В хромосоме ключевой биотехнологической бактерии разные настройки дают разные преимущества

от

В зависимости от настроек способность ключевой бактерии в биотехнологии — Agrobacterium tumefaciens — передавать свою ДНК растению-хозяину может сделать её либо патогеном, повреждающим сельскохозяйственные культуры, либо мощным методом их генетического улучшения.

Новое исследование, проведённое командой Университета штата Айова, показало, что эффективность вирулентности Agrobacterium также варьируется в зависимости от того, как устроена её хромосома.

Основные выводы исследования

Исследование, [опубликованное](https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx7408) в этом месяце в Science Advances, показало, что бактерия более эффективно заражает растения, находясь в своём естественном двуххромосомном состоянии, но растёт быстрее и лучше справляется со стрессом, когда её плотно свёрнутый генетический материал слит в одну хромосому.

Кан Ван, выдающийся профессор агрономии и профессор глобальных исследований в области биотехнологий, сказала: «Наша работа — первая, в которой напрямую проверяется, как структура хромосомы влияет на рост бактерий, выживание и способность вызывать заболевания. Это открывает двери для подобных исследований многих других микробов».

Значение исследования для биотехнологии

Знание о том, что хромосомная архитектура влияет на баланс между приспособленностью и инфекционностью Agrobacterium, может помочь генетическим инженерам оптимизировать использование бактерии в качестве инструмента улучшения сельскохозяйственных культур или разработать новые способы защиты растений, уязвимых к корончатым галлам — опухолевидным наростам, которые бактерия может вызывать на корнях и стеблях.

Agrobacterium широко распространена в почве и поражает такие культуры, как фруктовые и ореховые деревья, виноградные лозы и сахарная свёкла. С 1980-х годов учёные используют её механизм передачи ДНК, вызывающей инфекцию, для вставки индивидуальных генетических последовательностей в растения. Преобразования сельскохозяйственных культур с помощью Agrobacterium привели к появлению устойчивых к гербицидам соевых бобов, кукурузы и хлопка, устойчивых к насекомым, а также обогащённого витаминами «золотого риса».

Особенности хромосомной архитектуры Agrobacterium

Исследователи сосредоточились на Agrobacterium, поскольку учёные были заинтригованы её необычной хромосомной конфигурацией, включающей как кольцевые, так и линейные формы. Используя инструменты генного редактирования CRISPR, исследователи создали два других штамма Agrobacterium с различными хромосомными архитектурами. Общий тип с двумя хромосомами был отредактирован так, чтобы иметь две кольцевые хромосомы вместо одной круговой и одной линейной. Вариант с одной слитой линейной хромосомой был отредактирован так, чтобы иметь одну круговую хромосому.

Лабораторные испытания всех четырёх типов, которые были генетически идентичны, кроме конфигурации их хромосом, показали, что слитые типы имели преимущества в приспособленности и репликации, но были не так эффективны в заражении растений-хозяев.

Выводы и перспективы

Для учёных, использующих Agrobacterium для улучшения сельскохозяйственных культур и других растений, важно знать, как способности бактерии варьируются в зависимости от организации её хромосом. Это помогает им точно настраивать штаммы в зависимости от целей.

Результаты также могут привести к новым стратегиям борьбы с болезнью корончатых галлов на сельскохозяйственных культурах, например, путём подталкивания патогенных штаммов к менее эффективным хромосомным настройкам.

Будущая работа, изучающая функциональное влияние дизайна хромосом у других бактерий, может даже привести к улучшению профилактики или лечения инфекций у людей. «Это также даёт нам окно в эволюцию, показывая, как бактерии корректируют организацию своей ДНК, чтобы адаптироваться и процветать», — сказала Ван. «Влияние изучения геномной архитектуры в ближайшие годы может быть далеко идущим».

Предоставлено [Iowa State University](https://phys.org/partners/iowa-state-university/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте