揭秘農(nóng)桿菌載體——Ti質(zhì)粒
Ti質(zhì)粒是什么？
Ti 質(zhì)粒（Tumor-inducing Plasmid）是在根瘤土壤桿菌細(xì)胞中存在的一種染色體外能夠自主復(fù)制的環(huán)形雙鏈DNA分子，作為植物根癌農(nóng)桿菌（Agrobacterium tumefaciens）菌株中存在的一種質(zhì)粒，它在農(nóng)桿菌侵染植物細(xì)胞并導(dǎo)致冠癭瘤（Crown Gall Tumor）的形成過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。
Ti質(zhì)粒的發(fā)現(xiàn)
1974年，科學(xué)家在根癌農(nóng)桿菌內(nèi)發(fā)現(xiàn)并分離出了一種與腫瘤誘導(dǎo)有關(guān)的大型質(zhì)粒，這種質(zhì)粒被命名為T(mén)i質(zhì)粒（Tumor-inducing plasmid）。Ti質(zhì)粒的發(fā)現(xiàn)是植物基因工程領(lǐng)域的一個(gè)重大突破，它揭示了農(nóng)桿菌誘導(dǎo)植物產(chǎn)生冠癭瘤的分子機(jī)制。
Ti質(zhì)粒的大小和結(jié)構(gòu)
Ti 質(zhì)粒的大小通常在 150 - 250kb 之間，其結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)部分：
1.T-DNA區(qū)（Transfer-DNA Region）：
這是Ti質(zhì)粒中最重要的區(qū)域，長(zhǎng)度約為20kb左右。T-DNA區(qū)能夠從Ti質(zhì)粒上切割下來(lái)，并整合到植物細(xì)胞的基因組中。它攜帶了一些與植物激素合成和腫瘤形成相關(guān)的基因，這些基因通常被稱為onc基因（Oncogenes）。當(dāng)T-DNA 整合到植物基因組中后，這些onc基因會(huì)表達(dá)，導(dǎo)致植物細(xì)胞過(guò)度生長(zhǎng)和分裂，形成冠癭瘤。
2.Vir 區(qū)（Virulence Region）：
Vir區(qū)位于T-DNA區(qū)之外，長(zhǎng)度約為35kb。它編碼了一系列與 T-DNA轉(zhuǎn)移和整合相關(guān)的蛋白，這些蛋白統(tǒng)稱為Vir蛋白。Vir蛋白能夠識(shí)別植物細(xì)胞表面的信號(hào)分子，并通過(guò)一系列復(fù)雜的過(guò)程將T-DNA轉(zhuǎn)移到植物細(xì)胞中。
3.Con區(qū)（Region of Replication and Conjugation）：
Con區(qū)包含了Ti質(zhì)粒復(fù)制和接合轉(zhuǎn)移所需的基因。它負(fù)責(zé)控制Ti質(zhì)粒在農(nóng)桿菌細(xì)胞中的復(fù)制，以及在農(nóng)桿菌之間的接合轉(zhuǎn)移。
4.Ori區(qū)（Origin of Replication）：
Ori區(qū)是Ti質(zhì)粒復(fù)制的起始位點(diǎn)，它確保了Ti質(zhì)粒能夠在農(nóng)桿菌細(xì)胞中自主復(fù)制。
在自然條件下，根癌農(nóng)桿菌通過(guò)傷口感染植物細(xì)胞。當(dāng)農(nóng)桿菌與植物細(xì)胞接觸時(shí)，Vir蛋白會(huì)感知植物細(xì)胞表面的信號(hào)分子，從而激活 T-DNA的轉(zhuǎn)移過(guò)程。T-DNA被切割下來(lái)后，通過(guò)一種稱為T(mén)4SS（Type IV Secretion System）的結(jié)構(gòu)被輸送到植物細(xì)胞中。在植物細(xì)胞中，T-DNA整合到基因組中，并表達(dá)其中的onc基因，導(dǎo)致植物細(xì)胞形成冠癭瘤。
由于Ti質(zhì)粒能夠?qū)⑼庠椿蛘系街参锘蚪M中，因此它在植物基因工程中被廣泛應(yīng)用。科學(xué)家們通過(guò)對(duì) Ti 質(zhì)粒進(jìn)行改造，去除其中的onc基因，保留T-DNA區(qū)和Vir區(qū)等關(guān)鍵部分，并將目的基因插入到T-DNA區(qū)中，構(gòu)建成重組Ti質(zhì)粒。然后，利用根癌農(nóng)桿菌將重組Ti質(zhì)粒導(dǎo)入植物細(xì)胞中，實(shí)現(xiàn)目的基因的轉(zhuǎn)移和表達(dá)。這種方法被稱為農(nóng)桿菌介導(dǎo)的植物轉(zhuǎn)化技術(shù)，它具有操作簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)化效率高、遺傳穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是目前植物基因工程中最常用的方法之一。
Ti質(zhì)粒的應(yīng)用與未來(lái)發(fā)展
應(yīng)用：
植物基因工程：Ti質(zhì)粒因其獨(dú)特的T-DNA轉(zhuǎn)移和整合機(jī)制，成為植物基因工程中廣泛使用的載體系統(tǒng)。通過(guò)構(gòu)建攜帶目標(biāo)基因的Ti質(zhì)粒，并將其導(dǎo)入根癌農(nóng)桿菌中，再利用農(nóng)桿菌的感染能力將目標(biāo)基因?qū)胫参锛?xì)胞，從而實(shí)現(xiàn)植物的遺傳轉(zhuǎn)化。這種方法具有高效、穩(wěn)定、易操作等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于作物改良、生物反應(yīng)器構(gòu)建等領(lǐng)域。
基礎(chǔ)科學(xué)研究：Ti質(zhì)粒的研究也為深入理解細(xì)菌與植物之間的相互作用提供了重要線索。通過(guò)對(duì)Ti質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行深入解析，可以揭示細(xì)菌如何識(shí)別并侵染植物細(xì)胞、如何調(diào)控T-DNA的轉(zhuǎn)移和整合等生物學(xué)過(guò)程。
未來(lái)發(fā)展：
隨著基因工程技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，Ti質(zhì)粒在植物基因工程中的應(yīng)用也將不斷拓展與深化。未來(lái)我們可以期待更多基于Ti質(zhì)粒的載體系統(tǒng)的出現(xiàn)，以滿足不同領(lǐng)域和不同需求的研究和應(yīng)用。同時(shí)，隨著對(duì)Ti質(zhì)粒結(jié)構(gòu)和功能認(rèn)識(shí)的不斷深入，我們也將能夠更好地利用這一重要工具來(lái)推動(dòng)植物生物學(xué)和農(nóng)業(yè)科學(xué)的發(fā)展。
