اگروباکتریوم
اگروباکتریوم![Agrobacterium tumefaciens](data:image/svg+xml,%3Csvg%20xmlns='http://www.w3.org/2000/svg'%20viewBox='0%200%20271%20273'%3E%3C/svg%3E)
اگروباکتریوم یا بطور دقیق تر Agrobacterium tumefaciens عامل ایجاد بیماری گال طوقه در بیش از ۱۴۰ گونه از دو لپه ای ها است. “اگروباکتریوم تومیفاسینس” خاکزی، کروی شکل و گرم منفی است. نشانه های ابتلا به بیماری گال طوقه به دلیل تزریق قطعه کوچکی از ماده ژنتیکی باکتری به نام T-DNA است که از پلاسمید به سلول گیاه انتقال پیدا کرده و در ژنوم سلول گیاهی گنجانده می شود.
اگروباکتریوم تومیفاسینس متعلق به راسته باکتری های گرم منفی پروتئوباکتر Proteobacteria و از خانواده رایزوبیاسه Rhizobiaceae است. جنس اگروباکتریوم ، باکتری های مفیدی مانند باکتری های تثبیت کننده نیتروژن همزیست با خانواده لگومینوز را نیز شامل می شود.
بر خلاف باکتریهای همزیست تثبیت کننده نیتروژن، سایر گونه های تومورساز اگروباکتریوم، پاتوژن هستند و گره هایی که در ریشه گیاهان ایجاد می کنند مفید نبوده و سبب آسیب جدی به گیاهان می شود. ارقام بسیار زیادی از گیاهان تحت تاثیر فعالیتهای اگروباکتریوم قرار می گیرند، به همین دلیل این جنس، مهمترین باکتری بیماری زا در گیاهان بوده و نگرانی ای زیادی را در صنعت کشاورزی بوجود آورده است.
.
اگروباکتریوم بعنوان پاتوژن گیاهی
بطور کلی اگروباکتریوم پاتوژن مهمی برای گیاهانی نظیر گردو، فندق، سرده ریواس ها ، شب بویان، انگور، شفتالو و هلو است. این باکتری عموما در دمای ۲۸ درجه سانتی گراد رشد کرده و بسته به میزبان و شرایط محیطی بین ۲.۵ تا ۴ ساعت زمان لازم دارد تا دو برابر شود. اما در دماهای بالای ۳۰ درجه سانتی گراد به باکتری شوک حرارتی وارد شده و تقسیم سلولی آن دچار اختلال می شود.
برای اینکه یک باکتری قادر به ایجاد آلودگی در میزبان باشد به پلاسمید القا کننده تومور (Ti plasmid یا pTi) به اندازه ۲۰۰ Kbp نیاز دارد. این پلاسمید حاوی T-DNA و تمام ژنهای لازم برای انتقال آن به سلول گیاهی است.
.
القا Agrobacterium tumefaciens
از آنجایی که وجود پلاسمید Ti برای ایجاد بیماری در گیاهان ضروری است، باکتری ها در منطقه ریزوسفر عمل هم یوقی (bacterial conjugation) را به منظور تبادل ماده ژنتیکی انجام میدهد.
اوپین (Opins) مولکول سبک وزنی است که در ترکیات گال تاجی یا تومورهای ریشه توسط اگروباکتریوم تومیفاسینس ایجاد می شود. اگروباکتریوم در حضور اوپین، سیگنالی به نام ۳۰C8HSL یا خودالقا کننده اگروباکتریوم تولید می کند. این سیگنال فاکتور رونویسی TraR را فعال کرده و ژنهای مورد نیاز برای القا رونویسی می شود.
.
روش ایجاد عفونت و آلودگی اگروباکتریوم
اگروباکتریوم تومیفاسینس، گیاهان را از طریق پلاسمید Ti آلوده می کند. پلاسمید Ti بخشی از DNA خود را که با نام T-DNA شناخته می شود در DNA کروموزومی سلولهای گیاهی میزبان ادغام می کند. Agrobacterium tumefaciens به وسیله تاژک های خود از طریق خاک به سمت فتواسیمیلیت هایی که در اطراف ریزوسفر در منطقه ریشه تجمع پیدا کرده اند حرکت می کند، شناخت ترکیب فتواسیمیلیت بوسیله پروتئین VirA که یک پروتئین غشایی رمزگذاری شده در پلاسمید Ti است، انجام می شود. البته برخی از سویه ها ممکن است از نظر شیمیایی به سمت ترشحات شیمیایی از گیاهان ، مانند استوسیرینگون و قندها حرکت کنند. chvE یک پروتیئن کد گذاری شده ژن کروموزومی است که در فضای پیش پلاسمایی واقع شده و وظیفه شناسایی ترکیبات قندی برای هدایت اگروباکتریوم به طرف آن را بر عهده دارد.
