をコードする<ref>{{cite journal |author=Scott E.Stachelt, Eugene W.Nester |title=The genetic and transcriptional organization of the vir region of the A6 Ti plasmid of Agrobacterium tumefaciens |journal=The EMBO Journal |volume=5 |issue=7 |pages=1445–1454 |year=1986 |pmid=3017694 |pmc=1166964}}</ref>。

*''virA''は、植物組織が損傷を受けた際に漏れ出る<ref name=Glazer>{{cite book|author=Alexander N. Glazer, Hiroshi Nikaidō |title=Microbial biotechnology: fundamentals of applied microbiology |publisher=Cambridge University Press |year=2007 |isbn =0-521-84210-7}}</ref>[[アセトシリンゴン]]<ref name=Schrammeijer>{{cite journal |doi=10.1093/jexbot/51.347.1167 |author=Schrammeijer, B., Beijersbergen, A., Idler, K.B., Melchers, L.S., Thompson, D.V., Hooykaas, P.J.J. |title=Sequence analysis of the vir-region from Agrobacterium tumefaciens octopine Ti plasmid pTi15955 |journal=Journal of Experimental Botany |volume=51 |issue=347 |pages=1167–1169 |year=2000 |url=http://jxb.oxfordjournals.org/cgi/content/full/51/347/1167 |pmid=10948245}}</ref>、[[シリンガアルデヒド]]、[[アポシニン]]<ref>Reconstitution of Acetosyringone-Mediated Agrobacterium tumefaciens Virulence Gene Expression in the Heterologous Host Escherichia coli. Scott M. Lohrke, Hongjiang Yang, and Shouguang Jin, J Bacteriol. 2001 June; 183(12): 3704–3711, {{doi|10.1128/JB.183.12.3704-3711.2001}}</ref>等のフェノール化合物と反応する[[受容体]]をコードする。
Tiプラスミドの重要な特徴は、宿主の植物細胞内で、さまざまな[[アミノ酸]]や{{仮リンク|糖リン酸|en|Sugar phosphates|label=}}の誘導体であるオパインの産生を駆動する能力である。オパインは感染した細菌の栄養源として利用され、Tiプラスミドによってコードされる遺伝子がオパインを[[異化 (生物学)|異化]]する。Tiプラスミドは異化するオパインの種類によって、アミノ酸誘導体である[[ノパリン]]型、[[オクトピン]]型、マンニチル（mannityl）型、糖リン酸誘導体であるアグロシノピン（agrocinopine）型に分類される<ref name="Gordon2014" />。
*''virB''は、孔/線毛構造を生産するタンパク質をコードする<ref name="Schrammeijer" />。

*''virC''は、overdrive sequenceに結合する<ref name="Schrammeijer" />。
==歴史==
*''virD1''と''virD2''は、T-DNA断片の繰返し配列の境を狙った[[エンドヌクレアーゼ]]を生産する。virD4は、共役タンパク質である<ref>{{cite journal |title= TraG from RP4 and TraG and VirD4 from Ti plasmids confer relaxosome specificity to the conjugal transfer system of pTiC58 |pmid=10692358 | pmc=94450 | volume=182 |issue=6 |date=March 2000 |journal=J. Bacteriol. |pages=1541–8 |author=Hamilton CM, Lee H, Li PL, ''et al.'' |doi=10.1128/jb.182.6.1541-1548.2000}}</ref>。
植物でのクラウンゴール形成の原因として''A. tumefaciens''が同定されたことで、クラウンゴール病の分子基盤の解明への道が開かれた<ref name="Kado">{{cite journal|author=Kado, C. I.|date=2014|title=Historical account on gaining insights on the mechanism of crown gall tumorigenesis induced by ''Agrobacterium tumefaciens''|journal=Frontiers in Microbiology|volume=5|issue=340|page=340|doi=10.3389/fmicb.2014.00340|pmid=25147542|pmc=4124706|doi-access=free}}</ref>。
*''virE''は、[[ヌクレアーゼ]]の攻撃から守っているT-鎖に結合し、T-複合体が右端から<ref name="Glazer" />通過できるチャネルを作るために<ref name="Schrammeijer" />、植物細胞膜に脂質を挿入する。

*''virG''は、''virA''によりリン酸化されるとすぐに<ref name="Glazer" />[[コンセンサス配列]]と結合し<ref name="Schrammeijer" />、vir-遺伝子の発現を活性化させる。
宿主の植物細胞への遺伝的影響に対する最初の示唆は1942年から1943年に得られ、植物の二次腫瘍の内部には細菌細胞が存在しないことが示された。しかし、これらの腫瘍細胞は感染した細菌株によって代謝されるオパインを産生する能力を持っていた<ref name=":0">{{cite journal|author=Petit, A., Delhaye, S., Tempé, J. & Morel, G.|date=1970|title=Recherches sur les guanidines des tissues de Crown gall. Mise en evidence d'une relation biochimique spécifique entre les souches d'''Agrobacterium tumefaciens'' et les tumeurs qu'elles induisent|journal=Physiol. Vég.|volume=8|page=205–213}}</ref>。重要なことに、産生されるオパインは植物の種とは関係なく、またオパインの産生はクラウンゴール組織内部に限定されていることもあることから、細菌が宿主植物細胞にオパインの合成を行わせるために何らかの遺伝物質を移行させていることが示唆された<ref name="Kado" />。

しかしながら、どのようにして、またどの程度DNAの移行が起こっているのかは不明であった。''A. tumefaciens''のDNAを加えるだけでは植物に腫瘍は形成されず<ref name=":1">{{cite journal|author=Kado, C. I. & Lurquin, P. F.|date=1976|title=Studies on ''Agrobacterium tumefaciens''. V. Fate of exogenously added bacterial DNA in ''Nicotiana tabacum''|journal=Physiological Plant Pathology|volume=8|issue=1|pages=73–82|doi=10.1016/0048-4059(76)90009-6}}</ref>、またDNAは宿主の植物細胞のゲノムへほとんど組み込まれていないことが判明した<ref name=":2">{{cite journal|author=Drlica, K. A. & Kado, C. I.|date=1974|title=Quantitative Estimation of ''Agrobacterium tumefaciens'' DNA in Crown Gall Tumor Cells|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=71|issue=9|pages=3677–3681|bibcode=1974PNAS...71.3677D|doi=10.1073/pnas.71.9.3677|pmid=4530329|pmc=433839|doi-access=free}}</ref>。また、DNAを分解するために[[デオキシリボヌクレアーゼ]]（DNase）を添加しても、植物の腫瘍の形成と成長を防ぐことはできなかった<ref name=":3">{{cite journal|author=Braun, A. C. & Wood, H. N.|date=1966|title=On the inhibition of tumor inception in the crown-gall disease with the use of ribonuclease A.|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=56|issue=5|pages=1417–1422|bibcode=1966PNAS...56.1417B|doi=10.1073/pnas.56.5.1417|pmid=5230302|pmc=219988|doi-access=free}}</ref>。これらの結果からは、''A. tumefaciens''のDNAの宿主への移行はもし存在したとしてもわずかなものであること、そして、実際にDNAの細菌から植物への移行が起きているとすると、何らかの保護された機構で行われていることを示唆していた。

その後、造腫瘍性細菌株は非病原性細菌を病原性細菌へ変換することが可能であり、また[[接合 (生物)|接合]]過程によって病原性を担う遺伝子が非病原性細胞へ移行することが示された<ref name=":4">{{cite journal|author=Kerr, A.|date=1971|title=Acquisition of virulence by non-pathogenic isolates of ''Agrobacterium radiobacter''.|journal=Physiological Plant Pathology|volume=1|issue=3|pages=241–246|doi=10.1016/0048-4059(71)90045-2}}</ref>。そして、病原性細菌のみに巨大プラスミドが存在し、非病原性細菌には存在しないことは、プラスミドが病原性を担っていることを支持していた<ref name=":5">{{cite journal|author=Zaenen, I., van Larebeke, N., Teuchy, H., van Montagu, M. & Schell, J.|date=1974|title=Supercoiled circular DNA in crown-gall inducing ''Agrobacterium'' strains|journal=Journal of Molecular Biology|volume=86|issue=1|pages=109–127|doi=10.1016/s0022-2836(74)80011-2|pmid=4854526}}</ref>。最終的に、細菌のプラスミドの一部が宿主の植物細胞でも検出され、感染に伴う遺伝的影響を担う遺伝物質であることが確認された<ref name=":6">{{cite journal|author=Chilton, M. D., Drummond, M. H., Merlo, D. J., Sciaky, D., Montoya, A. L., Gordon, M. P. & Nester, E. W.|date=1977|title=Stable incorporation of plasmid DNA into higher plant cells: the molecular basis of crown gall tumorigenesis|journal=Cell|volume=11|issue=2|pages=263–271|doi=10.1016/0092-8674(77)90043-5|pmid=890735|s2cid=7533482}}</ref>。

