XANTHOMONAS CAMPESTRIS: OPIS, UPRAWA I PATOLOGIE - BIOLOGIA - 2026

Xanthomonas campestris to gatunek proteobakterii (klasa: Gamma Proteobacteria, rząd: Xantomonadales, rodzina: Xanthomonadaceae) fitopatogenny, atakujący ważne uprawy.

X. campestris wykazuje na roślinie fazę epifityczną, w której jej nie szkodzi. Faza ta poprzedzona jest infekcją, powstaje, gdy bakterie namnażają się w wyniku sprzyjających zmian środowiskowych. Zakażenie tym gatunkiem powoduje u zakażonej rośliny różnorodne objawy, które mogą ostatecznie przekształcić się w śmierć.

Rycina 1. Objawy spowodowane zakażeniem X. campestris. Źródło: autor Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris jest również dobrze znany z wytwarzania biopolimerowej gumy ksantanowej lub ksantanu, polisacharydu, który jest wydzielany do pożywki (egzopolisacharyd) i zwiększa lepkość roztworów wodnych.

Egzopolisacharyd ksantan był pierwszym handlowo ważnym produktem ubocznym powstałym w procesie fermentacji skrobi kukurydzianej. Obecnie jest produkowany w dużych ilościach i ma wiele zastosowań ze względu na swoje właściwości jako zagęszczacz i emulgator. Ksantan jest stosowany m.in. w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, kosmetycznym, rolniczym i naftowym.

Opis

Xanthomonas campestris to gram-ujemna, bezwzględnie tlenowa, fakultatywna pałeczka saprofitów. Jest ruchomy, ma od 0,2 do 0,6 µm szerokości i od 0,8 do 2,9 µm długości. Może wyglądać jak samotny osobnik lub formujący włókna, otoczony ksantanem, wytwarzanym przez siebie egzopolisacharydem.

Ksantan sprzyja tworzeniu się biofilmów X. campestris, a także działa ochronnie na zbiorowiska utworzone w tej strukturze, gdy występują nagłe zmiany temperatury, pH, promieniowania ultrafioletowego, znacznych wahań osmotycznych i / lub spadku wilgotności.

Interakcja z rośliną

Gatunek ten posiada kilka mechanizmów unikania reakcji obronnych zarażonych roślin. Pierwszą barierą rośliny przed infekcją bakteryjną jest ściana komórkowa i substancje powierzchniowe o działaniu przeciwbakteryjnym.

X. campestris może zakażać roślinę przez jej szparki na liściach (pory, w których zachodzi wymiana gazowa ze środowiskiem), hydatody (rodzaj stomii, w której wypływa nadmiar wody) lub przez istniejące rany.

Rośliny na ogół zamykają aparaty szparkowe zaatakowane przez mikroorganizmy. Jednak X. campestris wytwarza czynnik zjadliwości, który zapobiega zamykaniu się aparatów szparkowych, sprzyjając w ten sposób przenikaniu większej liczby bakterii do rośliny ze środowiska zewnętrznego.

Kiedy bakterie znajdują się wewnątrz rośliny, uniemożliwiają transport wody, blokując tkanki naczyniowe. Rezultatem jest nekroza liści i więdnięcie porażonych części.

Ponadto X. campestris wytwarza związek zwany obojętnym cyklicznym β- (1,2) glukanem, który zapobiega ekspresji genów obronnych w roślinie. Związki te mogą być związane z bakteryjną przestrzenią peryplazmatyczną lub mogą być wydalane do środowiska zewnątrzkomórkowego, sprzyjając mobilności bakterii, jej wirulencji i tworzeniu się biofilmów.

Xanthan

Ksantan wytwarzany przez Xanthomonas działa jako czynnik zjadliwości, tłumiąc odpowiedź immunologiczną zakażonej rośliny i zwiększając zdolność infekcyjną bakterii.

Ksantan jest polisacharydem złożonym z jednostek 5 cukrów, które są powtarzane (2 glukozy, 2 mannozy i 1 kwas glukuronowy) i polimeryzują.

Synteza ksantanu zależy od operonu zwanego gumą klastrową (zestaw genów tworzących jednostkę funkcjonalną), który ma 12 genów kontrolowanych przez pojedynczy region promotorowy.

Izolacja

X. campestris pv. campestris można wyizolować z tkanki liścia, która ma plamy w kształcie litery „V” lub z uszkodzonej tkanki naczyniowej lub szyjki rośliny, to znaczy z uszkodzonych obszarów rośliny.

Aby uzyskać szczepy X. campestris, uszkodzony obszar jest wybierany jako próbka (plamy liści lub owoców lub zrakowacenia). Jeśli w roślinie nie obserwuje się uszkodzeń, jako próbkę pobiera się tkankę najbardziej podatną na uszkodzenie i analizuje się ją za pomocą pożywki hodowlanej i techniki łańcuchowej reakcji polimerazy (PCR).

