2. 1
ÍNDICE
I. INTRODUCCIÓN.......................................................................................................................... 2
II. OBJETIVOS.................................................................................................................................. 3
A. PATOLOGIA ..................................................................................................................... 3
1. Descripción.......................................................................................................... 3
2. Taxonomía........................................................................................................... 3
3. Distribución geográfica....................................................................................... 3
4. Hábitat................................................................................................................. 4
5. Huéspedes........................................................................................................... 4
6. Características de la enfermedad....................................................................... 5
7. Medios de transmisión ....................................................................................... 6
8. Sintomatología.................................................................................................... 6
9. Ciclo patológico................................................................................................... 7
10. Métodos para su detección ................................................................................ 9
11. Control biológico............................................................................................... 11
B. Biotecnología ................................................................................................................ 11
1. Métodos de transformación genética............................................................. 11
2. Descripción del plásmido Ti............................................................................. 14
3. Vectores a partir del plásmido Ti..................................................................... 15
4. Aplicaciones con vectores de Agrobacterium................................................. 19
III. Conclusiones............................................................................................................................. 20
IV. Glosario .................................................................................................................................... 21
V. Referencias Bibliográficas........................................................................................................ 21
3. 2
I. INTRODUCCIÓN
El avance de la biotecnología vegetal ha permitido la transformación
genética de las plantas para obtención de plantas transgénicas, del mismo
modo, esto ha sea ha convertido en una alternativa para la mejora de cultivos
en la agricultura.
El género Agrobacterium pertenece a la familia Rhizobiaceae, incluye
especies fitopatógenas que se caracterizan porque contienen el plásmido Ti
, el cual se encarga de la inducción en el hospedante para la formación de
agallas en la planta. Según Madigan, Martinko y Parker (2009) “al plásmido
de los tumores se le ha encontrado una extensa aplicación en la ingeniería
genética en las plantas de interés agrícola”.
A partir de ello, se realizará un estudio del Agrobacterium tumefaciens para
conocer la importancia y aplicación que tiene en el sector agrícola.
En el presente trabajo investigación se presentara el tema tumoración por
Agrobacterium tumefaciens, en la prime parte se hará una revisión
bibliográfica del tema para luego definir el A. tumefaciens, su distribución
geográfica , el hábitat , los huéspedes , la etiología de la bacteria , sus
medios de transmisión , las características de la enfermedad , el ciclo
patológico , el rol del plásmido Ti , los métodos para su detección ,
aplicaciones e importancia y el control biológico contra el A. tumefaciens.
Para culminar se elaborará un glosario, las conclusiones del trabajo y se
colocará las referencias bibliográficas de la información obtenida.
4. 3
II. OBJETIVOS
Describir la patología y genética del Agrobacterium tumefaciens .
Reconocer las características fisiológicas y biológicas del Agrobacterium
tumefaciens.
Conocer la importancia biotecnología y aplicaciones del Agrobacterium
tumefaciens .
A. PATOLOGIA
1. Descripción
El Agrobacterium tumefaciens es una bacteria gran negativa que tiene forma
de bacilo, presenta motilidad y flagelos peritricos (se proyectan en todas
direcciones). Además, es una bacteria no esporulada y quimio-
organoheterótrofa, es decir, utiliza una gran gama de fuentes de carbono.
Se caracteriza por contener un plásmido denominado TI, el cual se encarga
de la inducción del tumor, produciendo agallas en la zona del cuello o corona.
2. Taxonomía
En cuanto a las especies del género Agrobacterium, se clasifican de acuerdo
a su capacidad fitopatogénica, estas comprenden a A. tumefasciens, una
especie que induce la presencia de agallas en el cuello y raíz de la planta;
A.rubi, está limitado a inducir la presencia de agallas en frambuesos; A.vitis
se da en la vid; A, larrymorrei, provoca agallas aéreas en Ficus benjamina y
A. rhizogenes (Alippi, López & Balatti., 2011).
3. Distribución geográfica
La bacteria A. tumefasciens tiene una expansión mundial, asimismo, López
y Montesinos (1996) mencionan que los países más afectados son aquellos
que pertenecen a la cuenca mediterránea, entre ellos España.
