Ablauf der Infektion

Pathogene Agrobakterien tragen stets ein Plasmid. Dieses Ti-Plasmid (Ti steht für tumor inducing – Tumor induzierend) enthält Gene, die für die spätere DNA-Übertragung in die Pflanzenzelle notwendig sind. Die Transkription dieser sogenannten „Virulenz-“ oder vir-Gene wird durch sekundäre Pflanzenstoffe (1), die aus verwundeten Pflanzenteilen austreten, aktiviert (2). Man spricht auf Seiten des Bakteriums auch von positiver Chemotaxis, da sich die Bakterien gezielt zur Quelle des Botenstoffs hin bewegen.

Mögliche Pflanzenstoffe, die Agrobacterium zu einer Infektion veranlassen:

• Acetosyringon
• Vanillin
• alpha-Hydroxyacetosyringon
• Sinapinsäure
• Syringasäure
• Ferulasäure
• Katechol
• 4-Hydroxybenzoesäure

Das aktivierte vir-Genom des Bakteriums (3) befindet sich auf seinem Ti-Plasmid und codiert für Proteine (4), die in die Pflanze eindringen (5) und in der Pflanze Fremdgene installieren können. Mit Hilfe der vir-Genprodukte kann ein anderer Teil der DNA des Ti-Plasmides als so genannte „Transfer- oder t-DNA“ in die Pflanzenzelle übertragen werden. Dabei wird die t-DNA als einzelsträngiges DNA-Molekül mit Hilfe des bakteriellen Typ IV Sekretionssystems in die pflanzliche Wirtszelle eingeschleust. Diese t-DNA ist an ihrem 5'-Ende kovalent an das bakterielle VirD2-Protein gebunden, welches durch ein bestimmtes Motiv dazu beiträgt, dass die DNA in den pflanzlichen Zellkern transportiert wird (6, Kernlokalisierungssignal). Des Weiteren wird die t-DNA von VirE2-Proteinen gebunden und bildet nun den t-Komplex. Aus Arabidopsis thaliana ist bekannt, dass VirE2 mit dem pflanzlichen VIP1-Protein oder seinen homologen interagieren kann, nachdem dieses durch die pflanzliche MAP-Kinase 3 phosphoryliert wurde. Das aktivierte VIP1-Protein fungiert nun als Adaptor der pflanzlichen Kernimportmaschinerie (insbesondere Importin alpha) und dem bakteriellen VirE2-Protein und trägt nun ebenfalls zum Kerntransport des t-Komplexes bei. Im Zellkern muss der t-Strang von den VirE2 und VIP1-Proteinen befreit werden. Dies geschieht durch das bakterielle VirF-Protein, welches die Proteine dem Proteasom-vermittelten Abbau zuführt. Nun kann die t-DNA ins Wirtsgenom integrieren. In eukaryotischen Zellen ist DNA nur hier vor Abbau geschützt und kann repliziert und transkribiert werden.

Im Zellkern angekommen wird die DNA in das pflanzliche Genom integriert (7). Der Ort der Insertion im Wirtsgenom ist rein zufällig. Promotoren, die von der Pflanzenzelle erkannt werden, sorgen dafür, dass die Gene in der Pflanze auch aktiv sind. Die übertragenen Gene besitzen also eine typisch eukaryotische Struktur, obwohl sie aus einem Bakterium stammen. Die übertragenen Gene lösen Tumoren aus und veranlassen die pflanzliche Zelle, Opine (Octopin und Nopalin) zu produzieren, die den Bakterien als Nahrung dienen, für die Pflanze aber wertlos sind. Der Name Agrobacterium tumefaciens leitet sich von der tumorinduzierenden Eigenschaft ab.