Tiプラスミドが同定されたことで、Tiプラスミドの特性やどのように遺伝物質がアグロバクテリウムから植物[[宿主]]へ移行するのかに関して多くの研究が行われた。Tiプラスミドに関する初期の研究の特筆すべき業績としては、1978年のTiプラスミドのマッピング<ref name=":7">{{cite journal|author=Chilton, M. D., Montoya, A. L., Merlo, D. J., Drummond, M. H., Nutter, R., Gordon, M. P. & Nester, E. W.|date=1978|title=Restriction endonuclease mapping of a plasmid that confers oncogenicity upon ''Agrobacterium tumefaciens'' strain B6-806|journal=Plasmid|volume=1|issue=2|pages=254–269|doi=10.1016/0147-619x(78)90043-4|pmid=748950}}</ref>、1981年のTiプラスミド間の配列類似性の研究が挙げられる<ref name=":8">{{cite journal|author=Engler, G., Depicker, A., Maenhaut, R., Villarroel, R., Van Montagu, M. & Schell, J.|date=1981|title=Physical mapping of DNA base sequence homologies between an octopine and a nopaline Ti plasmid of ''Agrobacterium tumefaciens''|journal=Journal of Molecular Biology|volume=152|issue=2|pages=183–208|doi=10.1016/0022-2836(81)90239-4|pmid=6276566}}</ref>。

1980年から2000年の間に、T-DNAと''vir''領域の特徴付けが行われた。T-DNA領域に関する研究からは、その輸送過程が決定され、[[植物ホルモン]]とオパインの合成を行う遺伝子が同定された<ref name=":9">{{cite journal|author=Zambryski, P., Tempe, J. & Schell, J.|date=1989|title=Transfer and function of T-DNA genes from ''Agrobacterium'' Ti and Ri plasmids in plants|journal=Cell|volume=56|issue=2|pages=193–201|doi=10.1016/0092-8674(89)90892-1|pmid=2643473|s2cid=19393909}}</ref>。''vir''領域にコードされている遺伝子の機能決定を目的とした研究からは、細菌-宿主間の相互作用に関する遺伝子とT-DNAの輸送を可能にする遺伝子の分類が行われた<ref name="Hooykaas1994" />。

==プラスミドの複製、分配、維持==
[[File:RepABC gene cassette of Ti plasmids.png|thumb|center|upright=1.5|Tiプラスミドの''repABC''遺伝子カセット、各遺伝子産物と活性の模式図。]]

Tiプラスミドの複製、分配、維持は''repABC''遺伝子カセットに依存しており、カセットは主に3つの遺伝子''repA'', ''repB'' and ''repC''から構成される。''repA''と''repB''はそれぞれプラスミドの分配に関わるタンパク質をコードしている一方、 ''repC''は複製の開始を担うタンパク質をコードしている<ref name="Gordon2014" />。これらの遺伝子は''repA''の上流に位置する4つの異なる[[プロモーター]]から発現が行われる。''repE''は小さな{{仮リンク|アンチセンスRNA|en|Antisense RNA|label=}}をコードし、''repB''と''repC''の間に位置する<ref name="Cevallos2008" />。さらに、''repABC''カセット内には分配に重要な部位である''parS''と{{仮リンク|複製起点|en|Origin of replication|label=}}''oriV''が存在する<ref name="Gordon2014" />。

===Tiプラスミドの複製===
Tiプラスミドの複製はRepC[[タンパク質]]によって駆動される。RepCはDNAに結合する[[N末端]]ドメインと[[C末端]]ドメインから構成される。変異体解析によって、機能的なRepCが存在しなければTiプラスミドは複製を行えないことが示されている<ref name="Cevallos2008" />。''repC''遺伝子内には、約150ヌクレオチドの''oriV''配列が存在している<ref name="Pinto2012" />。RepCタンパク質はこの領域に結合することが示されており、複製起点としての役割があることが示唆される<ref name="Pinto2011">{{cite journal|author=Pinto, U. M., Flores-Mireles, A. L., Costa, E. D. & Winans, S. C|date=2011|title=RepC protein of the octopine-type Ti plasmid binds to the probable origin of replication within repC and functions only in cis|journal=Molecular Microbiology|volume=81|issue=6|pages=1593–1606|doi=10.1111/j.1365-2958.2011.07789.x|pmid=21883520}}</ref>。Tiプラスミドの複製過程は完全には理解されていないものの、複製の開始段階はRepCの発現と''oriV''への結合に依存している可能性が高いと考えられている。RepCタンパク質は[[シス (分子生物学)|シス]]にのみ作用する点は特筆すべきである。すなわち、RepCタンパク質は自身がコードされているプラスミドの複製だけを駆動し、細菌細胞中に存在する他のプラスミドには作用しない<ref name="Pinto2011" />。

===Tiプラスミドの分配===

{| class="wikitable"
|+ style="text-align:left;" |TiプラスミドのRepA/RepB分配システムに関与する構成要素<ref name="Gordon2014" />
|-
! 構成要素
! 機能
|-
| RepA (ParA)
| 弱い[[ATPアーゼ]]活性を持ち、 ''repABC''カセットの発現を負に自己調節する。
フィラメントを形成し、細胞分裂中のプラスミド分配を補助する。
|-
| RepB (ParB)
| DNA結合タンパク質で、RepAと''parS''部位の間のアダプターとして機能する。
|-
|''parS''
| RepBタンパク質の結合部位。
|}

Tiプラスミドの{{仮リンク|Plasmid partition system|en|プラスミド分配システム|label=分配システム}}は、他のプラスミドや細菌の染色体で利用されているParA/ParBシステムと類似しており、同様に機能すると考えられている<ref name="Bignell2001">{{cite journal|author=Bignell, C. & Thomas, C. M.|date=2001|title=The bacterial ParA-ParB partitioning proteins|journal=Journal of Biotechnology|volume=91|issue=1|pages=1–34|doi=10.1016/S0168-1656(01)00293-0|pmid=11522360}}</ref>。RepAまたはRepBの変異はどちらもプラスミドの安定性を低下させることから、プラスミドの分配に重要な役割を果たしていることが示唆される<ref name="Cevallos2008" />。RepAのフィラメント形成能力によって、分裂中の細胞の双方の極へDNAを引っ張る物理的なブリッジを形成することが可能となる。一方、RepBはparS配列に特異的に結合し、DNAと複合体を形成してRepAに認識される<ref name="Gordon2014" /><ref name="Cevallos2008" />。Tiプラスミドは細菌細胞内にわずかなコピー数しか存在しないため、このシステムは適切な分配に特に重要である。

===Tiプラスミドの維持===
Tiプラスミドは細菌細胞内で低コピー数で維持される。これは部分的には複製開始タンパク質RepCの発現に影響を与えることによって行われている<ref name="Gordon2014" />。RepAは[[アデノシン二リン酸|ADP]]結合時に活性化され、RepBとともに''repABC''カセットの負の調節因子として機能する<ref name="Pinto2012" />。それによってRepCのレベルは細胞内で低く維持され、各[[細胞分裂]]周期中での多回複製が防がれる。さらに、''repB''と''repC''の間にコードされているRepEと呼ばれる低分子RNAが''repC''の発現を低下させる<ref name="Chai2005">{{cite journal|author=Chai, Y. & Winans, S. C.|date=2005|title=A small antisense RNA downregulates expression of an essential replicase protein of an ''Agrobacterium tumefaciens'' Ti plasmid|journal=Molecular Microbiology|volume=56|issue=6|pages=1574–1585|doi=10.1111/j.1365-2958.2005.04636.x|pmid=15916607}}</ref>。RepEは''repC''の[[伝令RNA|mRNA]]と[[相補性 (分子生物学)|相補的]]であり、結合して二本鎖分子を形成する。その結果、RepCタンパク質の[[翻訳 (生物学)|翻訳]]がブロックされる<ref name="Chai2005" />。

これらとは別に、''repABC''カセットの発現、すなわちTiプラスミドのコピー数は、アグロバクテリウムの[[クオラムセンシング]]システムの影響も受ける<ref name="Cevallos2008" />。クオラムセンシングシステムは、[[オートインデューサー]]と呼ばれる分子を検知することで細菌集団の密度に対して応答するシステムである。オートインデューサーは細菌細胞から低レベルで産生され、細菌が高密度で存在する場合に閾値まで蓄積する<ref name=":10">{{cite journal|author=Miller, M. B. & Bassler, B. L.|date=2001|title=Quorum sensing in bacteria|journal=Annual Reviews in Microbiology|volume=55|issue=1|pages=165–199|doi=10.1111/j.1365-2958.2005.04636.x|pmid=15916607}}</ref>。今回のケースではオートインデューサーは''N''-3-oxooctanoyl-<small>L</small>-homoserine lactone（3-O-C<sub>8</sub>-AHL）分子であり、TraRと呼ばれる調節因子によって検知される<ref name="Cevallos2008" />。TraRが活性化されると、''repABC''遺伝子カセットのプロモーター領域に存在する''tra''ボックスに結合し、発現を駆動する。そのため、集団が高密度となると各細菌細胞内に存在するプラスミドのコピー数は増加する。このシステムは植物宿主内での病原性を支えている可能性が高い<ref name="Cevallos2008" />。


