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Kompaktlexikon der Biologie: Ti-Plasmid

Ti-Plasmid, die bei Agrobacterium tumefaciens vorkommenden ringförmigen DNA-Moleküle (Plasmid), die für die durch dieses Bodenbakterium verursachten, als Wurzelhalsgallenkrebs bezeichneten Gewebewucherungen verantwortlich sind. Die Bez. Ti steht für „Tumor induzierend“ (engl. tumor inducing) und weist auf den erstmals 1974 bemerkten Zusammenhang zwischen „Pflanzenkrebs“ und den für Plasmide äußerst großen DNA-Molekülen hin. Die Tatsache, dass die Fähigkeit von Agrobakterien, Tumoren zu induzieren, auf einem Plasmid lokalisiert ist, erklärt auch die experimentellen Befunde, dass diese Fähigkeit verloren geht, wenn virulente Bakterien bei Temperaturen über 28 °C angezogen werden. Bei höheren Temperaturen werden die Plasmide aus den Bakterien eliminiert.

Wildtyp-Ti-P. sind bis zu über 250000 Basenpaare groß. Während der Infektion einer verwundeten Pflanze kommt es zur Übertragung eines bestimmten Bereiches des Ti-P. in das Genom von Pflanzenzellen, wo es stabil integriert. Die so genannte T-DNA enthält die Gene für Enzyme des Opinstoffwechsels (Opine) sowie für die Synthese von Auxinen und Cytokininen, die als Phytohormone pflanzliches Wachstum und die Differenzierung von Geweben kontrollieren. Je nachdem, welches Opin durch die Pflanzen produziert wird, können Ti-P. in Octopin- und Nopalin-Typen eingeteilt werden, die sich in Bezug auf Sequenzhomologien deutlich voneinander unterscheiden.

Die für den Gentransfer erforderlichen Gene sind nicht in der T-DNA selbst enthalten, jedoch in einem anderen Bereich des Ti-P., der als vir-Region (Virulenz) bezeichnet wird. Die Genprodukte dieser Gene nehmen unterschiedliche Funktionen während des Gentransfers wahr, indem sie Substanzen, die von verwundeten Pflanzen abgegeben werden, in das Bakterieninnere transportieren, die Expression weiterer vir-Gene aktivieren und die T-DNA in Einzelstrangform aus dem Ti-P. lösen und in das Pflanzengenom transferieren.

Die Eigenschaften von Ti-P. als „natürliche Genfähren“ werden inzwischen für die Pflanzentransformation genutzt, indem zahlreiche so genannte „entwaffnete“ (engl. disarmed) Ti-P. zur Verfügung stehen, deren Tumor induzierende Eigenschaften eliminiert wurden ( vgl. Abb. ). Dabei sind Transformationsvektoren entstanden, die durch das Vorhandensein von für die Replikation erforderlichen Sequenzen sowie Antibiotikaresistenzgenen sowohl in Escherichia coli als auch in Agrobacterium tumefaciens repliziert werden, sodass die zu übertragende DNA zunächst mit mikrobiologischen und genetischen Standardverfahren bearbeitet werden kann, bevor die Ti-P. dann in Agrobakterien transformiert werden (Transformation). T-DNA und vir-Gene müssen nicht auf demselben Plasmid lokalisiert sein, sodass diese Gene vielfach auf einem separaten, so genannten Helfer-Plasmid in für die Pflanzentransformation gebräuchlichen Agrobakterienstämmen vorliegen (binäre Vektoren). Auf diese Weise kann die Größe der Ti-P. deutlich reduziert werden, was die Handhabung im Labor wesentlich erleichtert.

Die mit Agrobacterium tumefaciens verwandte Bakterienart Agrobacterium rhizogenes erzeugt durch ihr so genanntes Ri-Plasmid die verstärkte Bildung von Wurzelhaaren. Zwischen Ti-P. und Ri-Plasmiden (Ri von engl. root inducing, Wurzeln bildend) bestehen keine Sequenzhomologien.



Ti-Plasmid: Schematische Darstellung einer Pflanzentransformation mittels Agrobacterium tumefaciens, die durch die Übertragung der T-DNA des Ti-Plasmids erfolgt

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Professor Dr. Wilfried Wichard, Institut für Biologie und ihre Didaktik, Universität zu Köln

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Thomas Birus, Kulmbach (Der globale Mensch und seine Ernährung)
Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
Inke Drossé, Neubiberg (Tierquälerei in der Landwirtschaft)
Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
Professor Dr. Gerhard Eisenbeis, Mainz (Lichtverschmutzung und ihre fatalen Folgen für Tiere)
Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
Dr. Theres Lüthi, Zürich (Die Forschung an embryonalen Stammzellen)
Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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