XANTHOMONAS CAMPESTRIS: BESKRIVELSE, DYRKNING OG PATOLOGIER - BIOLOGI - 2025

Xanthomonas campestris er en art af proteobakterier (klasse: Gamma Proteobacteria, rækkefølge: Xantomonadales, familie: Xanthomonadaceae) fytopatogen, der påvirker vigtige afgrøder.

X. campestris præsenterer en epifytisk fase på planten, hvor den ikke skader den. Denne fase er før infektion, den genereres, når bakterierne spreder sig på grund af gunstige miljøvariationer. Infektion med denne art forårsager en række symptomer i den inficerede plante, som til sidst kan udarte til døden.

Figur 1. Symptomer forårsaget af infektion med X. campestris. Kilde: forfatter Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris er også velkendt for at fremstille biopolymeren xanthangummi eller xanthan, et polysaccharid, der udskilles til mediet (exopolysaccharid) og øger viskositeten af ​​vandige opløsninger.

Exopolysaccharid-xanthan var det første kommercielt vigtige biprodukt genereret af fermenteringsprocesserne for majsstivelse. Det produceres i øjeblikket i store mængder og har mange anvendelser på grund af dets egenskaber som fortykningsmiddel og emulgator. Xanthan bruges blandt andet inden for fødevare-, farmaceutisk, kosmetisk, landbrugs- og olieindustrien.

Beskrivelse

Xanthomonas campestris er en gram-negativ, obligatorisk aerob, fakultativ saprofyt bacillus. Den er mobil, mellem 0,2 og 0,6 um bred og mellem 0,8 og 2,9 um lang. Det kan fremstå som et enkelt individ eller danne filamenter omgivet af xanthan, det exopolysaccharid, de producerer.

Xanthan favoriserer dannelsen af ​​X. campestris-biofilm og udøver også en beskyttende handling på de samfund, der er etableret i denne struktur, når pludselige ændringer i temperatur, pH, ultraviolet stråling, markante osmotiske variationer og / eller fugtighedsfald forekommer.

Interaktion med anlægget

Denne art har adskillige mekanismer til at undgå forsvarsresponserne fra de planter, den inficerer. Den første barriere for planten mod en bakterieinfektion er cellevæggen og overfladestoffer med antimikrobiel aktivitet.

X. campestris kan inficere planten gennem dens bladstomata (porer, hvor gasudveksling med miljøet forekommer), dens hydatoder (en type stomi, hvor overskydende vand udstråler), eller gennem eksisterende sår.

Planter lukker generelt deres stomata, når de angribes af mikroorganismer. Imidlertid producerer X. campestris en virulensfaktor, der forhindrer stomaten i at lukke, hvilket således favoriserer indførelsen af ​​flere bakterier i planten fra det ydre miljø.

Når bakterierne er inde i planten, forhindrer de transport af vand ved at hindre det vaskulære væv. Resultatet er nekrose af bladene og visnelse af de inficerede dele.

Derudover producerer X. campestris en forbindelse kaldet neutral cyklisk β- (1,2) glucan, der forhindrer ekspression af forsvarsgener i planten. Disse forbindelser kan være forbundet med det bakterielle periplasmatiske rum, eller de kan udskilles til det ekstracellulære miljø, hvilket favoriserer mobiliteten af ​​bakterierne, dets virulens og dannelsen af ​​biofilmer.

Xanthan

Xanthan produceret af Xanthomonas fungerer som en virulensfaktor, undertrykker den inficerede plantes immunrespons og øger bakteriens infektionsevne.

Xanthan er et polysaccharid, der består af enheder på 5 sukker, der gentages (2 glukoser, 2 mannoser og 1 glukuronsyre) og polymeriseres.

Syntesen af ​​xanthan afhænger af en operon kaldet klyngegummi (et sæt gener, der udgør en funktionel enhed), som har 12 gener, der er under kontrol af en enkelt promotorregion.

Isolering af

X. campestris pv. campestris kan isoleres fra bladvæv, der har "V" -formede pletter eller fra beskadiget karvæv eller plantens hals, det vil sige fra de skadede områder af planten.

For at opnå stammer af X. campestris vælges det skadede område som en prøve (blad- eller frugtpletter eller kanker). Hvis der ikke observeres nogen skade i planten, tages det væv, der er mest modtageligt for at blive beskadiget, som en prøve, og de analyseres ved dyrkningsmedier og ved hjælp af PCR-teknik (polymerase chain reaction).

Kulturmedier

Blandt de anvendte kulturmedier er følgende:

Mælk mellem

Til en initial isolering af mikroorganismer fra prøver af plantevæv kan Milk Tween (MT) -medium påføres:

10 ml skummetmælk, 0,25 g CaCI ₂, 10 g pepton protease No. 3, 15 g Bacto-agar, 0,5 g tyrosin, 10 ml Tween 80, 80 mg cephalexin (i 2 ml NaOH ved 4%), 200 g cycloheximid (i 2 ml 75% methanol), 100 mg vancomycin (i 1 ml destilleret vand).

Skummetmælk, cephalexin, cycloheximid og vancomycin-opløsninger skal filtreressteriliseres og tilsættes til mediet ved 50 ° C.

Kongens B

Efter at have tilladt bakteriekolonierne at vokse i MT, kan de, der ligner mest X. campestris (gule pigmenteringskolonier ved 72 og 120 timers kultur) overføres til King's B-medium:

20 g pepton protease No.3, 20 g agar-agar, 1,5 g K ₂ HPO _4, 1,5 g MgSO ₄ x / H ₂ O, 10 ml glycerol, 700 destilleret vand.