==特徴==
==特徴==
*アグロバクテリウム属は、「天然の遺伝子工学者」と呼ばれる。
*プラスミドのサイズ:～250kbp
*1つかそれ以上のT-DNA領域を含む。
*接合伝達が可能な領域を含む。
*オパイン合成と異化の領域を含む。
*植物のクラウンゴール病の原因である。


=== ''vir''領域 ===
==関連項目==
[[File:Vir region of Ti plasmids.png|thumb|center|upright=2.0|オクトピン型Tiプラスミドの''vir''領域の構成。]]
*[[メアリーデル・チルトン]]

*[[ジョゼフ・シェル]]
''vir''領域の発現は通常の条件下では抑制されており、細菌が植物の損傷部位からのシグナルを検知した際にのみ活性化される。この活性化はVirタンパク質の産生、そして宿主植物細胞へのDNAとタンパク質の輸送に必要である<ref name="Gordon2014" />。
*[[マルク・ヴァン・モンタギュー]]

VirAとVirGはアグロバクテリウム内で{{仮リンク|二成分制御系|en|Two-component regulatory system|label=}}を形成している<ref name="Winans1991">{{cite journal|date=1991|title=An ''Agrobacterium'' two‐component regulatory system for the detection of chemicals released from plant wounds|journal=Molecular Microbiology|volume=5|issue=10|pages=2345–2350|doi=10.1111/j.1365-2958.1991.tb02080.x|pmid=1791750|authors=Winans, S. C.}}</ref>。このシステムは細菌でよくみられる検知・シグナル伝達システムである。この場合、これらは植物由来のシグナルを検知し、''vir''領域の発現を駆動する。検知の過程で、センサーとなる{{仮リンク|ヒスチジンキナーゼ|en|Histidine kinase|label=|redirect=1}}VirAは[[リン酸化]]され、{{仮リンク|レスポンスレギュレーター|en|Response regulator|label=}}であるVirGにリン酸基を転移する<ref name=":11">{{cite journal|date=1990|title=VirA, a coregulator of Ti-specified virulence genes, is phosphorylated in vitro|journal=Journal of Bacteriology|volume=172|issue=2|pages=1142–1144|doi=10.1128/jb.172.2.1142-1144.1990|pmid=2298696|pmc=208549|authors=Huang, Y., Morel, P., Powell, B & Kado, C. I.|doi-access=free}}</ref>。活性化されたVirGはその後、各''vir''[[プロモーター]]の上流に位置する''vir''ボックスと呼ばれるDNA領域に結合し、''vir''領域の発現を活性化する<ref name="Gordon2014" /><ref name="Winans1991" />。細菌が植物由来のシグナルに向かって移動する現象（[[走化性]]）は、VirAとVirGによる検知の下流機構である可能性がある。これによって、アグロバクテリウムは植物の損傷部位に向かって移動できるようになる<ref name=":12">{{cite journal|date=1988|title=virA and virG are the Ti-plasmid functions required for chemotaxis of ''Agrobacterium tumefaciens'' towards acetosyringone|journal=Molecular Microbiology|volume=2|issue=3|pages=413–417|doi=10.1111/j.1365-2958.1988.tb00046.x|pmid=3398775|authors=Shaw, C. H., Ashby, A. M., Brown, A., Royal, C., Loake, G. J. & Shaw, C. M.}}</ref>。さらに、T-DNAの輸送もVirタンパク質によって媒介される<ref name=":13">{{cite journal|date=1986|title=virA and virG control the plant-induced activation of the T-DNA transfer process of ''A. tumefaciens''|journal=Cell|volume=46|issue=3|pages=325–333|doi=10.1016/0092-8674(86)90653-7|pmid=3731272|authors=Stachel, S. E. & Zambryski, P. C.|s2cid=37938846}}</ref>。

''virB''[[オペロン]]は''vir''領域で最大のオペロンであり、宿主植物細胞へのT-DNAと細菌タンパク質の移行過程に関与する11個のVirBタンパク質をコードしている（輸送装置については後述）<ref name=":14">{{cite journal|date=1988|title=Characterization of the ''virB'' operon from an ''Agrobacterium tumefaciens'' Ti plasmid|journal=Journal of Biological Chemistry|volume=263|issue=12|pages=5804–5814|pmid=3281947|authors=Ward, J. E., Akiyoshi, D. E., Regier, D., Datta, A., Gordon, M. P. & Nester, E. W.}}</ref><ref name=":15">{{cite journal|date=2000|title=VirB/D4-dependent protein translocation from ''Agrobacterium'' into plant cells|journal=Science|volume=290|issue=5493|pages=979–982|bibcode=2000Sci...290..979V|doi=10.1126/science.290.5493.979|pmid=11062129|authors=Vergunst, A. C., Schrammeijer, B., den Dulk-Ras, A., de Vlaam, C. M., Regensburg-Tuïnk, T. J. & Hooykass, P. J.}}</ref>。

''virC''オペロンは2つのタンパク質、VirC1とVirC2をコードしている。これらのタンパク質はさまざまな植物宿主に対するアグロバクテリウムの病原性に影響を与える。これらのタンパク質の変異は細菌の病原性を低下させるが、病原性が消失するわけではない<ref name=":16">{{cite journal|date=1987|title=Molecular characterization of the ''virC'' genes of the Ti plasmid|journal=Journal of Bacteriology|volume=169|issue=6|pages=2336–2344|doi=10.1128/jb.169.6.2336-2344.1987|pmid=3584058|pmc=212055|authors=Close, T. J., Tait, R. C., Rempel, H. C., Hirooka, T., Kim, L. & Kado, C. I.|doi-access=free}}</ref>。''virC''オペロンと''virD''オペロンはどちらも細菌ゲノムにコードされているタンパク質Rosによて抑制される<ref name="Cooley1991">{{cite journal|date=1991|title=The ''virC'' and ''virD'' operons of the Agrobacterium Ti plasmid are regulated by the ''ros'' chromosomal gene|journal=Journal of Bacteriology|volume=173|issue=8|pages=2608–2616|doi=10.1128/jb.173.8.2608-2616.1991|pmid=2013576|pmc=207827|authors=Cooley, M. B., D'souza, M. R. & Kado, C. I.|doi-access=free}}</ref><ref name="DSouza1993">{{cite journal|date=1993|title="Analysis of the Ros repressor of ''Agrobacterium virC'' and ''virD'' operons: molecular intercommunication between plasmid and chromosomal genes|journal=Journal of Bacteriology|volume=175|issue=11|pages=3486–3490|doi=10.1128/jb.175.11.3486-3490.1993|pmid=8501053|pmc=204748|authors=D'souza, M. R., Cooley, M. B. & Kado, C. I.|doi-access=free}}</ref>。RosはVirG調節因子結合部位と重複するDNA領域に結合し、そのためこれらの発現レベルの制御に関してVirGと競合する<ref name="Cooley1991" /><ref name="DSouza1993" />。VirC1とVirC2は、細菌から宿主植物細胞へのT-DNAの接合輸送の際に{{仮リンク|リラクソソーム|en|Relaxosome|label=}}複合体の組み立てを促進する機能を持つ<ref name="Atmakuri2007">{{cite journal|date=2007|title=''Agrobacterium'' ParA/MinD-like VirC1 spatially coordinates early conjugative DNA transfer reactions|journal=The EMBO Journal|volume=26|issue=10|pages=2540–2551|doi=10.1038/sj.emboj.7601696|pmid=17505518|pmc=1868908|authors=Atmakuri, K., Cascales, E., Burton, O. T., Banta, L. M. & Christie, P. J.}}</ref>。この過程はエネルギー依存的過程であり、''overdrive''と呼ばれるDNA領域に結合した際に生じる活性によって媒介される<ref name="Atmakuri2007" />。結果として、これらの過程は産生されるT-DNA鎖の量を増大させるよう作用する。輸送されるDNA鎖が産生された後、VirCタンパク質はDNA鎖を輸送装置へ差し向ける過程も補助する<ref name="Atmakuri2007" />。