5. 4
En el caso concreto de España se encuentra en cualquier zona vinícola o
incluso en viveros. Con respecto a la bacteria Agrobacterium vitis Ophel y
Kerr se distribuye por las siguientes zonas geográficas: Europa, América y
Oceanía.
4. Hábitat
Agrobacterium es un género poliflético que incluye tanto en las especies
ftopatógenas donde forman las agallas en el cuello o la proliferación de
raíces en cabellera, según contengan el plásmido Ti o Ri, respectivamente,
como especies no patógenas cuyo hábitat natural es el suelo
Además infecta a más de 600 especies ubicadas dentro de 90 familias de
dicotiledóneas, que incluyen cultivos de importancia económica como
frutales (ciruelos, durazneros, perales, frambuesos, nogales, cerezos,
arándanos), hortícolas (tomate, pimiento, berenjena), industriales (girasol,
olivo, soja), ornamentales (rosales, crisantemos) y forestales (álamos,
sauces).
También en la mayoría de las cepas son capaces de crecer en bajas
concentraciones de oxígeno en el interior de los tejidos de la planta.
5. Huéspedes
Presenta una gran variedad de huéspedes, pero hasta el momento se han
señalado como huéspedes de la bacteria 643 especies de 331 géneros.
Abarca los siguientes cultivos , identificados en España: albaricoquero,
almendro, avellano, caqui, cerezo, ciruelo, chopo, crisantemo, frambueso,
manzano, melocotonero, membrillero, mimbre, nogal, olivo, peral, pimiento,
rosal, sauce y vid.
El principal huésped de Agrobacterium vitis Ophel y Kerr es la vid o parra
para el caso de, pero ataca a cualquier herbácea y leñosa.
6. 5
6. Características de la enfermedad
Arguedas (2009) menciona que la enfermedad se caracteriza por la
formación agallas en el tallo y raíces de la planta.
Asimismo, indica que se dan pequeños crecimientos esféricos con la
apariencia de callos, los cuales crecen con gran rapidez y conforman un
grupo protuberancias que son distinguidas a simple vista.
En el caso que los árboles tengan dos a tres años, los tumores pueden llegar
a alcanzar diámetros superiores al de su hospedero (ver Figura 1).
La enfermedad se manifiesta inicialmente en forma de pequeñas
hinchazones o crecimientos excesivos en cualquier parte de la planta, con
mayor incidencia cerca de la superficie del suelo (unión entre raíces e
injerto). Los tumores aéreos son bastante comunes en cultivos como la vid
o parra. Durante el periodo vegetativo, aparecen unas inflamaciones sobre
la planta, globulares, de coloración blancuzca y aspecto blando, que con el
tiempo se lignifican y continúan creciendo (hasta 30 cm).
Los tumores en el cuello y las agallas son producidos por una
superproducción de auxinas y citoquininas que originan crecimiento celular
anormal, hipertrofia e hiperplasia. Estos tumores pueden aparecer en raíz,
cuello y parte aérea, debido a que la Agrobacterium se desplaza de forma
sistémica.
Los tumores que se forman en el cuello de la planta tienden a ser los de
mayor tamaño, apareciendo agrupados formando cadenas de pequeños
tumores.
7. 6
7. Medios de transmisión
La transmisión de la bacteria Agrobacterium tumefaciens son en material
vegetal, el suelo o sustrato, el agua y las técnicas culturales.
8. Sintomatología
La enfermedad se presenta con la formación de agallas o tumores, las cuales
tienen un crecimiento excesivo en el tallo y raíces de la planta:
1) Los tumores son casi esféricos, blancos o de colores vivos y bastante
blandos.
2) De acuerdo a la extensión, sus superficies se hacen más o menos
intricadas.
Figura 1 : A. larrymorrei, provoca agallas aéreas en Ficus
benjamina.
Figure 2 : El suelo , medio de
transmisión de la bacteria.
8. 7
3) Los tejidos de su superficie se vuelven pardo-obscuros o negro debido a
la muerte y pudrición de las células periféricas.
9. Ciclo patológico
a. Entrada de la bacteria
El A. tumefaciens es una bacteria que habita en el suelo, de esa
manera afecta a las plantas hospedantes que afectara. Su ingreso al
interior de la planta de da a través de heridas del tallo o raíces,
provocando a que las células del tejido se dividan.
b. Infección
En la corteza se manifiestan células hiperplásticas con varios núcleos,
los cuales se dividen muy rápido produciendo células inferenciadas.
