XANTHOMONAS CAMPESTRIS: OPIS, PESTOVANIE A PATOLÓGIE - BIOLÓGIE - 2025

Xanthomonas campestris je druh proteobaktérií (trieda: Gama Proteobacteria, poradie: Xantomonadales, rodina: Xanthomonadaceae) fytopatogénna, ktorá ovplyvňuje dôležité plodiny.

X. campestris predstavuje epifytickú fázu rastliny, v ktorej ju nepoškodzuje. Táto fáza je pred infekciou a vytvára sa, keď sa baktérie množia v dôsledku priaznivých zmien prostredia. Infekcia týmto druhom spôsobuje v napadnutej rastline množstvo symptómov, ktoré sa môžu nakoniec zvrhnúť.

Obrázok 1. Príznaky spôsobené infekciou X. campestris. Zdroj: autor Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris je tiež dobre známy pre výrobu biopolyméru xantánovej gumy alebo xantánu, polysacharidu, ktorý sa vylučuje do média (exopolysacharid) a zvyšuje viskozitu vodných roztokov.

Exopolysacharid xantán bol prvý komerčne dôležitý vedľajší produkt generovaný fermentačnými procesmi kukuričných škrobov. V súčasnosti sa vyrába vo veľkých množstvách a vďaka svojim vlastnostiam ako zahusťovadlo a emulgátor má mnoho aplikácií. Xantan sa používa okrem iného v potravinárskom, farmaceutickom, kozmetickom, poľnohospodárskom a ropnom priemysle.

popis

Xanthomonas campestris je gramnegatívny, povinný aeróbny fakultatívny saprofytický bacil. Je mobilný, široký medzi 0,2 a 0,6 um a dlhý medzi 0,8 a 2,9 um. Môže sa javiť ako osamelý jedinec alebo formujúce vlákna obklopené xantánom, exopolysacharidom, ktorý produkujú.

Xanthan uprednostňuje tvorbu biofilmov X. campestris a tiež vykonáva ochranný účinok na spoločenstvá založené v tejto štruktúre, keď sa vyskytnú náhle zmeny teploty, pH, ultrafialového žiarenia, výrazných osmotických zmien a / alebo zníženia vlhkosti.

Interakcia s rastlinou

Tento druh má niekoľko mechanizmov na zabránenie obranným reakciám rastlín, ktoré infikuje. Prvou bariérou rastliny proti bakteriálnej infekcii sú bunková stena a povrchové látky s antimikrobiálnou aktivitou.

X. campestris môže infikovať rastlinu prostredníctvom jej listovej stomaty (póry, v ktorých dochádza k výmene plynov s prostredím), jej hydatód (typ stómie, cez ktorý sa vylučuje prebytočná voda) alebo cez existujúce rany.

Rastliny vo všeobecnosti uzatvárajú svoje stómy, keď sú napadnuté mikroorganizmami. X. campestris však vytvára virulenčný faktor, ktorý bráni zatváraniu stomatóz, a tak uprednostňuje vstup ďalších baktérií do rastliny z vonkajšieho prostredia.

Ak sú baktérie vo vnútri rastliny, bránia transportu vody tým, že bránia vaskulárnym tkanivám. Výsledkom je nekróza listov a vädnutie infikovaných častí.

Okrem toho X. campestris produkuje zlúčeninu nazývanú neutrálny cyklický P- (1,2) glukán, ktorý zabraňuje expresii obranných génov v rastline. Tieto zlúčeniny sa môžu spájať s bakteriálnym periplazmatickým priestorom alebo sa môžu vylučovať do extracelulárneho prostredia, čo podporuje mobilitu baktérií, ich virulenciu a tvorbu biofilmov.

xanthan

Xantán produkovaný Xanthomonasom pôsobí ako faktor virulencie, potláča imunitnú reakciu infikovanej rastliny a zvyšuje infekčnú kapacitu baktérií.

Xantán je polysacharid pozostávajúci z jednotiek 5 cukrov, ktoré sa opakujú (2 glukózy, 2 manózy a 1 kyselina glukurónová) a polymerizujú.

