XANTHOMONAS CAMPESTRIS: BESKRIVNING, ODLING OCH PATOLOGIER - BIOLOGI - 2025

Xanthomonas campestris är en art av proteobakterier (klass: Gamma Proteobacteria, ordning: Xantomonadales, familj: Xanthomonadaceae) fytopatogen som påverkar viktiga grödor.

X. campestris presenterar en epifytisk fas på växten där den inte skadar den. Denna fas är före infektion, den genereras när bakterierna sprider sig på grund av gynnsamma miljövariationer. Infektion av denna art orsakar en mängd olika symtom i den infekterade växten som så småningom kan degenerera till döden.

Bild 1. Symtom orsakade av infektion med X. campestris. Källa: författare Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris är också välkänt för att producera biopolymeren xantangummi eller xantan, en polysackarid som utsöndras i mediet (exopolysackarid) och ökar viskositeten hos vattenhaltiga lösningar.

Exopolysackarid-xantan var den första kommersiellt viktiga biprodukten som genererades genom fermenteringsprocesser för majsstärkelse. Det produceras för närvarande i stora mängder och har många applikationer på grund av dess egenskaper som förtjockningsmedel och emulgator. Xanthan används bland annat inom livsmedels-, läkemedels-, kosmetik-, jordbruks- och oljeindustrin.

Beskrivning

Xanthomonas campestris är en gramnegativ, obligatorisk aerob, fakultativ saprofytbacillus. Den är mobil, mellan 0,2 och 0,6 um bred, och mellan 0,8 och 2,9 um lång. Det kan visas som en ensam individ eller som bildar filament, omgiven av xantan, den exopolysackarid som de producerar.

Xanthan gynnar bildningen av X. campestris-biofilmer och utövar också en skyddande verkan på samhällen som är etablerade i denna struktur, när plötsliga förändringar i temperatur, pH, ultraviolett strålning, markerade osmotiska variationer och / eller fuktighetsminskning inträffar.

Interaktion med anläggningen

Denna art har flera mekanismer för att undvika försvar svar från de växter den infekterar. Växtens första barriär mot en bakterieinfektion är cellväggen och ytan med antimikrobiell aktivitet.

X. campestris kan infektera växten genom dess bladstomata (porer där gasutbyte inträffar med miljön), dess hydatoder (en typ av stomi genom vilken överskott av vatten utstrålar) eller genom befintliga sår.

Växter stänger vanligtvis sin stomi när de attackeras av mikroorganismer. Emellertid producerar X. campestris en virulensfaktor som förhindrar stomaten från att stängas, vilket således gynnar inträde av fler bakterier i växten från den yttre miljön.

När bakterierna finns i växten förhindrar de transporter av vatten genom att hindra kärlvävnaderna. Resultatet är nekros av bladen och vissnande av de infekterade delarna.

Dessutom producerar X. campestris en förening som kallas neutral cyklisk ß- (1,2) glukan som förhindrar uttryck av försvarsgener i växten. Dessa föreningar kan associeras med det bakteriella periplasmatiska utrymmet eller de kan utsöndras till den extracellulära miljön, vilket gynnar rörligheten hos bakterierna, dess virulens och bildandet av biofilmer.

xanthan

Xanthan som produceras av Xanthomonas fungerar som en virulensfaktor, undertrycker den infekterade växtens immunrespons och ökar bakteriens infektivitet.

Xanthan är en polysackarid som består av enheter med 5 sockerarter som upprepas (2 glukoser, 2 mannoser och 1 glukuronsyra) och polymerisera.

Syntesen av xantan beror på en operon som kallas klustergummi (en uppsättning gener som utgör en funktionell enhet), som har 12 gener som är under kontroll av en enda promotorregion.

Isolering av

X. campestris pv. campestris kan isoleras från bladvävnad som har "V" -formade fläckar eller från skadad vaskulär vävnad, eller plantanas hals, det vill säga från de skadade områdena i växten.

För att få stammar av X. campestris väljs det skadade området som ett prov (blad- eller fruktfläckar eller cankers). Om ingen skada observeras i växten, tas den vävnad som är mest mottaglig för att skadas som ett prov, och de analyseras med odlingsmedium och med PCR-teknik (polymeraskedjereaktion).

Kulturmedier

Bland de använda kulturmedierna är följande:

Mjölk mellan

För en initial isolering av mikroorganismer från prover av växtvävnad kan Milk Tween (MT) -medium appliceras:

10 ml skummjölk, 0,25 g CaCl ₂ , 10 g pepton proteas nr 3, 15 g Bacto-agar, 0,5 g tyrosin, 10 ml Tween 80, 80 mg cefalexin (i 2 ml NaOH vid 4%), 200 g cykloheximid (i 2 ml 75% metanol), 100 mg vankomycin (i 1 ml destillerat vatten).

Skummjölk, cephalexin, cycloheximide och vancomycinlösningar måste steriliseras genom filtrering och sättas till mediet vid 50 ° C.

King's B

Efter att bakteriekolonierna har vuxit i MT kan de som liknar X. campestris (gula pigmenteringskolonier vid 72 och 120 timmars kultur) överföras till King's B-medium:

20 g pepton proteas 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 destillerat vatten.

Mediet bör upphettas till 80 ° C under omröring, kompenseras till 1 1 med destillerat vatten och homogeniseras, och pH bör justeras till 7,2. Sterilisera vid 121 ° C i 15 minuter.

