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Pflanzengentechnik

Agrobacterium

Agrobacterium tumefaciens ist ein Gram-negatives Bodenbakterium aus der Familie der Rhizobien. Die Bakterien können über eine Verwundung in die Pflanzen gelangen und lösen dort Tumorwachstum aus. Die Wucherungen am Wurzelhals werden Wurzelhalsgallen genannt.

Das unkontrollierte Wachstum kommt dadurch zustande, dass die befallenen Pflanzenzellen zur erhöhten Produktion der Phytohormone Auxin und Cytokinin veranlasst werden. Die Agrobakterien dringen dazu nicht in die Pflanzenzelle ein, sondern übertragen funktionelle Gene in das Genom der Pflanzenzelle. Durch diese Transformation nutzen die Bakterien die Pflanzen außerdem als Synthese-Ort für Opine (spezielle Aminosäuren), die von den Bakterien als Nahrung verwertet werden. Aufgrund dieser natürlichen Eigenschaft des Bakteriums, Pflanzenzellen transformieren zu können, werden die Ti-Plasmide der Agrobakterien als Vektoren (Genüberträger) in der Gentechnik genutzt.

Ti-Plasmid
Plasmide sind kleine ringförmige DNA-Moleküle, die in Bakterien neben dem Chromosom noch zusätzlich genetische Informationen tragen. Ti steht hier für Tumor-induzierend. Auf diesem Plasmid liegen die T-DNA (transferred DNA), die Gene für das Tumorwachstum und die Opin-Synthese.

Standardmethode für den T-DNA-Transfer: Zwei-Vektor-System (binäres System)

Bei dieser Methode wird die DNA zunächst in einem Escherichia coli-Klonierungsvektor kloniert. Dann wird das gewünschte Pflanzengen in einer zweiten Klonierungsstelle desselben Vektors ebenfalls kloniert. Der erzeugte Zwischenvektor wird nach der Isolation aus E. coli in Agrobacterium-Zellen eingebracht. Es kommt zur Rekombination der homologen Bereiche des Zwischenvektors und dem Ti-Plasmid des Bakteriums. Infiziert man nun eine Pflanzenzelle mit diesen Agrobacterium-Zellen, wird das rekombinierte Ti-Plasmid in die Pflanzenzelle übertragen. Das eingebrachte Plasmid bezeichnet man als integratives Plasmid.

Bei dem integrativen Plasmid werden die Gene für die Auxin- und Cytokinin-Synthese entfernt, um eine Tumorbildung bei der transformierten Pflanze zu verhindern. Ebenso verfährt man mit dem Gen für die Opin-Synthese, damit der Stoffwechsel der Pflanze nicht überflüssig belastet wird. Hingegen wird ein Gen, das Resistenz beispielsweise gegen das Aminoglycosid-Antibiotikum Kanamycin verleiht, als selektiver Marker in das integrative Plasmid eingebaut.

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