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アグロバクテリウムは、 HJ Connによって確立されたグラム陰性細菌の属であり、水平遺伝子伝達を利用して植物に腫瘍を引き起こす。アグロバクテリウム・ツメファシエンスは、この属の中で最もよく研究されている種である。アグロバクテリウムは、自身と植物の間でDNAを伝達する能力でよく知られており、このため遺伝子工学の重要なツールとなっている。
1990年代までは、アグロバクテリウム属はゴミ箱分類群として使われていました。16S sequencingの登場により、多くのアグロバクテリウム種 (特に海洋種)は、 Ahrensia、Pseudorhodobacter、Ruegeria、Stappiaなどの属に再分類されました。[ 2 ] [ 3 ]残りのアグロバクテリウム種は、3 つのバイオバーに分類されました。バイオバー 1 ( Agrobacterium tumefaciens )、バイオバー 2 ( Agrobacterium rhizogenes )、バイオバー 3 ( Agrobacterium vitis )。2000 年代初頭には、アグロバクテリウムはリゾビウム属と同義とされました。[ 4 ]この動きは物議を醸しました。[ 5 ] [ 6 ]アグロバクテリウム属がリゾビウム属とは系統的に異なることが証明され[ 8 ] [ 9 ]、アグロバクテリウム属の種は、プロテロメラーゼ遺伝子telAの存在という独自の共有派生形質によって統一されていることが証明された後[ 7 ] 、議論は最終的に解決した。この遺伝子により、属のすべてのメンバーは線状のクロミドを持つことになる。[ 10 ]しかし、この時点では、3 つのアグロバクテリウムのバイオバーは廃止されていた。バイオバー 1 はアグロバクテリウム属に残り、バイオバー 2 はRhizobium rhizogenesと改名され、バイオバー 3 はAllorhizobium vitisと改名された。
アグロバクテリウム属（アグロバクテリウム・ツメファシエンス種複合体）に残っているものは、命名上の混乱が残っている。現在の種レベルのクラスター（ゲノム種、ゲノム型）と名前は次のとおりである。[ 11 ]
アグロバクテリウム・ツメファシエンスは植物に根頭がん腫病を引き起こします。この病気は、感染した植物に腫瘍のような増殖またはがん腫が生じるのが特徴で、多くの場合、根と茎の接合部に発生します。腫瘍は、細菌の腫瘍誘発性（Ti）プラスミドからのDNA断片（ T-DNA ）の接合伝達によって誘発されます。近縁種のアグロバクテリウム・リゾゲネスは根腫瘍を誘発し、独自のRi（根誘発性）プラスミドを持っています。アグロバクテリウム属の分類は現在改訂中ですが、属内にはアグロバクテリウム・ツメファシエンス、アグロバクテリウム・リゾゲネス、アグロバクテリウム・ヴィティスの3つの生物型が存在すると概ね言えます。アグロバクテリウム・ツメファシエンスとアグロバクテリウム・リゾゲネスの菌株は、TiプラスミドまたはRiプラスミドのいずれかを保持できることが知られている一方、一般的にブドウに限定されているアグロバクテリウム・ヴィティスの菌株は、 Tiプラスミドを保持することができる。環境サンプルから分離された非アグロバクテリウム菌株はRiプラスミドを保持しており、実験室研究では非アグロバクテリウム菌株もTiプラスミドを保持できることが示されている。アグロバクテリウムの環境菌株の中には、TiプラスミドもRiプラスミドも持たないものもある。これらの菌株は病原性がない。 [ 12 ]
プラスミドT-DNAは宿主細胞のゲノムに半ランダムに組み込まれ、 [ 13 ] T-DNA上の腫瘍形態遺伝子が発現し、虫こぶの形成を引き起こします。T-DNAは、通常オクトピンまたはノパリンなどの特殊なアミノ酸を生成する生合成酵素の遺伝子を運びます。また、植物ホルモンであるオーキシンとサイトカイニンの生合成、およびオピンの生合成の遺伝子も運び、他のほとんどの微生物が利用できない炭素源と窒素源を細菌に提供し、アグロバクテリウムに選択的優位性を与えます。[ 14 ]植物細胞内のホルモンバランスを変化させることで、これらの細胞の分裂は植物によって制御できなくなり、腫瘍が形成されます。腫瘍遺伝子によって生成されるオーキシンとサイトカイニンの比率が、腫瘍の形態（根状、不規則、またはシュート状）を決定します。