Det rika kulturmediet PYM eller YMM har också använts i kulturen av X. campestris.

Figur 2. Kultur av Xanthomonas i fast medium. Källa: Jarober3, via Wikimedia Commons

PYM

För att bereda PYM, för varje 1000 ml total volym, tillsätt: 10 g glukos, 5 g peptonextrakt, 3 g maltextrakt och 3 g jäst.

Om du vill växa i fast medium i petriskålar, bör 15 g agar också sättas till blandningen.

YMM

Att förbereda YMM mediet, du behöver för varje 1000 ml total volym: 10 g glukos, 1 ml MgSO ₄ : 7H ₂ O lösning (10 g / L), 1 ml av en CaCl ₂ -lösning (22 g / L ), 1 ml av en K ₂ HPO ₄ -lösning (22 g / L), 1 ml av en FeCl ₃ -lösning i 0,1 m HCl (2 g / L), 0,3% m / v kasaminosyror (aminosyror från hydrolys av kasein) och 11% volym / volym natriumglutamatlösning.

Inkubationsförhållanden

Inkubationsbetingelserna för bakteriestammarna av X. campestris bör vara 27 eller 28 ° C, och för flytande odlingsmedier bör kontinuerlig omröring hållas vid 200 varv per minut (rpm).

Xanthan produktion

Om framställning av xantan i en fermenteringsprocess önskas, måste glukos, sackaros eller majs sirap (mellan 20 och 40 g / L), bland andra näringsämnen som tillhandahåller kväve, tillföras som kolkälla.

Detektion av metabolisk aktivitet

För att upptäcka förekomsten av livskraftiga X. campestris i växtvävnad rekommenderar vissa forskare att mäta metabolisk aktivitet snarare än mikrobiell tillväxt i laboratoriekultur.

Mätningen av metabolisk aktivitet har utförts med hjälp av en livskraftindikator genom elektrontransportsystemet. Denna förening kallas tetrazolium och dess salter tar emot elektroner från väte, genererar formazan, ett ämne som är olösligt i vatten. Således är utseendet i mitten av formazan en indikator på cellulär metabolisk aktivitet.

Ett av X. campestris-kulturmedierna för att utföra detta livskraftstest innehåller tetrazoliumklorid (TTC), trifenyltetrazoliumklorid och andra tillsatser såsom natriumklorid och sockerarter. Det är ett medium med följande ämnen för en total volym av 500 ml: 5 g pepton, 0,5 g hydrolyserat kasein, 2,5 g glukos och 8,5 g agar.

patofysiologi

Bakterien X. campestris är kausalmedlet för många sjukdomar som påverkar blad från prydnadsväxter (som Anthurium andreanum) och vanliga bönor (Phaseolus vulgaris L.). De påverkar också frukt av stenfrukt, såsom mandel, nektarin, körsbär, persika, aprikos, plommon, bland andra.

X. campestris är känt för att påverka Brassicaceae eller korsbottenfamiljen, och är bland de 10 farligaste fytopatogena arter för jordbruksaktiviteter, särskilt i tropikerna.

Till exempel orsakar X. campestris svartrödsjukdom hos blomkål (Brassica oleracea), broccoli (B. napus), kineskål (B. pekinensis), rovor (B. rapa), senap (B nigra), rädisa (Rhaphanus sativus) och kål (B. fruticulosa).

Bild 3. Blad påverkat av X. campestris. Källa: David B. Langston, via Wikimedia Commons

Symtomen som produceras av X. campestris visas initialt på blad och kan sedan visas på frukt och grenar. De involverar oregelbundna och kantiga gulaktiga bladfläckar (1 till 5 mm i diameter) begränsade av venerna som så småningom nekrotiseras.

Bladförbränningar förekommer också; fläckar på frukterna; vaskulär viskning och uppkomsten av klorotiska eller nekrotiska skador i form av en "V".

Fläckarna visas på bladkanterna och dess omgivning. Bladförlust kan förekomma på växten. Gröna fläckar visas på frukterna som blir nekrotiska och kan också spricka dem. Cankers kan också uppstå.

referenser

1. Dow, JM, Crossman, L., Findlay, K., He, Y.-Q., Feng, J.-X., & Tang, J.-L. (2003). Biofilmspridning i Xanthomonas campestris kontrolleras av cellcellssignalering och krävs för full virulens till växter. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100 (19), 10995–11000. doi: 10.1073 / pnas.1833360100
2. Hayward, AC, Swings, JG och Civerolo, EL (1993). Xanthomonas. Springer Nederländerna. sid 407.
3. Papagianni, M., Psomas, S., Batsilas, L., Paras, S., Kyriakidis, D. och Liakopoulou-Kyriakides, M. (2001). Xanthan-produktion av Xanthomonas campestris i partikulturer. Process Biochemistry, 37 (1), 73-80. doi: 10.1016 / s0032-9592 (01) 00174-1
4. Rosalam, S., & England, R. (2006). Granskning av produktion av xantangummi från omodifierade stärkelser av Xanthomonas campestris Enzyme and Microbial Technology, 39 (2), 197–207. doi: 10.1016 / j.enzmictec.2005.10.019
5. Stewart, P. och Globig, S. (2011). Fytopatologi i växter. Apple Academic Press. sid 334.