农杆菌的 T-DNA 是怎样一步步整合进植物基因组的？

来源公众号：生物奇迹biomiracle

农杆菌的T-DNA 整合到植物基因组的过程是农杆菌介导的植物基因转化的核心步骤，涉及农杆菌自身的基因表达、T-DNA 的转运以及植物细胞内的一系列反应。

农杆菌与植物细胞的识别与附着

1、信号感应

当植物受到损伤时，会释放酚类化合物（如乙酰丁香酮）、sugars 等信号分子。农杆菌通过细胞膜上的受体（如 VirA 蛋白）感知这些信号，激活 Vir 区基因的表达。

2、附着植物细胞

农杆菌通过菌毛或表面多糖与植物细胞壁结合，形成稳定的相互作用，为后续的T-DNA 转移奠定基础。

T-DNA 的加工与转运

1、Vir 区基因的激活

信号分子激活VirA 后，VirA 通过磷酸化传递信号给 VirG，激活 VirG 作为转录因子，启动其他 Vir 基因（如 VirB、VirC、VirD、VirE 等）的表达。

2、T-DNA 的切割与单链化

VirD1 和 VirD2 蛋白识别 Ti 质粒上 T-DNA 边界的 25 bp 重复序列（左边界 LB 和右边界 RB），在 RB 处切割双链 DNA，产生单链 T-DNA（T-strand）。VirD2 蛋白共价结合在 T-strand 的 5′ 端，保护其不被降解，并引导其转运。

3、T – 复合体的形成与转运

VirE2 蛋白（单链结合蛋白）与 T-strand 结合，形成 T – 复合体（T-complex），进一步保护 T-strand 并协助其进入植物细胞。VirB 蛋白家族形成跨膜通道（类似分泌系统），将 T – 复合体从农杆菌转运到植物细胞内。

T-DNA 在植物细胞内的运输与整合

1、进入细胞核

T – 复合体通过植物细胞的胞质运输，依赖 VirD2 和 VirE2 蛋白中的核定位信号（NLS），与植物细胞的核转运蛋白相互作用，进入细胞核。

2、整合前的加工

T – 复合体在细胞核内解开，释放 T-strand。T-strand 可能发生少量修剪（如去除末端冗余序列），并可能与植物基因组的某些区域（如富含 AT 的序列）发生互作。

3、整合到植物基因组

T-DNA 的整合机制尚未完全阐明，目前主要有两种假说：

整合位点通常是随机的，但可能偏好基因间隔区或转录活跃区域。

整合后的表达

T-DNA 整合后，其携带的基因（如致瘤基因或目的基因）会利用植物细胞的转录和翻译系统进行表达，从而实现基因的稳定遗传。

总之，农杆菌的T-DNA 整合是一个复杂的过程，涉及信号识别、T-DNA 加工、跨细胞转运、核定位及基因组整合等多个步骤，依赖农杆菌 Vir 区基因与植物细胞因子的协同作用。这一机制被广泛应用于植物基因工程，成为导入外源基因的重要工具。

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互动社区 · 2025年8月24日 0