Luego de un lapso de 10 a 14 días de haberse producido la entrada,
se observan protuberancias a simple vista.
c. Persistencia de la infección
De acuerdo, al aumento de tamaño y número de células tumorosas,
los tejidos se deforman ocasionando la disminución del agua de la
planta.
d. Degeneración de los tumores
Los tumores toman un color marrón o negro por acción de
microorganismos saprófitos y vectores (insectos). La degeneración se
produce en los tejidos periféricos, la bacteria cae al agua y por medio
del agua serán transportadas a otras plantas que serán infectadas.
9. 8
e. Continuación de la generación de los tumores
Las plantas cesan su crecimiento, se pudren y sus tejidos necróticos
se desprenden.
Figura 2 : Ciclo patológico de la agalla producido por Agrobacterium
tumefaciens.
10. 9
10. Métodos para su detección
Alippi, López y Balatti (2011) mencionan que existen métodos que permiten
detectar la presencia de especies patógenas de Agrobacterium a partir de
las muestras de material vegetal, suelo y agua.
En su investigación determinaron que los métodos más efectivos para su
detección fueron aislamiento de cepas de Agrobacterium en medios
selectivos y diferenciales, bioensayos y pruebas de patogenicidad,
producción de 3-cetolactosa e identificación por PCR.
A partir de los resultados obtenidos por Alippi, López y Balatti, explicaremos
la metodología detalladamente.
Aislamiento de cepas de Agrobacterium en medios selectivos y
diferenciales
Materiales: hipoclorito de sodio (1%), agua destilada, vórtex, telurio de
potasio.
El procedimiento consiste en el aislamiento de plantas con síntomas de
la agalla en el cuello o en la corona, para luego agregar el hipoclorito de
sodio (1%) durante 15 min en caso de plantas leñosas y 5 min si fueran
para las herbáceas. Posteriormente, se da unos 3 pasajes en agua
destilada estéril (5min c/u).
Después se cortan las agallas en dados (2x2mm), estos se colocan en
15 ml de agua destilada estéril, se macera y deja reposar 45 min.
Seguidamente, se agita con el vórtex y se agrega telurio de potasio (60
ug/ml).
Finalmente, las placas se incuban a 27± 1°𝐶 por un periodo de 7 días,
pero es necesaria una revisión periódica cada 24 horas para determinar
el desarrollo bacteriano.
11. 10
Pruebas de patogenicidad
Materiales: plantas de pimiento (Capsicuum annuum)
El experimento consistió en evaluar la patogenicidad de las plantas de
pimiento a lo largo de 4 semanas, las cuales fueron extraídas de semillas
desinfectadas y sembradas en un sustrato estéril. Donde se realizó dos
repeticiones por cepa y se inoculo en una lesión del tallo con una aguja
estéril. Después se rodeó, la lesión con un trozo de Parafilm y se mantuvo
las plantas inoculadas en una cámara húmeda por dos días. Finalmente,
fueron llevadas a un invernáculo por un periodo de 45 días a una
temperatura de 24 ± 4°𝐶 .
Los resultados indicaron que todas las cepas de pimiento que fueron
inducidas por el Agrobacterium bv.1 tuvieron un crecimiento de agallas
en las lesiones donde se les inoculo la bacteria.
Producción de 3-cetolactosa
El procedimiento se basó en observar la diferenciación entre los biovares
1 y 2 en un medio agar levadura – lactosa .Luego se sembraron en placas
los cultivos por 24 horas a 28 °C , a los 3 días las placas se cubrieron
con 15 ml del Reactivo de Benedit a una temperatura ambiente por una
hora.
Se obtuvo que las cepas de A. tumefaciens mostraron que su
metabolismo puede formar un anillo amarillo de óxido cuproso alrededor
de las colonias, luego de agregar el Reactivo de Benedit (Reacción
positiva).
12. 11
11.Control biológico
El control de Agrobacterium tumefaciens en viveros, se realiza mediante la
aplicación de fitofortificantes con acción bactericida, con el objetivo inhibir a
la gran mayoría de bacterias patógenas, esto se aplica sobre el área tumoral.