Syntéza xantánu závisí od operónu nazývaného klastrová guma (skupina génov, ktoré tvoria funkčnú jednotku), ktorá má 12 génov, ktoré sú pod kontrolou jednej promótorovej oblasti.

Izolácia

X. campestris pv. campestris sa môže izolovať z listového tkaniva, ktoré má škvrny tvaru "V" alebo z poškodeného vaskulárneho tkaniva alebo rastlinného krku, tj z poškodených oblastí rastlín.

Na získanie kmeňov X. campestris sa poškodená oblasť vyberie ako vzorka (škvrny listov alebo plodov alebo konzervy). Ak sa v rastline nepozoruje žiadne poškodenie, odoberie sa vzorka tkanivo, ktoré je najviac náchylné na poškodenie, a analyzuje sa kultivačným médiom a technikou polymerázovej reťazovej reakcie (PCR).

Kultivačné médiá

Medzi použité kultivačné médiá patria:

Doplnenie mlieka

Na počiatočnú izoláciu mikroorganizmov zo vzoriek rastlinného tkaniva sa môže použiť médium Milk Tween (MT):

10 ml odstredeného mlieka, 0,25 g Cacia ₂ , 10 g peptónu proteázy No. 3, 15 g Bacto agaru, 0,5 g tyrozínu, 10 ml Tween 80, 80 mg cefalexínu (v 2 ml roztoku hydroxidu sodného na 4%), 200 g cykloheximidu (v 2 ml 75% metanolu), 100 mg vankomycínu (v 1 ml destilovanej vody).

Roztoky odstredeného mlieka, cefalexínu, cykloheximidu a vankomycínu sa musia sterilizovať filtráciou a pridať do média pri 50 ° C.

King's B

Po umožnení rastu bakteriálnych kolónií v MT sa môžu tie, ktoré sú najviac podobné X. campestris (žlté kolónie s pigmentáciou v 72 a 120 hodinách kultivácie) preniesť na Kingovo médium B:

20 g peptónu proteázy č.3, 20 g agar-agar, 1,5 g K ₂ HPO _4, 1,5 g MgSO ₄ x / H ₂ O, 10 ml glycerolu, 700 destilovanej vody.

Médium by sa malo za miešania zohriať na 80 ° C, doplniť na 1 liter destilovanou vodou a homogenizovať a pH by sa malo upraviť na 7,2. Sterilizuje sa pri 121 ° C počas 15 minút.

Bohaté kultivačné médium PYM alebo YMM sa tiež používa v kultúre X. campestris.

Obrázok 2. Kultúra xantómov v pevnom médiu. Zdroj: Jarober3, prostredníctvom Wikimedia Commons

Pym

Na prípravu PYM sa na každých 1 000 ml celkového objemu pridá: 10 g glukózy, 5 g peptónového extraktu, 3 g sladového extraktu a 3 g kvasiniek.

Ak chcete pestovať v pevnom médiu v Petriho miskách, do zmesi by sa malo pridať aj 15 g agaru.

YMM

Na prípravu YMM médium, treba na každých 1000 ml celkový objem: 10 g glukózy, 1 ml MgSO ₄ : 7H ₂ O roztoku (10 g / l), 1 ml Cacia ₂ roztoku (22 g / l ), 1 ml k ₂ HPO ₄ roztoku (22 g / l), 1 ml FeCl ₃ roztoku v 0,1 m HCI (2 g / l), 0,3% m / v kasaminokyselin (aminokyseliny z hydrolýza kazeínu) a 11% (objem / objem) roztoku glutamátu sodného.

Inkubačné podmienky

Inkubačné podmienky bakteriálnych kmeňov X. campestris by mali byť 27 alebo 28 ° C a v prípade tekutých kultivačných médií by sa malo nepretržité miešanie udržiavať pri 200 otáčkach za minútu (rpm).

Xantánová výroba

Ak sa požaduje výroba xantánu vo fermentačnom procese, musí sa ako zdroj uhlíka dodávať glukóza, sacharóza alebo kukuričný sirup (medzi 20 a 40 g / l), okrem iných živín, ktoré poskytujú dusík.