アグロバクテリウムは一般的に植物の感染症として認識されていますが、免疫系が弱っているヒトでは日和見感染症の原因となる可能性があります[ 15 ] [ 16 ]。しかし、それ以外は健康な個人の主要な病原体であるとは示されていません。アグロバクテリウム・ラジオバクターによるヒト疾患の最も初期の関連性の1つは、スコットランドのJRケイン博士によって報告されました（1988年）[ 17 ] 。後の研究では、アグロバクテリウムがヒト細胞ゲノムにT-DNAを組み込むことによって、いくつかの種類のヒト細胞に付着して遺伝的に形質転換することが示唆されました。この研究は培養されたヒト組織を使用して実施され、自然界における関連する生物学的活動に関して結論は出されていません[ 18 ] 。
アグロバクテリウムが植物や菌類に遺伝子を伝達する能力は、バイオテクノロジー、特に植物改良のための遺伝子工学で利用されています。植物や菌類のゲノムは、T-DNAバイナリーベクターに保持されている配列を導入するためにアグロバクテリウムを使用することで操作できます。改変されたTiまたはRiプラスミドを使用できます。プラスミドは、腫瘍誘発遺伝子を削除することによって「無害化」されます。T-DNAの必須部分は、2つの小さな（25塩基対）境界反復配列のみであり、そのうち少なくとも1つが植物形質転換に必要です。[ 19 ] [ 20 ]植物に導入される遺伝子は、無害化されたプラスミドのT-DNA領域と、形質転換に成功した植物を選択できるようにするための選択マーカー（抗生物質耐性など）を含む植物バイナリーベクターにクローニングされます。形質転換後、植物は抗生物質を含む培地で栽培され、ゲノムにT-DNAが組み込まれていない植物は枯死します。別の方法として、アグロインフィルトレーションがあります。[ 21 ] [ 22 ]
アグロバクテリウムを用いた形質転換は、複数の方法で達成できる。プロトプラストまたは葉ディスクをアグロバクテリウムと共に培養し、植物組織培養を用いて植物全体を再生することができる。アグロインフィルトレーションでは、アグロバクテリウムを植物の葉組織に直接注入することができる。この方法では、細菌と直接接触している細胞のみが形質転換され、プラスミドDNAの一過性発現が生じる。[ 23 ]
アグロインフィルトレーションはタバコ（ Nicotiana ）の形質転換によく用いられる。シロイヌナズナの一般的な形質転換プロトコルは花浸漬法である。[ 24 ]花序をアグロバクテリウムの懸濁液に浸すと、細菌が雌性配偶子を作る生殖細胞を形質転換する。その後、種子を抗生物質耐性（または他の目的のマーカー）についてスクリーニングすることができる。プラスミドDNAが組み込まれていない植物は、抗生物質に曝されると枯死する。[ 21 ]
アグロバクテリウムは、これらの米国産遺伝子組み換え作物に遺伝物質を伝達したベクターとして挙げられています。[ 25 ]
アグロバクテリウムを用いた真菌の形質転換は主に研究目的で使用され、[ 26 ] [ 27 ]植物の形質転換と同様のアプローチが取られます。Tiプラスミドシステムは、これらのプラスミドを持つアグロバクテリウム株と真菌種を共培養した後、形質転換された真菌株を選択するためのDNA要素を含むように改変されます。
アグロバクテリウムを含むリゾバクテリウム科細菌は多糖類を産生する。A . fabrumの野生型は、ペリプラズム環状(1→2)-β-D-グルカン、細胞外酸性ヘテログリカン(サクシノグリカン)、および細胞外中性直鎖(1→3)-β-グルカン(カードラン)の3種類の多糖類を産生する。実験室での自然突然変異により、サクシノグリカンを産生せず、効率的にカードランを産生する株(10C3K)が得られた。カードランは無毒の多糖類で、加熱するとゲル化する。食品および医薬品業界で使用されている。[ 28 ] [ 29 ]
アグロバクテリウムのゲノムは、環状染色体、線状染色体/クロミド、および（一部の種では）Tiプラスミドの3つの部分から構成されている。[ 30 ]
アグロバクテリウム属のいくつかの種のゲノム配列決定により、これらの生物の進化史の研究が可能になり、病原性、生物的防除、共生に関与する遺伝子とシステムに関する情報が得られました。重要な発見の1つは、これらの細菌の多くで染色体がプラスミドから進化している可能性があることです。もう1つの発見は、このグループの多様な染色体構造が、共生生活と病原生活の両方を支えることができるように見えることです。アグロバクテリウム属のゲノム配列の利用可能性は今後も増加し続け、この植物関連微生物群の機能と進化史に関する重要な知見が得られるでしょう。[ 31 ]
ベルギーのゲント大学のマルク・ヴァン・モンタギュとヨゼフ・シェルは、アグロバクテリウムと植物間の遺伝子伝達メカニズムを発見し、その結果、アグロバクテリウムを植物の遺伝子工学のための効率的な送達システムに改変する方法が開発されました。[ 19 ] [ 20 ]メアリー・デル・チルトン率いる研究チームは、アグロバクテリウムが自身のDNAを植物ゲノムに挿入する能力に悪影響を与えることなく、病原性遺伝子を除去できることを初めて実証しました（1983年）。[ 32 ]