Esta técnica se realiza con alta frecuencia e intensidad para evitar la
reinfección y propagación de la bacteria.
B. Biotecnología
1. Métodos de transformación genética
Consisten en introducir al genoma de un organismo, nuevos genes que le
proporcionan características diferentes, estos nuevos genes insertados en
el genoma del hospedero pueden provocar por ejemplo que una planta sea
resistente a ciertas enfermedades, cambiar sus características nutritivas o
cambiar otras de sus características.
Cuando se requiere transformar genéticamente a las plantas, el método más
utilizado es el uso de la bacteria Agrobacterium Tumefasciens como vector
biológico. Este método consiste en la inserción de los genes requeridos en
la bacteria para después infectar a la planta (hospedero).
El Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias (INIA, 2005)
menciona que el método para la transformación genética consta de tres
pasos: infección, Co −cultivo, selección y regeneración del explante
transformado.
Infección
La primera etapa trata que los explantes celulares con la solución de
bacteria se conectan donde ocurre una duración variable en la que se
procura el reconocimiento entre las proteínas receptoras de la bacteria y
las moléculas de la pared celular vegetal.
13. 12
Para la infección se debe requerir tiempos de pocos segundos ocurre en
la planta del tabaco, en tiempos intermedios como un par de minutos se
da en plantas de vides o, tiempos bastante prolongados ocurre en los
durazno.
La concentración óptima de bacteria puede variar entre 0,1 y 1,0. Cuando
ocurre la infección, los explantes son extraídos de las solución bacteriana
y el exceso de bacterias es eliminado.
Co –cultivo
La segunda etapa implica todos los eventos de generación del complejo-
T y traslado a la célula vegetal. El tiempo suficiente para el co-cultivo es
dependiente del modelo de trabajo, encontrándose generalmente
suficiente unas 48 horas, en medios propicios para que ambos
componentes, bacteria y explante, interactúen efectivamente generando
la transformación.
Selección y regeneración del explante transformado
La última etapa es la más larga de todo el proceso de transformación,
donde pueden durar varios meses como el sistema de regeneración de
la célula vegetal disponga.
Una vez culminado el Co-cultivo, ya no importa más la presencia de
Agrobacterium en el mismo medio en que están las células
transformadas.
Donde para eliminarlo se utilizaran antibióticos como el cefotaxime, y lo
aplicaremos por un determinado tiempo hasta que ya no existan
evidencias de la bacteria en el medio de selección y regeneración.
En la selección se elimina al Agrobacterium y se pretende no estimular
la multiplicación y regeneración de células no transformadas.
14. 13
Los agentes de selección más utilizados los constituyen antibióticos
como la kanamicina, cuyo efecto final es precisamente eliminar todas las
células vegetales que no hayan incorporado los genes deseados desde
el plasmidio.
Donde la aparición de nuevos agentes de selección, como la misma GFP
o los genes que confieren las características metabólicas específicas a
la planta, por la cual han permitido la generación de nuevos vectores de
transformación y donde excluyen genes de resistencia a antibióticos para
la utilización donde se ha cuestionado debido a sus posibles efectos en
el humano.
15. 14
2. Descripción del plásmido Ti
De acuerdo a Madigan, Martinko y Parker (2009), el género Agrobacterium
tumefaciens comprende organismos que causan la formación de
crecimientos tumorales en una gran variedad de plantas. Del mismo modo,
se resalta que las especies comúnmente estudiadas como A.tumefaciens,
causan agallas del tallo y A.rhizogenes dan lugar a las raíces pilosas.
Alippi, López y Balatti (2011) mencionan que las especies patógenas de
Agrobacterium comparten una característica: contienen un plásmido de
entre 200 y 800 Pkb denominado plásmido Ti (tumor-inducing) o Ri (root-
inducing).
Por otro lado, el plásmido Ti debe estar presente en las células de
Agrobacterium para que cumpla la función de inducir la formación de
tumores en las plantas. Su estructura está compuesta: T-DNA , es una parte
del plásmido que cumple la función de portador del gen para la formación
del tumor en las plantas ; LB , es el borde izquierdo ; RB , es el borde
derecho; onc (oncogenes), son genes que se encargan de la síntesis de
auxina y citoquinina ; ops , son genes para la síntesis de opinas ; vir , son
genes de virulencia ; oriV , se encarga de la estabilidad del plásmido dentro
de la bacteria .