Mediet opvarmes til 80 ° C under omrøring, fyldes op til 1 liter med destilleret vand og homogeniseres, og pH-værdien justeres til 7,2. Steriliser ved 121 ° C i 15 minutter.

Det rige kulturmedium PYM eller YMM er også blevet brugt i kulturen af ​​X. campestris.

Figur 2. Kultur af Xanthomonas i fast medium. Kilde: Jarober3, via Wikimedia Commons

PYM

For at tilberede PYM skal du tilsætte for hver 1000 ml totalvolumen: 10 g glukose, 5 g peptonekstrakt, 3 g maltekstrakt og 3 g gær.

Hvis du vil vokse i fast medium i petriskåle, skal 15 g agar også sættes til blandingen.

YMM

Til fremstilling af YMM medium, skal for hver 1000 ml totalvolumen: 10 g glucose, 1 ml MgSO ₄: 7H ₂ O opløsning (10 g / l), 1 ml af en CaCI ₂ -opløsning (22 g / l), 1 ml af en K ₂ HPO ₄ opløsning (22 g / L), 1 ml af en FeCl ₃ opløsning i 0,1 m HCI (2 g / l), 0,3% m / v casaminosyrer (aminosyrer fra hydrolyse af kasein) og 11% volumen / volumen natriumglutamatopløsning.

Inkubationsbetingelser

Inkubationsbetingelserne for bakteriestammerne af X. campestris bør være 27 eller 28 ° C, og i tilfælde af flydende kulturmedier skal kontinuerlig omrøring holdes ved 200 omdrejninger pr. Minut (omdr./min.).

Xanthan produktion

Hvis produktionen af ​​xanthan i en fermenteringsproces ønskes, skal glukose, saccharose eller majs sirup (mellem 20 og 40 g / l), blandt andre næringsstoffer, der leverer nitrogen, leveres som en kulstofkilde.

Påvisning af metabolisk aktivitet

For at detektere tilstedeværelsen af ​​levedygtige X. campestris i plantevæv anbefaler nogle forskere at måle metabolisk aktivitet snarere end mikrobiel vækst i laboratoriekultur.

Målingen af ​​metabolisk aktivitet er blevet udført ved hjælp af en levedygtighedsindikator gennem elektrontransportsystemet. Denne forbindelse kaldes tetrazolium, og dens salte accepterer elektroner fra brint, hvilket genererer formazan, et stof, der er uopløseligt i vand. Således er udseendet i midten af ​​formazan en indikator for cellulær metabolisk aktivitet.

Et af X. campestris-kulturmedierne til at udføre denne levedygtighedstest indeholder tetrazoliumchlorid (TTC), triphenyltetrazoliumchlorid og andre additiver, såsom natriumchlorid og sukkerarter. Det er et medium med følgende stoffer til et samlet volumen på 500 ml: 5 g pepton, 0,5 g hydrolyseret casein, 2,5 g glucose og 8,5 g agar.

Patofysiologi

Bakterien X. campestris er årsagsmidlet til adskillige sygdomme, der påvirker bladene på prydplanter (såsom Anthurium andreanum) og almindelige bønner (Phaseolus vulgaris L.). De påvirker også frugterne af stenfrugter, såsom mandel, nektarin, kirsebær, fersken, abrikos, blomme, blandt andre.

X. campestris vides at have indflydelse på familien Brassicaceae eller cruciferous og er blandt de 10 fytopatogene arter, der er mest farlige for landbrugsaktiviteter, især i troperne.

F.eks. Forårsager X. campestris sort rådsygdom hos blomkål (Brassica oleracea), broccoli (B. napus), kinesisk kål (B. pekinensis), næse (B. rapa), sennep (B nigra), radise (Rhaphanus sativus) og kål (B. fruticulosa).

Figur 3. Blad påvirket af X. campestris. Kilde: David B. Langston, via Wikimedia Commons

Symptomerne produceret af X. campestris vises oprindeligt på blade og kan derefter vises på frugter og grene. De involverer uregelmæssige og kantede gullige bladpletter (1 til 5 mm i diameter) begrænset af de vener, der til sidst nekrotiserer.

Bladforbrændinger forekommer også; pletter på frugterne; vaskulær visnelse og forekomsten af ​​chlorotiske eller nekrotiske læsioner i form af et "V".

Pletterne vises på bladkanterne og omkring dens midterste del. Bladtab kan forekomme på planten. Grønne pletter vises på frugterne, der bliver nekrotiske, og kan også knække dem. Kanker kan også forekomme.

Referencer

1. Dow, JM, Crossman, L., Findlay, K., He, Y.-Q., Feng, J.-X., & Tang, J.-L. (2003). Biofilmspredning i Xanthomonas campestris kontrolleres ved celle-signalering og er påkrævet for fuld virulens over for planter. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100 (19), 10995–11000. doi: 10.1073 / pnas.1833360100
2. Hayward, AC, Swings, JG og Civerolo, EL (1993). Xanthomonas. Springer Holland. s. 407.
3. Papagianni, M., Psomas, S., Batsilas, L., Paras, S., Kyriakidis, D. og Liakopoulou-Kyriakides, M. (2001). Xanthan-produktion af Xanthomonas campestris i batchkulturer. Process Biochemistry, 37 (1), 73-80. doi: 10.1016 / s0032-9592 (01) 00174-1
4. Rosalam, S., & England, R. (2006). Gennemgang af produktion af xanthangummi fra umodificeret stivelse af Xanthomonas campestris Enzyme and Microbial Technology, 39 (2), 197–207. doi: 10.1016 / j.enzmictec.2005.10.019
5. Stewart, P. og Globig, S. (2011). Fytopatologi i planter. Apple Academic Press. s. 334.