| Domaine | Bacteria |
|---|---|
| Embranchement | Pseudomonadota |
| Classe | Alphaproteobacteria |
| Ordre | Hyphomicrobiales |
| Famille | Rhizobiaceae |
| Genre | Rhizobium |
Variétés de rang inférieur
Agrobacterium radiobacter[2],Rhizobium radiobacter[3], ouAgrobacterium tumefaciens est unebactérie àcoloration de Gramnégative trouvée dans les sols. Certaines souches sont dessaprophytes, d"autres despathogènes des végétaux, responsables d'unemaladie appeléegalle du collet (ou enanglais :crown-gall).A. tumefaciens a été identifiée à partir de galles desmarguerites en 1907[4].
Le mécanisme de formation des galles s'apparente à latransformation génétique. Il est dû à unplasmide bactérien, fragment d'ADN circulaire, appeléplasmide Ti qui rend les bactériesvirulentes. Un fragment d'ADN du plasmide Ti, l'ADN-T est transféré de la bactérie vers la plante, puis intégré dans legénome végétal où il induit la formations des galles caractérisés par la multiplication désordonnée des cellules végétales.Agrobacterium tumefaciens infecte essentiellement lesdicotylédones à la faveur d'une blessure.
Cette observation constitue le fondement d'une des techniques les plus utilisées eningénierie génétique des végétaux pour produire desorganismes génétiquement modifiés.
La classification de cette bactérie, appartenant à un groupe présentant des particularités complexes, a été reconsidérée plusieurs fois. D'abord baptiséeBacterium tumefaciens par ses découvreurs de 1907[4], elle a été ensuite introduite dans le genreAgrobacterium, créé en 1942. À partir de 1993, des études phylogénétiques de l'ADN de différentes souches d'Agrobacterium et deRhizobium aboutissent à la considération que les deux genres sont entrelacés et ne peuvent être distingués[5], formant un groupe d'espèces proches. En 2001, une autre étude considérait qu'Agrobacterium tumefaciens ne devait pas être considérée comme une espèce à part entière, mais comme une forme pathogène (parce que contenant certainsplasmides) d'Agrobacterium radiobacter, décrite 1902 par Beijerinck et van Delden dans un contexte de symbiose racinaire permettant lafixation de l'azote, et seule espèce non phytopathogène du genre. Elle rejetait par conséquent la dénomination d'Agrobacterium tumefaciens, proposant de retenirradiobacter en tant qu'épithète d'origine, etRhizobium pour le genre[6]. On sait aujourd'hui que cette bactérie permet également la fixation d'azote[7]. Ces conclusions taxonomiques ont été contestées en 2003[8], sur la base de différences moléculaires entre les "biovars", groupes identiques génétiquement mais présentant des caractéristiques biochimiques ou physiologiques différentes[9]. La problématique porte à la fois sur le statut desbiovars, le rôle d'éléments génétiques transmissibles pour la classification, et le fait d'admettre ou non une nomenclature basée sur des propriétés particulières ("special purpose nomenclature")[10].
Des études plus récentes tendent vers la préservation du genreAgrobacterium[11]. Les progrès de l'analyse génomique ont abouti à améliorer en 2018-2019 l'analyse du génome deAgrobacterium radiobacter de 2014[12], qui aurait été réalisée sur des échantillons contaminés, et de considérerA. tumefaciens comme une sous-espèce d'Agrobacterium radiobacter. Les deux sous-espèces seraient appeléesrespectivement Agrobacterium radiobacter subsp. radiobacter, etAgrobacterium radiobacter subsp. tumefaciens[13].
Legénome d'Agrobacterium tumefaciens (souche de référence C58, séquencée en 2001) se compose de deuxchromosomes, l'un linéaire de 2,8 Mb contenant uneorigine de réplication plasmidique et l'autre circulaire de 2 Mb portant une origine de réplication de typecori.A. tumefaciens C58 porte également deuxplasmides AtC58 et TiC58 (leplasmide Ti) respectivement de 540 Kb et 214 Kb[14].
LabactérieAgrobacterium tumefaciens infecte les végétaux (essentiellement desdicotylédones) à la faveur d'une blessure. Des composés phénoliques produits par la plante — généralement bactériostatiques ouantibiotiques — attirent au contraireAgrobacterium vers le site de la blessure. La bactérie s'attache auxcellules végétales. Sous l'action de ces composés phénoliques,Agrobacterium met en place un système de transfert d'un fragment de son ADN, vers la cellule blessée. Cet ADN, dit ADN-T (ou T-DNA en anglais), est porté par leplasmide Ti (tumor-inducing) et s'intègre augénome nucléaire de lacellule végétale. Les gènes portés par l'ADN-T s'expriment dans le végétal et conduisent:
Lesopines sont spécifiquement utilisées par les agrobactéries qui ont induit la formation de latumeur. Cette spécificité est liée au fait que lesgènes déterminant l'utilisation desopines sont portés par leplasmide Ti. De plus, certainesopines induisent le transfert duplasmide Ti d'une agrobactérie vers une autre parconjugaison. Lesopines sont donc des médiateurs chimiques clefs de l'interactionAgrobacterium - plante, dont la présence dans la tumeur favorise la croissance des pathogènes et concourt à leur dissémination.