''virD''オペロンは4つのタンパク質、VirD1–D4をコードしている<ref name=":17">{{cite journal|date=1987|title=Molecular characterization of the ''virD'' operon from ''Agrobacterium tumefaciens''|journal=Nucleic Acids Research|volume=15|issue=18|pages=7503–7517|doi=10.1093/nar/15.18.7503|pmid=3658701|pmc=306264|authors=Porter, S. G., Yanofsky, M. F. & Nester, E. W.}}</ref>。VirD1とVirD2は、[[接合 (生物)|接合]]時のT-DNAのTストランドへのプロセシングに関与している。Tストランドは、宿主植物細胞へ輸送される一本鎖DNA分子である<ref name="Ghai1989">{{cite journal|date=1989|title=The virD operon of ''Agrobacterium tumefaciens'' Ti plasmid encodes a DNA-relaxing enzyme|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=86|issue=9|pages=3109–3113|bibcode=1989PNAS...86.3109G|doi=10.1073/pnas.86.9.3109|pmid=2541431|pmc=287074|authors=Ghai, J. & Das, A.|doi-access=free}}</ref>。プロセシング時には、VirD1はDNA鎖を巻き戻す[[DNAトポイソメラーゼ|トポイソメラーゼ]]として機能する<ref name="Ghai1989" />。VirD2は{{仮リンク|リラクサーゼ|en|Relaxase|label=}}であり、DNA鎖の一方にニックを形成し、受容細胞の核へ移行するまで移行DNAに結合したままとどまる<ref name="Zechner2012">{{cite journal|date=2012|title=Assembly and mechanisms of bacterial type IV secretion machines|journal=Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences|volume=367|issue=1592|pages=1073–1087|doi=10.1098/rstb.2011.0207|pmid=22411979|pmc=3297438|authors=Zechner, E. L., Lang, S. & Schildbach, J. F.|doi-access=free}}</ref><ref name=":18">{{cite journal|date=1986|title=The VirD operon of ''Agrobacterium tumefaciens'' encodes a site-specific endonuclease|journal=Cell|volume=47|issue=3|pages=471–477|doi=10.1016/0092-8674(86)90604-5|pmid=3021341|authors=Yanofsky, M. F., Porter, S. G., Young, C., Albright, L. M., Gordon, M. P. & Nester, E. W.|s2cid=40721668}}</ref>。受容細胞内では、VirD2はVirE2とともに、移行するDNAを受容細胞の核へ差し向ける。VirD2はさまざまなタンパク質による[[リン酸化]]と[[脱リン酸化]]を受け、こうした修飾はDNA輸送能力に影響を与えることが示唆されている<ref name=":19">{{cite journal|date=2004|title=Expression of the plant protein phosphatase 2C interferes with nuclear import of the ''Agrobacterium'' T-complex protein VirD2|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=101|issue=14|pages=5164–5169|bibcode=2004PNAS..101.5164T|doi=10.1073/pnas.0300084101|pmid=15047887|pmc=387391|authors=Tao, Y. & Rao, P. K.|doi-access=free}}</ref>。VirD3の機能はほとんど知られておらず、変異体解析においてもアグロバクテリウムの病原性に関する役割を支持する知見は得られていない<ref name=":20">{{cite journal|date=1992|title=The ''Agrobacterium tumefaciens virD3'' gene is not essential for tumorigenicity on plants|journal=Journal of Bacteriology|volume=174|issue=15|pages=5161–5164|doi=10.1128/jb.174.15.5161-5164.1992|pmid=1629176|pmc=206339|authors=Vogel, A. M. & Das, A.|doi-access=free}}</ref>。VirD4は接合過程に重要な役割を果たし、Tストランドを認識して輸送[[イオンチャネル|チャネル]]へ送る共役因子として機能する<ref name=":21">{{cite journal|date=2002|title=Polar location and functional domains of the ''Agrobacterium tumefaciens'' DNA transfer protein VirD4|journal=Molecular Microbiology|volume=43|issue=6|pages=1523–1532|doi=10.1046/j.1365-2958.2002.02829.x|pmid=11952902|authors=Kumar, R. B. & Das, A.}}</ref>。

''virE''オペロンは2つのタンパク質、VirE1とVirE2をコードしている<ref name=":22">{{cite journal|date=1987|title=Characterization of the ''virE'' operon of the ''Agrobacterium''Ti plasmid pTiA6|journal=Nucleic Acids Research|volume=15|issue=2|pages=825–837|doi=10.1093/nar/15.2.825|pmid=3547330|pmc=340470|authors=Winans, S. C., Allenza, P., Stachel, S. E., McBride, K. E.& Nester, E. W.}}</ref>。VirE2はTストランドとともに宿主植物細胞へ輸送されるエフェクタータンパク質である。VirE2はTストランドに結合し、宿主植物細胞の核への輸送を行う<ref name="Galvin2012">{{cite journal|date=2012|title=Traversing the cell: ''Agrobacterium'' T-DNA's journey to the host genome|journal=Frontiers in Plant Science|volume=3|pages=52|doi=10.3389/fpls.2012.00052|pmid=22645590|pmc=3355731|authors=Galvin, S. B.|doi-access=free}}</ref><ref name=":23">{{cite journal|date=1988|title=''Agrobacterium tumefaciens virE'' operon encodes a single-stranded DNA-binding protein|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=85|issue=9|pages=2909–2913|bibcode=1988PNAS...85.2909D|doi=10.1073/pnas.85.9.2909|pmid=2452439|pmc=280112|authors=Das, A.|doi-access=free}}</ref>。この活性の一部はVirE2タンパク質内に存在する[[核局在化シグナル]]によるものであり、タンパク質とそこへ結合したDNAは核へ移行する。また、VirE2はTストランドを[[ヌクレアーゼ]]による攻撃から防ぐ<ref name="Schrammeijer">{{cite journal|author=Schrammeijer, B., Beijersbergen, A., Idler, K.B., Melchers, L.S., Thompson, D.V., Hooykaas, P.J.J.|year=2000|title=Sequence analysis of the vir-region from Agrobacterium tumefaciens octopine Ti plasmid pTi15955|url=http://jxb.oxfordjournals.org/cgi/content/full/51/347/1167|journal=Journal of Experimental Botany|volume=51|issue=347|pages=1167–1169|doi=10.1093/jexbot/51.347.1167|pmid=10948245}}</ref>。VirE2はDNAが植物の細胞膜を通過するためのタンパク質チャネルとして機能するという推測もなされている<ref name=":24">{{cite journal|date=2001|title=An ''Agrobacterium'' VirE2 channel for transferred-DNA transport into plant cells|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=98|issue=2|pages=485–490|bibcode=2001PNAS...98..485D|doi=10.1073/pnas.011477898|pmid=11149937|pmc=14613|authors=Dumas, F., Duckely, M., Pelczar, P., Van Gelder, P. & Hohn, B.|doi-access=free}}</ref>。VirE1はVirE2タンパク質の宿主植物細胞内への輸送の促進に関与している可能性がある<ref name=":25">{{cite journal|date=1996|title=VirE1 protein mediates export of the single-stranded DNA-binding protein VirE2 from ''Agrobacterium tumefaciens'' into plant cells|journal=Journal of Bacteriology|volume=178|issue=4|pages=1207–1212|doi=10.1128/jb.178.4.1207-1212.1996|pmid=8576060|pmc=177787|authors=Sundberg, C., Meek, L., Carroll, K., Das, A. & Ream, W.|doi-access=free}}</ref>。VirE1はVirE2の一本鎖DNA結合ドメインに結合し、VirE2が細菌細胞内で未成熟なTストランドに結合することを防いでいる<ref name=":26">{{cite journal|date=1999|title=The ''Agrobacterium tumefaciens'' chaperone-like protein, VirE1, interacts with VirE2 at domains required for single-stranded DNA binding and cooperative interaction|journal=Journal of Bacteriology|volume=181|issue=21|pages=6850–6855|doi=10.1128/JB.181.21.6850-6855.1999|pmid=10542192|pmc=94155|authors=Sundberg, C. & Ream, W.}}</ref>。

''virF''は一部のTiプラスミドのみに存在する宿主特異性因子である。例えば、オクトピン型のTiプラスミドには''virF''が存在するが、ノパリン型のものには存在しない<ref name="Jarchow1991">{{cite journal|date=1991|title=''virF'', the host-range-determining virulence gene of ''Agrobacterium tumefaciens'', affects T-DNA transfer to ''Zea mays''|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=88|issue=23|pages=10426–10430|bibcode=1991PNAS...8810426J|doi=10.1073/pnas.88.23.10426|pmid=11607242|pmc=52941|authors=Jarchow, E., Grimsley, N. H. & Hohn, B.|doi-access=free}}</ref><ref name="Melchers1990">{{cite journal|date=1990|title=Octopine and nopaline strains of ''Agrobacterium tumefaciens'' differ in virulence; molecular characterization of the ''virF'' locus|journal=Plant Molecular Biology|volume=14|issue=2|pages=249–259|doi=10.1007/BF00018565|pmid=2101693|authors=Melchers, L. S., Maroney, M. J., den Dulk-Ras, A. Thompson, D. V., van Vuuren, H. A., Schilperoort, R. A. & Hooykass, P. J.|s2cid=8736045}}</ref>。''A. tumefaciens''の特定の植物種に対するクラウンゴール形成能は、この''virF''遺伝子が存在するかどうかに依存している<ref name="Jarchow1991" /><ref name="Melchers1990" />。

