农杆菌属

农杆菌属是由 H. J. Conn 建立的革兰氏阴性菌属，它利用水平基因转移在植物中引起肿瘤。 农杆菌属 tumefaciens 是该属中研究最多的物种。 农杆菌属以其在自身和植物之间转移 DNA 的能力而闻名，因此它已成为基因工程的重要工具。

直到 1990 年代，农杆菌属被用作废纸篓分类单元。 随着 16S 测序的出现，许多农杆菌属物种（尤其是海洋物种）被重新分配到 Ahrensia、Pseudorhodobacter、Ruegeria 和 Stappia 等属。 剩余的农杆菌属物种被分配到三个生物变型：生物变型 1（农杆菌属 tumefaciens）、生物变型 2（农杆菌属发根基因）和生物变型 3（农杆菌属 vitis）。 2000年代初，农杆菌属与根瘤菌属同义。 这一举动被证明是有争议的。 当农杆菌属被证明在系统发育上与根瘤菌不同并且农杆菌属物种通过一个独特的突触统一：存在原端粒酶基因 telA，导致所有成员 具有线性染色质的属。 然而，到这个时候，三个农杆菌属生物变种已经不复存在了； 生物变种 1 保留为农杆菌属，生物变种 2 更名为 Rhizobium rhizogenes，生物变种 3 更名为 Allorhizobium vitis。

农杆菌属 tumefaciens 在植物中引起冠瘿病。 该病害的特征是受感染植物上出现肿瘤样生长物或虫瘿，通常发生在根部和枝条的交界处。 肿瘤是由细菌肿瘤诱导 (Ti) 质粒的 DNA 片段 (T-DNA) 的接合转移引起的。 密切相关的物种，农杆菌属rhizogenes，诱导根肿瘤，并携带独特的Ri（根诱导）质粒。 虽然农杆菌属的分类学目前正在修订中，但可以概括该属中存在 3 个生物变种，即农杆菌属 tumefaciens、农杆菌属 rhizogenes 和农杆菌属 vitis。 已知农杆菌属 tumefaciens 和农杆菌属 rhizogenes 中的菌株能够携带 Ti 或 Ri 质粒，而通常仅限于葡萄藤的农杆菌属葡萄菌株可以携带 Ti 质粒。 已从含有 Ri 质粒的环境样品中分离出非农杆菌属菌株，而实验室研究表明非农杆菌属菌株也可含有 Ti 质粒。 农杆菌属的一些环境菌株既不具有 Ti 也不具有 Ri 质粒。 这些菌株是无毒的。

质粒T-DNA半随机地整合到宿主细胞的基因组中，表达T-DNA上的肿瘤形态基因，从而形成虫瘿。 T-DNA 携带生物合成酶的基因，用于生产不寻常的氨基酸，通常是章鱼碱或胭脂碱。 它还携带植物激素、生长素和细胞分裂素的生物合成基因，以及冠冕草生物合成的基因，为大多数其他微生物无法利用的细菌提供碳源和氮源，使农杆菌属具有选择性 优势。 通过改变植物细胞中的激素平衡，植物无法控制这些细胞的分裂，从而形成肿瘤。 肿瘤基因产生的生长素与细胞分裂素的比例决定了肿瘤的形态（根样、杂乱无章或芽样）。

虽然通常被视为植物感染，但农杆菌属可能是免疫系统较弱的人类机会性感染的原因，但尚未被证明是其他健康个体的主要病原体。 苏格兰的 J. R. Cain 博士（1988 年）报告了农杆菌属放射性杆菌引起的人类疾病的最早关联之一。 后来的一项研究表明，农杆菌属通过将其 T-DNA 整合到人类细胞基因组中，附着并遗传转化多种类型的人类细胞。 该研究是使用培养的人体组织进行的，并未就自然界中的相关生物活性得出任何结论。

农杆菌属将基因转移到植物和真菌的能力被用于生物技术，特别是用于植物改良的基因工程。 植物和真菌的基因组可以通过使用农杆菌属来设计，用于传递 T-DNA 双元载体中的序列。 可以使用经过修饰的 Ti 或 Ri 质粒。 通过删除肿瘤诱导基因，质粒被“解除xxx”；

T-DNA xxx重要的部分是它的两个小（25 个碱基对）边界重复序列，植物转化至少需要其中一个。 将要引入植物的基因克隆到植物双元载体中，该载体包含解除xxx的质粒的 T-DNA 区域，以及可选择标记（例如抗生素抗性），以便能够选择已成功转化的植物。 转化后植物在含有抗生素的培养基上生长，而那些没有将 T-DNA 整合到其基因组中的植物将会死亡。