Detekcia metabolickej aktivity

Na zistenie prítomnosti životaschopného X. campestris v rastlinnom tkanive niektorí vedci odporúčajú skôr merať metabolickú aktivitu ako mikrobiálny rast v laboratórnej kultúre.

Meranie metabolickej aktivity sa uskutočňovalo pomocou indikátora životaschopnosti cez systém prenosu elektrónov. Táto zlúčenina sa nazýva tetrazólium a jej soli prijímajú elektróny z vodíka, čím sa vytvára formazán, látka nerozpustná vo vode. Vzhľad formazanu uprostred je teda indikátorom bunkovej metabolickej aktivity.

Jedno z kultivačných médií X. campestris na vykonanie tohto testu životaschopnosti obsahuje tetrazoliumchlorid (TTC), trifenyltetrazoliumchlorid a ďalšie prísady, ako je chlorid sodný a cukry. Je to médium s nasledujúcimi látkami pre celkový objem 500 ml: 5 g peptónu, 0,5 g hydrolyzovaného kazeínu, 2,5 g glukózy a 8,5 g agaru.

patofyziológie

Baktéria X. campestris je pôvodcom mnohých chorôb, ktoré ovplyvňujú listy okrasných rastlín (ako je Anthurium andreanum) a bôb obyčajný (Phaseolus vulgaris L.). Ovplyvňujú okrem iného plody kôstkového ovocia, ako sú mandle, nektárinky, čerešne, broskyne, marhule, slivky.

Je známe, že X. campestris ovplyvňuje rod Brassicaceae alebo kruciferous, pretože patrí medzi 10 fytopatogénnych druhov, ktoré sú najnebezpečnejšie pre poľnohospodársku činnosť, najmä v trópoch.

Napríklad X. campestris spôsobuje ochorenie čiernej hniloby v karfiole (Brassica oleracea), brokolici (B. napus), čínskej kapuste (B. pekinensis), vodnici (B. rapa), horčici (B) nigra), reďkovky (Rhaphanus sativus) a kapusta (B. fruticulosa).

Obrázok 3. List zasiahnutý X. campestris. Zdroj: David B. Langston, prostredníctvom Wikimedia Commons

Symptómy vyvolané X. campestris sa spočiatku objavujú na listoch a potom sa môžu objaviť na ovocí a konáre. Zahŕňajú nepravidelné a uhlové žltkasté škvrny listov (s priemerom 1 až 5 mm) obmedzené žilami, ktoré sú nakoniec nekrotizované.

Vyskytujú sa tiež popáleniny listov; škvrny na ovocí; vaskulárne vädnutie a výskyt chlorotických alebo nekrotických lézií v tvare "V".

Škvrny sa objavujú na okrajoch listu a obklopujú jeho strednú vrstvu. Na rastline sa môže vyskytnúť strata listov. Na plodoch, ktoré sa stanú nekrotickými, sa objavujú zelené škvrny a môžu tiež praskať. Môže sa vyskytnúť aj tanker.

Referencie

1. Dow, JM, Crossman, L., Findlay, K., On, Y.-Q., Feng, J.- X. & Tang, J.-L. (2003). Disperzia biofilmu v Xanthomonas campestris je riadená signalizáciou bunkových buniek a vyžaduje sa pre úplnú virulenciu rastlín. Zborník Národnej akadémie vied, 100 (19), 10995–11000. doi: 10,1073 / s. 1833360100
2. Hayward, AC, Swings, JG a Civerolo, EL (1993). Xanthomonas. Springer Holandsko. str. 407.
3. Papagianni, M., Psomas, S., Batsilas, L., Paras, S., Kyriakidis, D. a Liakopoulou-Kyriakides, M. (2001). Produkcia Xantanu v Xanthomonas campestris v dávkových kultúrach. Process Biochemistry, 37 (1), 73-80. doi: 10,016 / s0032-9592 (01) 00174-1
4. Rosalam, S., & England, R. (2006). Prehľad výroby xantánovej gumy z nemodifikovaných škrobov autormi Xanthomonas campestris Enzyme and Microbial Technology, 39 (2), 197–207. doi: 10,016 / j.enzmictec.2005.10.019
5. Stewart, P. a Globig, S. (2011). Fytopatológia v rastlinách. Apple Academic Press. str. 334.