Figura 3 : Estructura del plásmido Ti en Agrobacterium tumefaciens
16. 15
3. Vectores a partir del plásmido Ti
A partir del plásmido Ti se han desarrollado diferentes vectores que permiten
ser utilizados para la transformación de plantas con el fin de introducir genes
de nuestro interés.
Para el desarrollo de estos vectores primero se elimina los oncogenes
(genes responsables de la formación de tumores) de los plásmidos Ti. Al
resultado de estos plásmidos se les denomina desarmados. Usualmente,
además de eliminar los genes que codifican enzimas para la síntesis de
hormonas vegetales, se eliminan aquellos que codifican opinas.
Los sistemas binarios del vector son los sistemas más de uso general para
la transferencia mediada Agrobacterium del gen a las plantas. En estos
sistemas, el TDNA la región, que contiene un gen del interés está situada en
un vector del plásmido y la región de vir está situada en un separado,
desarmó (careciendo genes del tumor) vector del plásmido de Ti. Los
plásmidos co-residen en Agrobacterium y siguen siendo independientes
(Tzifira & Citovsky , 2008).
18. 17
Estos son los vectores más usados para la transformación de plantas y se
encuentran en una gran variedad. En este sistema Agrobacterium tiene dos
Figure 5 : Proceso básico de transformación vegetal utilizando A. Tumefaciens.
19. 18
vectores: uno que contiene la región del T- ADN con el gen de interés y otro
vector que contiene la región vir. Los vectores binarios Ti tienen sitios de
replicación para Escherichia coli y A. tumefaciens, permitiendo el desarrollo de
técnicas de manipulación in vitro en E. coli (Hellens & Mullineaux, 2000). Dentro
de los vectores simples binarios se encuentran pBIN 19, pC22, pGA482,
pPCV001, pGreen y pCAMBIA entre otros. Su principal diferencia están en el
tamaño, el número de sitios de restricción del ADN-T, la presencia de genes
reporteros, los orígenes de replicación y el antibiótico de selección en bacterias
y plantas (Hellens & Mullineaux, 2000).
Vectores binarios
Estos son los vectores más usados para la transformación de plantas y se
encuentran en una gran variedad. En este sistema Agrobacterium tiene dos
vectores: uno que contiene la región del T- ADN con el gen de interés y otro
vector que contiene la región vir. Los vectores binarios Ti tienen sitios de
replicación para Escherichia coli y A. tumefaciens, permitiendo el desarrollo de
técnicas de manipulación in vitro en E. coli (Hellens & Mullineaux, 2000). Dentro
de los vectores simples binarios se encuentran pBIN 19, pC22, pGA482,
pPCV001, pGreen y pCAMBIA entre otros. Su principal diferencia están en el
tamaño, el número de sitios de restricción del ADN-T, la presencia de genes
reporteros, los orígenes de replicación y el antibiótico de selección en bacterias
y plantas (Hellens & Mullineaux, 2000).
Vectores cointegrados
Estos vectores son construidos por la recombinación entre un plásmido Ti
desarmado que contiene el borde izquierdo y un pequeño vector que contiene
el gen de interés flanqueado por el borde derecho y una región homóloga al
borde izquierdo.
La recombinación se lleva a cabo por un evento de entrecruzamiento de
regiones homólogas de los dos plásmidos. Un ejemplo de este sistema es el
plásmido de Agrobacterium co-integrado R772: pTiB6 según Hille et. al (1983
20. 19
citado por Llop 2003). Algunos vectores cointegrados han sido modificados para
tener una recombinación sitio específica como el sistema cre/lox (Vergunst,
Jansen & Hooykaas ,1998). En este sistema la cepa de Agrobacterium contiene
un plásmido que codifica para una recombinasa, una secuencia para el control
de su expresión, genes vir y un sitio de recombinación. Este plásmido se
recombina con otro plásmido, que contiene el gen de 51 interés flanqueado por
el borde derecho, generando un plásmido co-integrado sitio específico
(Valderrama, 2005).
