土壤農桿菌（Agrobacterium tumefaciens）#

物品名稱#

土壤農桿菌，又稱根癌農桿菌，是土壤中普遍存在的革蘭氏陰性細菌，以使植物產生「冠癭」（crown gall）腫瘤聞名；它天然的基因轉移能力使它成為植物基因工程最重要的載體，被譽為「分子農民的螺絲起子」。

發現者#

美國植物病理學家歐文·史密斯（Erwin F. Smith）與助理 C. O. Townsend。他們在研究農作物冠癭病時，以純培養與接種實驗證實此菌為病原。

發現年份#

1907 年（Smith 與 Townsend 發表病原確認）。

特性#

• 革蘭氏陰性土壤桿菌：根瘤菌科，好氧、具鞭毛，廣布於農田與果園土壤。
• Ti 質體：攜帶約 200 kb 的腫瘤誘導質體（tumor-inducing plasmid），其上 T-DNA（可轉移 DNA）邊界序列是感染關鍵。
• 基因轉移：植物受傷時釋放酚類化合物（如乙醯丁香酮），誘導細菌將 T-DNA 插入植物基因體，指令細胞合成植物生長素與細胞分裂素而形成腫瘤，並產生細菌專用的養分 opine。
• 宿主範圍：可感染數百種雙子葉植物與部分單子葉植物；侵染部位多為根頸傷口。
• 「自然界基因工程師」：是已知唯一能將 DNA 轉移給植物並穩定遺傳的細菌。

用途#

• 植物轉基因載體：去除致瘤基因的「卸甲 Ti 質體」是目前製造轉基因植物的主力方法。
• 重要轉基因作物：抗蟲棉、耐除草劑大豆、黃金米、抗病毒木瓜等多由農桿菌轉殖而來。
• 基因編輯傳送：CRISPR 時代仍常以農桿菌將編輯系統送入植物細胞。
• 禾本科突破：透過超雙元載體與愈傷組織技術，已成功應用於水稻、小麥、玉米等糧食作物。

歷史#

• 19 世紀末：美國葡萄園與果園冠癭病肆虐，史密斯受美國農業部委託研究。
• 1907 年：Smith 與 Townsend 證實細菌是冠癭病因，開啟植物細菌病理學。
• 1940–1970 年代：Braun 提出腫瘤誘導原理（TIP），推測細菌將「致癌因子」轉入植物。
• 1977 年：Chilton 等人證明 T-DNA 確實整合進入植物基因體。
• 1983 年：科學家分別成功利用卸甲 Ti 質體產出首批轉基因植物。
• 1990 年代至今：轉基因作物全球種植面積達數億公頃；2010 年代後 CRISPR 植物編輯仍以農桿菌為主要遞送工具。

影響#

土壤農桿菌把「細菌致病」的悲劇翻轉為「基因工程」的利器，深刻改變了農業育種、糧食安全與植物科學研究；它證明自然界早已寫好水平基因轉移的劇本，人類只是學會了借用。

相關條目#

• 1888-根瘤菌、1885-大腸桿菌、1676-細菌