''virH''オペロンは2つのタンパク質、VirH1とVirH2をコードしている<ref name="Kalogeraki1999">{{cite journal|date=1999|title=The phenolic ''vir'' gene inducer ferulic acid is O-demethylated by the VirH2 protein of an ''Agrobacterium tumefaciens'' Ti plasmid|journal=Molecular Microbiology|volume=34|issue=3|pages=512–522|doi=10.1046/j.1365-2958.1999.01617.x|pmid=10564493|authors=Kalogeraki, V. S., Zhu, J., Eberhard, A., Madsen, E. L. & Winans, S. C.}}</ref>。VirHタンパク質のアミノ酸配列の[[バイオインフォマティクス]]による研究からは、これらと[[シトクロムP450]]スーパーファミリーとの類似性が示されている<ref name=":27">{{cite journal|date=1989|title=Nucleotide sequence and analysis of the plant-inducible locus ''pinF'' from ''Agrobacterium tumefaciens''|journal=Journal of Bacteriology|volume=171|issue=5|pages=2506–2512|doi=10.1128/jb.171.5.2506-2512.1989|pmid=2708311|pmc=209927|authors=Kanemoto, R. H., Powell, A. T., Akiyoshi, D. E., Regier, D. A., Kerstetter, R. A., Nester, E. W., Hawes, M. C. & Gordon, M. P.|doi-access=free}}</ref>。VirH2はVirAに検知された特定の[[フェノール類|フェノール]]化合物を代謝することが知られている<ref name="Kalogeraki1999" />。

===T-DNA===
アグロバクテリウムのT-DNAの長さは約15–20kbpで、宿主植物のゲノムへ[[遺伝的組換え|組換え]]過程によって組み込まれる。この過程では、宿主植物細胞のゲノムに既に存在するギャップが利用される。T-DNAがゲノム中の短い配列と対合してDNA[[ライゲーション]]過程がプライミングされ、T-DNAは植物ゲノムへ恒久的に連結される。T-DNAの両端には24bpの配列が存在する。

宿主植物細胞のゲノム内では、アグロバクテリウムのT-DNAから2つの主要なタンパク質群の発現が行われる<ref name="Gordon2014" />。1つ目のグループは植物の成長ホルモンの産生を担うものである。こうしたホルモンが産生されることで、植物細胞の分裂速度が増加し、クラウンゴールが形成される<ref name="Zhu2000">{{cite journal|date=2000|title=The Bases of Crown Gall Tumorigenesis|journal=Journal of Bacteriology|volume=182|issue=14|pages=3885–3895|doi=10.1128/jb.182.14.3885-3895.2000|pmid=10869063|pmc=94570|authors=Zhu, J., Oger, P. M., Schrammeijer, B., Hooykaas, P. J. J., Farrand, S. K. & Winans, S. C.|doi-access=free}}</ref>。2つ目のグループは宿主植物細胞内でのオパイン合成の駆動を担うものである。産生されるオパインはTiプラスミドの種類に依存し、宿主植物の種類には依存しない。植物はオパインを利用できず、オパインは植物細胞から搬出されてアグロバクテリウムの細胞に取り込まれる。細菌のTiプラスミドのT-DNA以外の領域には、オパインの異化を担う遺伝子が存在している<ref name="Gordon2014" />。

===輸送装置===
Tiプラスミドにコードされている輸送装置は、2つの目的を達成する必要がある。1つは細菌間の接合によるTiプラスミドの移行、もう1つは宿主植物細胞内へのT-DNAと特定のエフェクタータンパク質の輸送である。これらの過程はそれぞれTra/TrbシステムとVirB/VirD4によって行われており、これらはIV型{{仮リンク|細菌分泌装置|en|Bacterial secretion system|label=}}（T4SS）のメンバーである<ref name="Zhu2000" />。

TiプラスミドやT-DNAが接合によって移行するためには、まずリラクサーゼ（TraA/VirD2）やDtr（DNA transfer and replication）タンパク質などさまざまななタンパク質によるプロセシングを受ける必要がある。これらのタンパク質は、Tiプラスミドの''oriT''（origin of transfer）と呼ばれる領域を認識して結合し、リラクソソーム複合体を形成する。T-DNAの場合、T-DNAの境界配列でニックが形成され、Tストランドとなって残りの輸送装置が存在する[[細胞膜]]へ輸送される<ref name="Zechner2012" />。VirB/VirD4システムでは、VirD2リラクサーゼが補助タンパク質VirD1、VirC1、VirC2の助けのもと、DNA基質のプロセシングを行う<ref name=":28">{{cite journal|date=1989|title=Expression of ''Agrobacterium'' nopaline-specific VirD1, VirD2 and VirC1 proteins and their requirements|journal=Molecular Plant-Microbe Interactions|volume=2|issue=2|pages=43–52|doi=10.1094/mpmi-2-043|pmid=2520160|authors=De Vos, G & Zambryski, P.}}</ref>。さらに、VirD2リラクサーゼとVirCタンパク質は、細胞膜のVirD4受容体へのTストランドの輸送にも寄与する<ref name="Atmakuri2007" />。この受容体はT4SSの必須の構成要素であり、2つの細胞間の輸送チャネルへのDNA輸送の動力源となると考えられている<ref name=":29">{{cite journal|date=2004|title=Coupling Factors in Macromolecular Type-IV Secretion Machineries|journal=Current Pharmaceutical Design|volume=10|issue=13|pages=1551–1565|doi=10.2174/1381612043384817|pmid=15134575|authors=Gomis-Ruth, F., Sola, M., Cruz, F. & Coll, M.}}</ref>。下の表では、VirB/VirD4システムの輸送チャネルを構成する''virB''オペロンにコードされるタンパク質がまとめられている<ref name="Gordon2014" />。

{| class="wikitable"
|-
! タンパク質
! 機能
|-
| VirB4, VirB11
| DNA輸送のエネルギーを供給する[[ATPアーゼ]]<ref name="christie2005">{{cite journal |authors=Christie, P. J., Atmakuri, K., Krishnamoorthy, V., Jakubowski, S. & Cascales, E. |title=Biogenesis, architecture, and function of bacterial type IV secretion systems |journal=Annu. Rev. Microbiol. |date=2005 |volume=59 |pages=451–485 |doi=10.1146/annurev.micro.58.030603.123630|pmid=16153176 |pmc=3872966 }}</ref><ref>{{cite journal |authors=Peña, A., Matilla, I., Martín-Benito, J., Valpuesta, J. M., Carrascosa, J. L., De la Cruz, F., Cabezón, E. & Arechaga, I. |title=The hexameric structure of a conjugative VirB4 protein ATPase provides new insights for a functional and phylogenetic relationship with DNA translocases |journal=Journal of Biological Chemistry |date=2012 |volume=287|issue=47 |pages=39925–39932 |doi=10.1074/jbc.M112.413849|pmid=23035111 |pmc=3501061 |doi-access=free }}</ref>
|-
| VirB3, VirB6, VirB8
| 内膜{{仮リンク|トランスロカーゼ|en|Translocase|label=}}のサブユニット（推定）<ref name="christie2005" /><ref>{{cite journal |authors=Mossey, P., Hudacek, A. & Das, A. |title=''Agrobacterium tumefaciens'' type IV secretion protein VirB3 is an inner membrane protein and requires VirB4, VirB7, and VirB8 for stabilization |journal=Journal of Bacteriology |date=2010 |volume=192|issue=11 |pages=2830–2838 |doi=10.1128/JB.01331-09|pmid=20348257 |pmc=2876495 |doi-access=free }}</ref><ref>{{cite journal |authors=Jakubowski, S. J., Krishnamoorthy, V., Cascales, E. & Christie, P. J.|title=''Agrobacterium tumefaciens'' VirB6 domains direct the ordered export of a DNA substrate through a type IV secretion system |journal=Journal of Molecular Biology |date=2004 |volume=341|issue=4 |pages=961–977 |doi=10.1016/j.jmb.2004.06.052|pmid=15328612 |pmc=3918220}}</ref>
|-
| VirB7, VirB9, VirB10
| チャネルサブユニットを安定化するコア複合体の形成<ref name="christie2005" /><ref>{{cite journal |authors=Chandran, V., Fronzes, R., Duquerroy, S., Cronin, N., Navaza, J. & Waksman, G.|title=Structure of the outer membrane complex of a type IV secretion system |journal=Nature |date=2009 |volume=462|issue=7276 |pages=1011–1015 |doi=10.1038/nature08588|pmid=19946264 |pmc=2797999|bibcode=2009Natur.462.1011C }}</ref>
|-
| VirB2
| 接合[[線毛]]の主要な[[ピリン]]サブユニット<ref name="christie2005" />
|-
| VirB1, VirB5
| 接合線毛の副次的構成要素<ref>{{cite journal |authors=Zupan, J., Hackworth, C. A., Aguilar, J., Ward, D. & Zambryski, P. |title=VirB1* promotes T-pilus formation in the ''vir''-Type IV secretion system of ''Agrobacterium tumefaciens''|journal=Journal of Bacteriology |date=2007 |volume=189|issue=18 |pages=6551–6563 |doi=10.1128/JB.00480-07|pmid=17631630|pmc=2045169|doi-access=free }}</ref><ref>{{cite journal |authors=Schmidt-Eisenlohr, H., Domke, N., Angerer, C., Wanner, G., Zambryski, P. & Baron, C. |title=Vir proteins stabilize VirB5 and mediate its association with the T pilus of ''Agrobacterium tumefaciens''|journal=Journal of Bacteriology |date=1999 |volume=181|issue=24 |pages=7485–7492|doi=10.1128/JB.181.24.7485-7492.1999|pmid=10601205|pmc=94205|doi-access=free}}</ref>
|}