L'interactionAgrobacterium - plante peut donc être vue comme unemanipulation génétique naturelle au cours de laquelle la bactérie détourne à son profit l'activité métabolique de la plante.
La bactérie perçoit les signauxphénoliques (qui sont émis par la plante) grâce à uneprotéine transmembranaire codée par legènevirA (1). La protéine VirA, possède une activitékinase, s'autophosphoryle et transfère le phosphate à une autre protéine, cytosolique cette fois et codée parvirG (2). Cette dernière active latranscription des gènes de virulence (3).
La plante blessée émet également des signaux glucidiques, qui sont captés par une protéine codée parchvE. Celle-ci active VirA et la rend réceptive à des concentrations phénoliques faibles. L'augmentation dupH du milieu est captée par ChvI, qui active également les gènes de virulence.
Les gènes « vir » synthétisent plusieursprotéines dont une, VirD2, reconnaît les séquences double brin spécifiques des bordures droite et gauche de l'ADN-T. VirD1 ouvre les doubles brins, qui sont restreints (coupés) par VirD2; l'ADN-T est donc excisé duplasmide (4). La protéine VirD2 reste fixée sur la bordure droite de l'ADN-T, ce qui l'oriente pour sortir de la bactérie. Cette sécrétion s'effectue par un pilus protéique reliant la bactérie à la cellule végétale (5). Cet appareil de sécrétion (dit système de sécrétion de type IV) est essentiellement codé par les gènes de l'opéronvirB, et parvirD4 Il a été proposé que le complexe nucléoprotéique VirD2-ADN-T soit recruté par la protéine de couplage VirD4 pour traverser la membrane interne puis serait prix en charge par le complexe composé des produits des gènesvirB[15]. Avant ou après son entrée dans la cellule (selon les auteurs), l'ADN-T est recouvert de plusieursmonomères de la protéine VirE2. Celle-ci est également d'origine bactérienne, codée par le gènevirE2, et permet de protéger l'ADN-T monocaténaire de la dégradation dans la cellule végétale. VirD2 et VirE2 possèdent desséquences signal de localisation nucléaire dites NLS (pour Nuclear Localisation Signal) qui sont reconnues par la cellule végétale, permettant d'adresser le complexe nucléoprotéique ADN-T/VirE2/VirD2 vers le noyau de la cellule végétale (6). Ce complexe pénètre donc dans le noyau, où il s'intègre à l'ADN végétal. LesADN polymérases du végétal l'utilisent comme matrice, et le transforment en ADN double brin (7).
Les gènes codés par l'ADN-T ne sont généralement pas exprimés dans une cellule procaryote, donc chezAgrobacterium.
Legénie génétique végétal repose en grande partie sur l'utilisation d'Agrobacterium commevecteur naturel degènes. La méthode est appelée"Agrobacterium tumefaciens-Mediated Transformation" (ATMT). Les biotechnologistes utilisent le plus souvent desplasmides proches duplasmide Ti, dit plasmides désarmés, car leurADN-T ne porte plus lesgènes responsables du pouvoirpathogène. Sur cesplasmides désarmés, les gènes tumoraux sont en effet remplacés par un (ou plusieurs)gène d’intérêtagronomique (par exemple legène codant latoxine deBacillus thuringiensis dit gène Bt, ou des gènes derésistance à l'herbicide non sélectifglyphosate) et par un ou plusieursgènes marqueurs permettant de sélectionner lescellules transformées, puis de les multiplier sur des milieux de culture,in vitro. Des plantes entières sont ensuite régénérées par des techniques classiques deculture in vitro, faisant intervenir leshormones végétalesauxine etcytokinine.
Une étude réalisée en 2003 montre queAgrobacterium tumefaciens présente les caractéristiques d'unacidocalcisome dans sa structure,organite que l'on pensait n'exister que chez lesarchées et leseucaryotes. Cette découverte est la première à montrer une caractéristique commune à tous lesdomaines du vivant.
Parmi les genres de plantes qui peuvent être touchées parAgrobacterium tumefaciens, toutes desdicotylédones, on peut mentionner[16]:
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