4. Aplicaciones con vectores de Agrobacterium
Según Binns y Campbell (2001) mencionan que el Agrobacterium tumefaciens
ha desarrollado la capacidad de entregar ADN dentro de las células de las
plantas naturalmente, y que ésta transferencia de ADN no solo causa la
proliferación de la bacteria, sino que transforma células para producir
nutrientes que sirvan como fuente de carbono y nitrógeno. Asimismo,
Mandigan (2003) alude que ‘’mediante manipulación genética se han
desarrollado varios plásmidos Ti que carecen de los genes que provocan la
enfermedad, pero que todavía son capaces de transferir a las plantas’’.
Esto es de gran importancia puesto los científicos ahora utilizan la
transferencia de ADN del Agrobacterium para diseñar genéticamente una
amplia variedad de plantas. Con esto podemos decir que el Agrobacterium
tumefaciens es muy importante para el avance de la ingeniería genética y la
biotecnología vegetal.
El Agrobacterium Tumefaciens es actualmente aplicado en biotecnología para
obtener plantas tolerantes a virus, patógenos e insectos, resistentes a los
herbicidas y adquirir una mayor calidad nutricional.
Las aplicaciones de estrategias de ingeniería genética han llevado a generar
estudios como: La transformación de papa criolla (Solanum Phureja) por medio
de Agrobacterium tumefaciens (Chaparro y Carvajal, 2004), y la
21. 20
transformación genética de Neochloris oleoabundans (microalga) por medio de
Agrobacterium tumefaciens.
La transformación de papa criolla (Solanum Phureja): esta papa es
un importante recurso colombiano el cual presenta problemas de cultivo
(enfermedades y plagas), principalmente afectado por Tecia solanivora y
Premnotipes vorax.
La transformación genética de Neochloris oleoabundans
(microalga): empleando un plásmido binario portador de un gen de
selección, el cual le da resistencia a antibióticos aminoglicosilados.
III. Conclusiones
El Agrobacterium es un género que provoca agallas o tumoraciones en las
plantas, por ello, es necesario tener en cuenta las implicancias que tiene en
planta y su control biológico.
Agrobacterium posee factores biológicos para la introducción de genes en
plantas. La transformación mediada por Agrobacterium no se restringe a los
eucariotas, ya que, puede actuar sobre la bacteria gran positiva
Streptomyces lividans. Del mismo modo, puede transferir no solo ADN sino
también proteínas a los organismos huéspedes a través de su sistema de
secreción de tipo cuatro.
El Agrobacterium tumefaciens es importante para el avance de la ingeniería
genética y biotecnología de plantas, puesto que con ayuda de esta bacteria
se pueden crear nuevas variedades de plantas, con las características que
requerimos.
22. 21
IV. Glosario
Auxina: Hormona que regula el crecimiento de las plantas.
Biovares: Cepas que tienen características bioquímicas y fisiológicas
especiales, con morfología específica.
Citoquinina: fitohormonas que promueven la división y diferenciación
celular.
Rizosfera: Zona de interacción entre las raíces de las plantas y los
microorganismos de los suelos.
V. Referencias Bibliográficas
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Agrobacterium tumefaciens transformation of plant cells.
Beriam LOS, Malavolta Jr VA, Romeiro RS. Metodologia simples para
isolamento indireto de Agrobacterium tumefaciens. Fitopatol Brasileira 1995;
20: 282.
Chaparro & Carvajal (2004). Acta biológica colombiana. Estudios orientados
a la transformación de papa criolla (Solanum Phureja) mediada por
Agrobacterium tumefaciens.
HUANG, T. (2002). Expression of an insect (Dendroides canadiensis)
antifreeze protein in Arabidopsis thaliana results in a decrease in plant
freezing temperature. En: Plant Molecular Biology. Vol. 50, No. 3 (2002); p.
333-344.
Liliana Rodríguez (2012). Acercamiento al estudio del comportamiento
biológico de Agrobacterium tumefaciens.
Madigan. M., Martinko, J. & Parker, J. (2009). Brock Biología de los
microorganismos. Décima Edición. Editorial Prentice-Hall. Madrid.
23. 22
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Pérez, P. (2003). Caracterización molecular de la pérdida del poder
patógeno en Agrobacterium Tumefaciens. Recuperado de:
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Prieto.H, Jordan.M, Barrueto, P., Cordeiro.M & Durzan.D (2005).
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Url : https://www.agromatica.es/agrobacterium-tumefaciens/