وجود حداقل ۲۵ ژن ویروس در پلاسمید Ti برای القای تومور ضروری است. پروتئین های VirA و chvE علاوه بر نقش اصلی خود، ژن ویروس های دیگر را نیز القا می کنند. پروتئین VirA با فسفریلات، خود را در هیستیدین فسفریله کرده، سپس پروتئین virA پروتئین virG را در باقی مانده آسپارتات آن فسفریله می کند و از این طریق پروتئین VirA نقش اتوکینازی نیز ایفا می کند. پروتئین virG پروتئین سیتوپلاسمی است که از ژن پلاسمید virG Ti تولید می شود. این پروتئین عامل رونویسی است و القای رونویسی اپران ویروس ها را انجام می دهد. پروتئین chvE مکانیسم دوم فعال سازی ژن های ویروس را تنظیم می کند که این حساسیت پروتئین VirA را نسبت به ترکیبات فنلی افزایش می دهد.
.
ترکیبات تحریک کننده
ترکیبات گیاهی زیر ممکن است اگروباکتریوم را برای حمله به گیاه تحریک کند:
- Acetosyringone که یک ترکیب فنلی طبیعی است
- alpha-Hydroxyacetosyringone
- Catechol که یه ترکیب شیمیایی است و بعنوان پیش ماده برای تولید آفت کش و طعم دهنده استفاده می شود
- اسید فرولیک
- اسید گالیک
- ۴-هیدروکسیبنزوئیک اسید
- پروتوکاتکویک اسید که از خانواده اسید فنولیک ها است
- پیروگالیک اسید یا پیروکالول که ترکیب پودری سفید رنگی است و در گذشته در صنعت عکاسی مورد استفاده قرار می گرفته است
- سناپینیک اسید
- سیرینجیک اسید
- وانیلین
.
چرخه بیماری Agrobacterium tumefaciens
اگروباکتریوم تومیفاسینس زمستان گذاری را در خاکهای آلوده انجام می دهد. گونه های مختلف اگروباکتریوم عموما به صورت ساپروفیت زندگی می کنند، بنابراین حتی اگروباکتریوم های انگلی گیاهی نیز می توانند برای مدت طولانی بدون میزبان در خاک زندگی کنند. با این وجود ، هنگامی حضور گیاه میزبان، باکتری ها از طریق زخم های و یا منافذ طبیعی ریشه و ساقه که در نزدیکی زمین باشد وارد بافت گیاه می شوند. این زخم ها ممکن است بر اثر عملیات کشاورزی، ایجاد پیوند و قلمه و یا حمله حشرات ایجاد شده باشد.
پس از ورود باکتری به گیاه، وارد فضای بین سلولی شده و با وارد کردن پلاسمید T-DNA به ژنوم سلول ها، بافت های اطراف را به تقسیم سلولی تحریک می کنند. رشد و تقسیم سلولی بیش از حد بافت، سبب ایجاد گال در ساقه و ریشه می شود. این تومورها فشار قابل توجهی روی بافت اطراف ایجاد کرده و باعث له شدن و یا دفرمه شدن آن می شوند. این فشارها سبب ایجاد انسداد در آوندها شده و جریان آب را در گیاه کاهش می دهد. تومورهای جوان نرم هستند و بنابراین در معرض حمله ثانویه توسط حشرات و میکروارگانیسم های ساپروفیت قرار می گیرند. این تهاجم ثانویه باعث تجزیه لایه های سلول محیطی و همچنین تغییر رنگ تومور در اثر پوسیدگی می شود. شکستن بافت نرم منجر به آزاد شدن Agrobacterium tumefaciens به داخل خاک شده و به آن اجازه می دهد فرآیند بیماری را با گیاه جدید میزبان دوباره شروع کند.
.
مدیریت و کنترل اگروباکتریوم
گال های تاجی ایجاد شده توسط اگروباکتریوم را می توان به روش های مختلف کنترل کرد. بهترین راه برای کنترل این بیماری ، اقدامات پیشگیرانه مانند استریل کردن ابزار هرس به منظور جلوگیری از آلودگی گیاهان جدید است. کنترل و بازرسی مداوم از نهالستان و خزانه قبل از انتقال گیاه به زمین و کاشت گیاهان مقاوم در خاکهای آلوده، اقدامات بسیار مفیدی است. اجتناب از زخم شدن ریشه و تاج گیاه در طول عملیات های کاشت و داشت و برداشت.
زخم ها دروازه های اصلی ورود باکتری به گیاه میزبان هستند، بنابراین توصیه می شود حتی الامکان زمانی عملیات هایی مانند هرس و پیوند انجام شود که اگروباکتریوم غیر فعال است. کنترل و جلوگیری از حمله آفات مخصوصا جویدن ریشه توسط حشرات که ایجاد زخم در گیاه می کند.
از آنجایی که اگروباکتریوم توانایی زندگی بدون میزبان به مدت ده ها سال در خاک را دارد، باید بقایای گیاهان آلوده را حتما از بین برد و از استفاده از این بقایا بعنوان کمپوست و کود ارگانیک جدا خود داری کرد.