==生物工学における利用==
{{see also|アグロバクテリウム#バイオテクノロジーへの利用}}
アグロバクテリウムが持つ植物細胞へDNAを輸送する能力は、植物ゲノムのエンジニアリングの新たな扉を開き、[[遺伝子組み換え作物|遺伝子組み換え植物]]（トランスジェニック植物）の作出を可能にした<ref name=":30">{{cite journal|date=1980|title=The ''Agrobacterium tumefaciens'' Ti plasmid as a host vector system for introducing foreign DNA in plant cells|journal=Nature|volume=287|issue=5783|pages=654–656|bibcode=1980Natur.287..654H|doi=10.1038/287654a0|authors=Hernalsteens, J. P., Van Vliet, F., De Beuckeleer, M., Depicker, A., Engler, G., Lemmers, M., Holsters, M., Van Montagu, M. & Schell, J.|s2cid=4333703}}</ref>。T-DNAの移行の媒介に関与するタンパク質は、まずT-DNA領域の境界配列を認識する。そのため、目的の配列に隣接してT-DNAの境界配列を配置してプラスミドへ挿入し、アグロバクテリウムの細胞へ導入する。アグロバクテリウム細胞内では境界配列が輸送装置によって認識され、T-DNAと同様の方法で目的の配列が標的の植物細胞へ輸送される<ref name="Gordon2014" />。このようにT-DNAの境界配列だけをプラスミドに残しておくことによって、腫瘍形成を引き起こすことなく植物ゲノムを編集することができる<ref name=":31">{{cite journal|date=1983|title=Ti plasmid vector for the introduction of DNA into plant cells without alteration of their normal regeneration capacity|journal=The EMBO Journal|volume=2|issue=12|pages=2143–2150|doi=10.1002/j.1460-2075.1983.tb01715.x|pmid=16453482|authors=Zambryski, P., Joos, H., Genetello, C., Leemans, J., Montagu, M. V. & Schell, J.}}</ref>。この手法は、[[イネ]]<ref name=":32">{{cite journal|date=1992|title=Transformation of indica rice (''Oryza sativa'' L.) mediated by ''Agrobacterium tumefaciens|journal=Plant and Cell Physiology|volume=33|issue=5|pages=577–583|doi=10.1093/oxfordjournals.pcp.a078292|authors=Chan, M. T., Lee, T. M. & Chang, H. H.}}</ref>、[[オオムギ]]<ref name=":33">{{cite journal|date=1997|title=''Agrobacterium tumefaciens''-mediated barley transformation|journal=The Plant Journal|volume=11|issue=6|pages=1369–1376|doi=10.1046/j.1365-313X.1997.11061369.x|authors=Tingay, S., McElroy, D., Kalla, R., Fieg, S., Wang, M., Thornton, S. & Brettell, R.}}</ref>、[[コムギ]]<ref name=":34">{{cite journal|date=1997|title=Genetic transformation of wheat mediated by ''Agrobacterium tumefaciens''|journal=Plant Physiology|volume=115|issue=3|pages=971–980|doi=10.1104/pp.115.3.971|pmid=12223854|pmc=158560|authors=Cheng, M., Fry, J. E., Pang, S., Zhou, H., Hironaka, C. M., Duncan, D. R., Conner, T. W. & Wan, Y.|doi-access=free}}</ref>を含むいくつかの作物を改変するために利用されている。さらなる研究により、アグロバクテリウムの標的は[[菌類]]や[[ヒトの細胞の一覧|ヒト細胞株]]にまで拡張されている<ref>{{Cite book|title=Agrobacterium : from biology to biotechnology|url=https://www.worldcat.org/oclc/233971317|publisher=Springer|date=2008|location=New York|isbn=978-0-387-72290-0|oclc=233971317|others=Tzfira, Tzvi., Citovsky, Vitaly.}}</ref><ref name=":35">{{cite journal|date=2001|title=Genetic transformation of HeLa cells by ''Agrobacterium''|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=98|issue=4|pages=1871–1876|bibcode=2001PNAS...98.1871K|doi=10.1073/pnas.98.4.1871|pmid=11172043|pmc=29349|authors=Kunik, T., Tzfira, T., Kapulnik, Y., Gafni, Y., Dingwall, C. & Citovsky, V.|doi-access=free}}</ref>。


==出典==
==出典==
* Schell J, Van Montagu M., The Ti-plasmid of Agrobacterium tumefaciens, a natural vector for the introduction of nif genes in plants?, Basic Life Sci. 1977;9:159-79.
*B.D.Singh, genetic engineering and cloning.
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==外部リンク==
==関連項目==
* {{仮リンク|メアリー・デル・チルトン|en|Mary-Dell Chilton|label=}}
*[http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=genome&cmd=Retrieve&dopt=Overview&list_uids=15251 Agrobacterium tumefaciens plasmid pTi-SAKURA, complete sequence]
* {{仮リンク|ジョゼフ・シェル|en|Jozef Schell|label=}}
*[http://micro.cornell.edu/research/winans-lab/ti-plasmid-genetic-map Ti Plasmid Genetic Map]
* {{仮リンク|マルク・ファン・モンタギュー|en|Marc Van Montagu|label=}}

== 外部リンク ==
* [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=genome&cmd=Retrieve&dopt=Overview&list_uids=15251 Agrobacterium tumefaciens plasmid pTi-SAKURA, complete sequence]
* [http://micro.cornell.edu/research/winans-lab/ti-plasmid-genetic-map Ti Plasmid Genetic Map]
* [https://www.rhs.org.uk/advice/profile?pid=141 Crown gall disease]


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2020年7月23日 (木) 16:16時点における版

Tiプラスミドの構造

Tiプラスミド（Ti plasmid）または腫瘍誘発プラスミド（tumor inducing plasmid）は、Agrobacterium tumefaciensなどの一部のアグロバクテリウム属の細菌が持つプラスミドである[1][2]。

進化的には、Tiプラスミドはアルファプロテオバクテリアの多くの種が持つプラスミドのファミリーの一部である。このプラスミドファミリーは、repABC遺伝子カセットと呼ばれる保存されたDNA領域の存在によって定義される。repABC遺伝子カセットはプラスミドの複製、細胞分裂時の娘細胞へのプラスミドの分配、低コピー数でのプラスミドの維持を媒介する[3]。Tiプラスミドには細菌のエネルギー源として利用されるオパインの産生を担う遺伝子がコードされており、Tiプラスミドには産生されるオパインの種類によって分類される[4]。

Tiプラスミドは、アグロバクテリウムが植物にクラウンゴール（crown gall）と呼ばれる虫こぶ様の腫瘍を引き起こすために必要不可欠である[3]。この過程は病原性遺伝子をコードするvir領域や、T-DNA（英語版）領域など、Tiプラスミドの特定の領域によって促進される。T-DNAは、細菌が損傷部位を検知した後、接合によって宿主となる植物細胞へ移行する領域である。これらの領域はT-DNAの宿主植物細胞への輸送を行い、植物ホルモン（オーキシン、サイトカイニンなど）やオパインの合成とクラウンゴールの形成を引き起こす[3]。

TiプラスミドのT-DNA領域が細菌から植物細胞へと界を跨いで輸送されるという興味深い現象が発見されて以降、その生物工学的応用についても研究が行われている[3]。

