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Physiological and genetic analyses of the utilization of the Opine, Deoxyfructosyl Glutamine, as a compound mediating relationships between agrobacterium and plant

백장호

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Dfg는 Chrysopine-type Agrobacterium tumefaciens 균주들에 의해 감염된 식물 종양에서 발견되는 opine들 중에 하나이다. Dfg 대사 유전자들은 A. tumefaciens 균주 C58이 가진 plasmid pAtC58에 존재할 것이라고 알려져 왔다. 본 연구에서는 pAtC58 genomic library로부터 dfg 대사 유전자를 가진 clone들을 분리하였다. 이들을 분석한 결과, dfg 대사에 필수적인 유전자들은 6.3-kb BglII DNA 절편에 존재하고, 다섯 개의 ORFs (socRAB...
Dfg는 Chrysopine-type Agrobacterium tumefaciens 균주들에 의해 감염된 식물 종양에서 발견되는 opine들 중에 하나이다. Dfg 대사 유전자들은 A. tumefaciens 균주 C58이 가진 plasmid pAtC58에 존재할 것이라고 알려져 왔다. 본 연구에서는 pAtC58 genomic library로부터 dfg 대사 유전자를 가진 clone들을 분리하였다. 이들을 분석한 결과, dfg 대사에 필수적인 유전자들은 6.3-kb BglII DNA 절편에 존재하고, 다섯 개의 ORFs (socRABCD)로 구성되어있음을 밝혔다. SocR은 자신 및 socABCD 유전들의 발현을 억제하는 음성 조절인자 이다. SocA와 B는 dfg를 세포 내로 받아들이는 역할을 하는 단백질들이다. SocC와 D 단백질들은 dfg 분해에 관여하며, 각각 sugar oxidoreductase및 Corynebacterium sp.의 amadoriase와 연관성을 보인다. 이 operon의 조절기작 연구를 통해, SocR에 의한 억제 효과는 dfg 혹은 그 하위 대사 산물에 의해서 경감된다는 것을 알 수 있었다. socR 유전자를 제거 시킨 돌연변이는 mannopine (MOP)를 세포 내로 수송할 수 있는 능력과 octopine을 유일한 질소원으로 사용할 수 있는 능력을 지니게 된다. 이러한 결과로 미루어, soc operon은 이미 진화적으로 분화된 다른 특정 opine 대사 유전자의 조상 operon일 가능성을 제안할 수 있다. Southern hybridization 분석을 통해 dfg 대사에 관여하는 두 가지 경로에서 필수적인 유전자인 mocD 그리고 socD와 유사성을 가진 유전자의 분포를 Rhizobiaceae 과에 속하는 미생물에서 실험하였다. 그 결과 mocD 유사 유전자는 Agrobacterium의 Ti plasmid에만 특이적으로 존재하고, socD 유사 유전자는 Agrobacterium내에서 Ti plasmid가 아닌 episome과 몇몇 Rhizobium 그리고 Sinorhizobium 등에서 광범위하게 분포하는 것으로 나타났다. 또한 이들에서 발견된 socD 유사성 유전자들은 이들의 dfg 이용 능력과 밀접한 연관성을 보인다. Southern hybridization과 dfg 이용능력 실험을 통해 Agrobacterium sp. 균주들을 일곱 개의 군으로 나눌 수 있었다. 이러한 결과들로부터, Rhizobiaceae 과에 속하는 다양한 미생물 내에는 독립적으로 진화된 적어도 세 개 이상의 dfg 이용에 관여하는 유전자 집단이 존재한다는 것을 제안할 수 있다. 한편으로, 본 연구에서는 MOP, MOP와 유사한 opine들, 그리고 MOP 유사 화합물 들이 Agrobacterium내로 수송된 후 분해되지 못할 경우 독성을 나타낸다는 것을 보였다. 그 독성 효과는 그 미생물을 죽이는 것이 아니라 그 성장을 일시적으로 지연시키는 것으로 보인다. 더불어, 균주 NT1(pRE10)에서 유래된 MOP 저항성 균주들은 pRE10 상의 돌연변이로 인해 MOP를 수송하지 못해서 MOP에 대해 저항성을 가지는 것으로 나타났다.
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Dfg is an opine, and is found in tumors induced by chrysopine-type strains of Agrobacterium tumefaciens. Genes for utilization of dfg were previously mapped to the cryptic 543-kb pAtC58 in the nopaline-type A. tumefaicnes strain C58. Cosmid clones responsible for utilization of dfg from genomic libr...
Dfg is an opine, and is found in tumors induced by chrysopine-type strains of Agrobacterium tumefaciens. Genes for utilization of dfg were previously mapped to the cryptic 543-kb pAtC58 in the nopaline-type A. tumefaicnes strain C58. Cosmid clones responsible for utilization of dfg from genomic library of pAtC58 were isolated. Characterization of the cosmid clones indicated that a 6.2-kb BglII (Bg2) region is essential for utilization of dfg. This region contains five ORFs-socRABC and D. SocR negatively regulates the expression of socR itself and socABCD. SocA and SocB are ABC-type transporters responsible for transport of dfg and MOP. SocC and D could be responsible for enzymatic degradation of dfg, being homologs of sugar oxidoreductases and an amidoriase from Corynebacterium sp., respectively. Regulation studies showed that the repression by SocR was relieved when cells contain a mocC clone and also MOP was supplied, suggesting that dfg or other catabolic intermediate of MOP is an inducer. We also showed that socR-null mutation could transport MOP and allowed cells to utilize octopine as sole nitrogen source. These results propose that soc operon for dfg utilization containing is an ancestor operon, from which genes for catabolism of other specific opines have evolved. By Southern hybridization analyses, various Agrobacterium and related soil-bacterial collections in the family Rhizobiaceae were examined for the presence of homologs of socD and mocD in the genomes, which are essential for degradation of dfg in the two gene sets responsible for the catabolism of dfg. It appears that mocD homologs are specific to Ti plasmids in agrobacterial species, and socD homologs are present in non-Ti plasmid episomes in Agrobacterium, and also present in some of Rhizobium and Sinorhizobium spp. examined. All of the Agrobacterium strains and some of the Rhizobium strains containing socD homologs were able to utilize dfg as sole carbon source. Based on results of Southern hybridization and dfg-utilization traits, Agrobacterium isolates examined could be divided into seven groups. These results suggest that there exist three or more independently evolved sets of the functions for dfg utilization among various bacterial isolates belonging to the family Rhizobiaceae. We also report here that MOP, the related opines of MOP, and the analogs of MOP are toxic to cells, which can take up but cannot utilize the compounds. The inhibitory effect is bacteriostatic rather than bacterioncidal. In addition, the spontaneous MOP-resistance mutants derived from NT1(pRE10) contain mutation on pRE10, and they can not transport MOP.