命名と分類

Tiプラスミドは、アルファプロテオバクテリアに存在するプラスミドファミリーのメンバーである[5]。これらのプラスミドは比較的サイズが大きいことが多く、100kbpから2Mbp程度の大きさである。複製は1ヶ所から開始される。このファミリーのメンバーは特徴的なrepABC遺伝子カセットを含む[6]。このプラスミドファミリーに属する他の良く知られたメンバーとしては、A. rhizogenesが持つ、毛状根を引き起こすRi（root inducing）プラスミドがある[3]。

Tiプラスミドの重要な特徴は、宿主の植物細胞内で、さまざまなアミノ酸や糖リン酸（英語版）の誘導体であるオパインの産生を駆動する能力である。オパインは感染した細菌の栄養源として利用され、Tiプラスミドによってコードされる遺伝子がオパインを異化する。Tiプラスミドは異化するオパインの種類によって、アミノ酸誘導体であるノパリン型、オクトピン型、マンニチル（mannityl）型、糖リン酸誘導体であるアグロシノピン（agrocinopine）型に分類される[3]。

歴史

植物でのクラウンゴール形成の原因としてA. tumefaciensが同定されたことで、クラウンゴール病の分子基盤の解明への道が開かれた[7]。

宿主の植物細胞への遺伝的影響に対する最初の示唆は1942年から1943年に得られ、植物の二次腫瘍の内部には細菌細胞が存在しないことが示された。しかし、これらの腫瘍細胞は感染した細菌株によって代謝されるオパインを産生する能力を持っていた[8]。重要なことに、産生されるオパインは植物の種とは関係なく、またオパインの産生はクラウンゴール組織内部に限定されていることもあることから、細菌が宿主植物細胞にオパインの合成を行わせるために何らかの遺伝物質を移行させていることが示唆された[7]。

しかしながら、どのようにして、またどの程度DNAの移行が起こっているのかは不明であった。A. tumefaciensのDNAを加えるだけでは植物に腫瘍は形成されず[9]、またDNAは宿主の植物細胞のゲノムへほとんど組み込まれていないことが判明した[10]。また、DNAを分解するためにデオキシリボヌクレアーゼ（DNase）を添加しても、植物の腫瘍の形成と成長を防ぐことはできなかった[11]。これらの結果からは、A. tumefaciensのDNAの宿主への移行はもし存在したとしてもわずかなものであること、そして、実際にDNAの細菌から植物への移行が起きているとすると、何らかの保護された機構で行われていることを示唆していた。

その後、造腫瘍性細菌株は非病原性細菌を病原性細菌へ変換することが可能であり、また接合過程によって病原性を担う遺伝子が非病原性細胞へ移行することが示された[12]。そして、病原性細菌のみに巨大プラスミドが存在し、非病原性細菌には存在しないことは、プラスミドが病原性を担っていることを支持していた[13]。最終的に、細菌のプラスミドの一部が宿主の植物細胞でも検出され、感染に伴う遺伝的影響を担う遺伝物質であることが確認された[14]。

Tiプラスミドが同定されたことで、Tiプラスミドの特性やどのように遺伝物質がアグロバクテリウムから植物宿主へ移行するのかに関して多くの研究が行われた。Tiプラスミドに関する初期の研究の特筆すべき業績としては、1978年のTiプラスミドのマッピング[15]、1981年のTiプラスミド間の配列類似性の研究が挙げられる[16]。

1980年から2000年の間に、T-DNAとvir領域の特徴付けが行われた。T-DNA領域に関する研究からは、その輸送過程が決定され、植物ホルモンとオパインの合成を行う遺伝子が同定された[17]。vir領域にコードされている遺伝子の機能決定を目的とした研究からは、細菌-宿主間の相互作用に関する遺伝子とT-DNAの輸送を可能にする遺伝子の分類が行われた[4]。

プラスミドの複製、分配、維持

TiプラスミドのrepABC遺伝子カセット、各遺伝子産物と活性の模式図。

Tiプラスミドの複製、分配、維持はrepABC遺伝子カセットに依存しており、カセットは主に3つの遺伝子repA, repB and repCから構成される。repAとrepBはそれぞれプラスミドの分配に関わるタンパク質をコードしている一方、 repCは複製の開始を担うタンパク質をコードしている[3]。これらの遺伝子はrepAの上流に位置する4つの異なるプロモーターから発現が行われる。repEは小さなアンチセンスRNAをコードし、repBとrepCの間に位置する[6]。さらに、repABCカセット内には分配に重要な部位であるparSと複製起点oriVが存在する[3]。

Tiプラスミドの複製

Tiプラスミドの複製はRepCタンパク質によって駆動される。RepCはDNAに結合するN末端ドメインとC末端ドメインから構成される。変異体解析によって、機能的なRepCが存在しなければTiプラスミドは複製を行えないことが示されている[6]。repC遺伝子内には、約150ヌクレオチドのoriV配列が存在している[5]。RepCタンパク質はこの領域に結合することが示されており、複製起点としての役割があることが示唆される[18]。Tiプラスミドの複製過程は完全には理解されていないものの、複製の開始段階はRepCの発現とoriVへの結合に依存している可能性が高いと考えられている。RepCタンパク質はシスにのみ作用する点は特筆すべきである。すなわち、RepCタンパク質は自身がコードされているプラスミドの複製だけを駆動し、細菌細胞中に存在する他のプラスミドには作用しない[18]。

Tiプラスミドの分配

TiプラスミドのRepA/RepB分配システムに関与する構成要素[3]
構成要素 機能
RepA (ParA) 弱いATPアーゼ活性を持ち、 repABCカセットの発現を負に自己調節する。

フィラメントを形成し、細胞分裂中のプラスミド分配を補助する。

RepB (ParB) DNA結合タンパク質で、RepAとparS部位の間のアダプターとして機能する。
parS RepBタンパク質の結合部位。

Tiプラスミドの分配システム（英語版）は、他のプラスミドや細菌の染色体で利用されているParA/ParBシステムと類似しており、同様に機能すると考えられている[19]。RepAまたはRepBの変異はどちらもプラスミドの安定性を低下させることから、プラスミドの分配に重要な役割を果たしていることが示唆される[6]。RepAのフィラメント形成能力によって、分裂中の細胞の双方の極へDNAを引っ張る物理的なブリッジを形成することが可能となる。一方、RepBはparS配列に特異的に結合し、DNAと複合体を形成してRepAに認識される[3][6]。Tiプラスミドは細菌細胞内にわずかなコピー数しか存在しないため、このシステムは適切な分配に特に重要である。

Tiプラスミドの維持

Tiプラスミドは細菌細胞内で低コピー数で維持される。これは部分的には複製開始タンパク質RepCの発現に影響を与えることによって行われている[3]。RepAはADP結合時に活性化され、RepBとともにrepABCカセットの負の調節因子として機能する[5]。それによってRepCのレベルは細胞内で低く維持され、各細胞分裂周期中での多回複製が防がれる。さらに、repBとrepCの間にコードされているRepEと呼ばれる低分子RNAがrepCの発現を低下させる[20]。RepEはrepCのmRNAと相補的であり、結合して二本鎖分子を形成する。その結果、RepCタンパク質の翻訳がブロックされる[20]。

これらとは別に、repABCカセットの発現、すなわちTiプラスミドのコピー数は、アグロバクテリウムのクオラムセンシングシステムの影響も受ける[6]。クオラムセンシングシステムは、オートインデューサーと呼ばれる分子を検知することで細菌集団の密度に対して応答するシステムである。オートインデューサーは細菌細胞から低レベルで産生され、細菌が高密度で存在する場合に閾値まで蓄積する[21]。今回のケースではオートインデューサーはN-3-oxooctanoyl-L-homoserine lactone（3-O-C8-AHL）分子であり、TraRと呼ばれる調節因子によって検知される[6]。TraRが活性化されると、repABC遺伝子カセットのプロモーター領域に存在するtraボックスに結合し、発現を駆動する。そのため、集団が高密度となると各細菌細胞内に存在するプラスミドのコピー数は増加する。このシステムは植物宿主内での病原性を支えている可能性が高い[6]。

特徴

vir領域

オクトピン型Tiプラスミドのvir領域の構成。

vir領域の発現は通常の条件下では抑制されており、細菌が植物の損傷部位からのシグナルを検知した際にのみ活性化される。この活性化はVirタンパク質の産生、そして宿主植物細胞へのDNAとタンパク質の輸送に必要である[3]。

VirAとVirGはアグロバクテリウム内で二成分制御系（英語版）を形成している[22]。このシステムは細菌でよくみられる検知・シグナル伝達システムである。この場合、これらは植物由来のシグナルを検知し、vir領域の発現を駆動する。検知の過程で、センサーとなるヒスチジンキナーゼ（英語版）VirAはリン酸化され、レスポンスレギュレーター（英語版）であるVirGにリン酸基を転移する[23]。活性化されたVirGはその後、各virプロモーターの上流に位置するvirボックスと呼ばれるDNA領域に結合し、vir領域の発現を活性化する[3][22]。細菌が植物由来のシグナルに向かって移動する現象（走化性）は、VirAとVirGによる検知の下流機構である可能性がある。これによって、アグロバクテリウムは植物の損傷部位に向かって移動できるようになる[24]。さらに、T-DNAの輸送もVirタンパク質によって媒介される[25]。

virBオペロンはvir領域で最大のオペロンであり、宿主植物細胞へのT-DNAと細菌タンパク質の移行過程に関与する11個のVirBタンパク質をコードしている（輸送装置については後述）[26][27]。

virCオペロンは2つのタンパク質、VirC1とVirC2をコードしている。これらのタンパク質はさまざまな植物宿主に対するアグロバクテリウムの病原性に影響を与える。これらのタンパク質の変異は細菌の病原性を低下させるが、病原性が消失するわけではない[28]。virCオペロンとvirDオペロンはどちらも細菌ゲノムにコードされているタンパク質Rosによて抑制される[29][30]。RosはVirG調節因子結合部位と重複するDNA領域に結合し、そのためこれらの発現レベルの制御に関してVirGと競合する[29][30]。VirC1とVirC2は、細菌から宿主植物細胞へのT-DNAの接合輸送の際にリラクソソーム（英語版）複合体の組み立てを促進する機能を持つ[31]。この過程はエネルギー依存的過程であり、overdriveと呼ばれるDNA領域に結合した際に生じる活性によって媒介される[31]。結果として、これらの過程は産生されるT-DNA鎖の量を増大させるよう作用する。輸送されるDNA鎖が産生された後、VirCタンパク質はDNA鎖を輸送装置へ差し向ける過程も補助する[31]。

virDオペロンは4つのタンパク質、VirD1–D4をコードしている[32]。VirD1とVirD2は、接合時のT-DNAのTストランドへのプロセシングに関与している。Tストランドは、宿主植物細胞へ輸送される一本鎖DNA分子である[33]。プロセシング時には、VirD1はDNA鎖を巻き戻すトポイソメラーゼとして機能する[33]。VirD2はリラクサーゼ（英語版）であり、DNA鎖の一方にニックを形成し、受容細胞の核へ移行するまで移行DNAに結合したままとどまる[34][35]。受容細胞内では、VirD2はVirE2とともに、移行するDNAを受容細胞の核へ差し向ける。VirD2はさまざまなタンパク質によるリン酸化と脱リン酸化を受け、こうした修飾はDNA輸送能力に影響を与えることが示唆されている[36]。VirD3の機能はほとんど知られておらず、変異体解析においてもアグロバクテリウムの病原性に関する役割を支持する知見は得られていない[37]。VirD4は接合過程に重要な役割を果たし、Tストランドを認識して輸送チャネルへ送る共役因子として機能する[38]。

virEオペロンは2つのタンパク質、VirE1とVirE2をコードしている[39]。VirE2はTストランドとともに宿主植物細胞へ輸送されるエフェクタータンパク質である。VirE2はTストランドに結合し、宿主植物細胞の核への輸送を行う[40][41]。この活性の一部はVirE2タンパク質内に存在する核局在化シグナルによるものであり、タンパク質とそこへ結合したDNAは核へ移行する。また、VirE2はTストランドをヌクレアーゼによる攻撃から防ぐ[42]。VirE2はDNAが植物の細胞膜を通過するためのタンパク質チャネルとして機能するという推測もなされている[43]。VirE1はVirE2タンパク質の宿主植物細胞内への輸送の促進に関与している可能性がある[44]。VirE1はVirE2の一本鎖DNA結合ドメインに結合し、VirE2が細菌細胞内で未成熟なTストランドに結合することを防いでいる[45]。

virFは一部のTiプラスミドのみに存在する宿主特異性因子である。例えば、オクトピン型のTiプラスミドにはvirFが存在するが、ノパリン型のものには存在しない[46][47]。A. tumefaciensの特定の植物種に対するクラウンゴール形成能は、このvirF遺伝子が存在するかどうかに依存している[46][47]。

virHオペロンは2つのタンパク質、VirH1とVirH2をコードしている[48]。VirHタンパク質のアミノ酸配列のバイオインフォマティクスによる研究からは、これらとシトクロムP450スーパーファミリーとの類似性が示されている[49]。VirH2はVirAに検知された特定のフェノール化合物を代謝することが知られている[48]。

T-DNA

アグロバクテリウムのT-DNAの長さは約15–20kbpで、宿主植物のゲノムへ組換え過程によって組み込まれる。この過程では、宿主植物細胞のゲノムに既に存在するギャップが利用される。T-DNAがゲノム中の短い配列と対合してDNAライゲーション過程がプライミングされ、T-DNAは植物ゲノムへ恒久的に連結される。T-DNAの両端には24bpの配列が存在する。

宿主植物細胞のゲノム内では、アグロバクテリウムのT-DNAから2つの主要なタンパク質群の発現が行われる[3]。1つ目のグループは植物の成長ホルモンの産生を担うものである。こうしたホルモンが産生されることで、植物細胞の分裂速度が増加し、クラウンゴールが形成される[50]。2つ目のグループは宿主植物細胞内でのオパイン合成の駆動を担うものである。産生されるオパインはTiプラスミドの種類に依存し、宿主植物の種類には依存しない。植物はオパインを利用できず、オパインは植物細胞から搬出されてアグロバクテリウムの細胞に取り込まれる。細菌のTiプラスミドのT-DNA以外の領域には、オパインの異化を担う遺伝子が存在している[3]。

輸送装置

Tiプラスミドにコードされている輸送装置は、2つの目的を達成する必要がある。1つは細菌間の接合によるTiプラスミドの移行、もう1つは宿主植物細胞内へのT-DNAと特定のエフェクタータンパク質の輸送である。これらの過程はそれぞれTra/TrbシステムとVirB/VirD4によって行われており、これらはIV型細菌分泌装置（英語版）（T4SS）のメンバーである[50]。

TiプラスミドやT-DNAが接合によって移行するためには、まずリラクサーゼ（TraA/VirD2）やDtr（DNA transfer and replication）タンパク質などさまざまななタンパク質によるプロセシングを受ける必要がある。これらのタンパク質は、TiプラスミドのoriT（origin of transfer）と呼ばれる領域を認識して結合し、リラクソソーム複合体を形成する。T-DNAの場合、T-DNAの境界配列でニックが形成され、Tストランドとなって残りの輸送装置が存在する細胞膜へ輸送される[34]。VirB/VirD4システムでは、VirD2リラクサーゼが補助タンパク質VirD1、VirC1、VirC2の助けのもと、DNA基質のプロセシングを行う[51]。さらに、VirD2リラクサーゼとVirCタンパク質は、細胞膜のVirD4受容体へのTストランドの輸送にも寄与する[31]。この受容体はT4SSの必須の構成要素であり、2つの細胞間の輸送チャネルへのDNA輸送の動力源となると考えられている[52]。下の表では、VirB/VirD4システムの輸送チャネルを構成するvirBオペロンにコードされるタンパク質がまとめられている[3]。

タンパク質 機能
VirB4, VirB11 DNA輸送のエネルギーを供給するATPアーゼ[53][54]
VirB3, VirB6, VirB8 内膜トランスロカーゼ（英語版）のサブユニット（推定）[53][55][56]
VirB7, VirB9, VirB10 チャネルサブユニットを安定化するコア複合体の形成[53][57]
VirB2 接合線毛の主要なピリンサブユニット[53]
VirB1, VirB5 接合線毛の副次的構成要素[58][59]

生物工学における利用

「アグロバクテリウム#バイオテクノロジーへの利用」も参照

アグロバクテリウムが持つ植物細胞へDNAを輸送する能力は、植物ゲノムのエンジニアリングの新たな扉を開き、遺伝子組み換え植物（トランスジェニック植物）の作出を可能にした[60]。T-DNAの移行の媒介に関与するタンパク質は、まずT-DNA領域の境界配列を認識する。そのため、目的の配列に隣接してT-DNAの境界配列を配置してプラスミドへ挿入し、アグロバクテリウムの細胞へ導入する。アグロバクテリウム細胞内では境界配列が輸送装置によって認識され、T-DNAと同様の方法で目的の配列が標的の植物細胞へ輸送される[3]。このようにT-DNAの境界配列だけをプラスミドに残しておくことによって、腫瘍形成を引き起こすことなく植物ゲノムを編集することができる[61]。この手法は、イネ[62]、オオムギ[63]、コムギ[64]を含むいくつかの作物を改変するために利用されている。さらなる研究により、アグロバクテリウムの標的は菌類やヒト細胞株にまで拡張されている[65][66]。

出典

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関連項目

外部リンク

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