Media kulturowe

Wśród użytych pożywek kulturowych są:

Mleko tween

Do wstępnej izolacji mikroorganizmów z próbek tkanki roślinnej można zastosować pożywkę Milk Tween (MT):

10 ml mleka odtłuszczonego, 0,25 g CaCl ₂ , 10 g proteazy peptonowej nr 3, 15 g agaru Bacto, 0,5 g tyrozyny, 10 ml Tween 80, 80 mg cefaleksyny (w 2 ml NaOH w temp. 4%), 200 g cykloheksymidu (w 2 ml 75% metanolu), 100 mg wankomycyny (w 1 ml wody destylowanej).

Odtłuszczone mleko, roztwory cefaleksyny, cykloheksymidu i wankomycyny należy wyjaławiać przez filtrację i dodawać do pożywki w temperaturze 50 ° C.

King's B

Po umożliwieniu wzrostu kolonii bakteryjnych w MT, te najbardziej podobne do X. campestris (kolonie o żółtym zabarwieniu po 72 i 120 godzinach hodowli) można przenieść na pożywkę King's B:

20 g proteazy peptonowej nr 3, 20 g agaru agarowego, 1,5 g K ₂ HPO _4, 1,5 g MgSO ₄ x / H ₂ O, 10 ml glicerolu, 700 wody destylowanej.

Pożywkę należy ogrzać do 80 ° C z mieszaniem, uzupełnić do 1 litra wodą destylowaną i zhomogenizować, a pH ustawić na 7,2. Sterylizuj w 121 ° C przez 15 minut.

W kulturze X. campestris zastosowano również bogatą pożywkę hodowlaną PYM lub YMM.

Rysunek 2. Hodowla Xanthomonas na stałym podłożu. Źródło: Jarober3, za Wikimedia Commons

PYM

Aby przygotować PYM, na każde 1000 ml całkowitej objętości należy dodać: 10 g glukozy, 5 g ekstraktu peptonu, 3 g ekstraktu słodowego i 3 g drożdży.

Jeśli chcesz rosnąć na stałym podłożu na szalkach Petriego, do mieszanki należy również dodać 15 g agaru.

Ymm

Do przygotowania pożywki YMM potrzeba na każde 1000 ml całkowitej objętości: 10 g glukozy, 1 ml roztworu MgSO ₄ : 7H ₂ O (10 g / l), 1 ml roztworu CaCl ₂ (22 g / l ), 1 ml roztworu K ₂ HPO ₄ (22 g / L), 1 ml roztworu FeCl ₃ w 0,1 M HCl (2 g / L), 0,3% m / v kazaminokwasy (aminokwasy z hydroliza kazeiny) i 11% v / v roztworu glutaminianu sodu.

Warunki inkubacji

Warunki inkubacji szczepów bakteryjnych X. campestris powinny wynosić 27 lub 28 ° C, aw przypadku płynnych pożywek hodowlanych należy utrzymywać ciągłe mieszanie z prędkością 200 obrotów na minutę (rpm).

Produkcja ksantanu

Jeśli produkcja ksantanu jest pożądana w procesie fermentacji, jako źródło węgla należy dostarczyć glukozę, sacharozę lub syrop kukurydziany (od 20 do 40 g / l), wśród innych składników odżywczych dostarczających azot.

Wykrywanie aktywności metabolicznej

Aby wykryć obecność żywotnych X. campestris w tkance roślinnej, niektórzy badacze zalecają raczej pomiar aktywności metabolicznej niż wzrost drobnoustrojów w kulturach laboratoryjnych.

Pomiar aktywności metabolicznej przeprowadzono za pomocą wskaźnika żywotności poprzez system transportu elektronów. Związek ten nazywa się tetrazolium, a jego sole przyjmują elektrony z wodoru, tworząc formazan, substancję nierozpuszczalną w wodzie. Zatem pojawienie się w środku formazanu jest wskaźnikiem aktywności metabolicznej komórki.

Jedna z pożywek hodowlanych X. campestris do wykonania tego testu żywotności zawiera chlorek tetrazoliowy (TTC), chlorek trifenylotetrazoliowy i inne dodatki, takie jak chlorek sodu i cukry. Jest to podłoże zawierające następujące substancje o łącznej objętości 500 ml: 5 g peptonu, 0,5 g hydrolizowanej kazeiny, 2,5 g glukozy i 8,5 g agaru.

Patofizjologia

Bakteria X. campestris jest przyczyną wielu chorób, które atakują liście roślin ozdobnych (np. Anthurium andreanum) i fasoli zwyczajnej (Phaseolus vulgaris L.). Wpływają również na owoce pestkowych, takie jak między innymi migdał, nektarynka, wiśnia, brzoskwinia, morela, śliwka.

Wiadomo, że X. campestris atakuje rośliny Brassicaceae lub rodziny krzyżowe, będąc jednym z 10 fitopatogennych gatunków najbardziej niebezpiecznych dla działalności rolniczej, szczególnie w tropikach.

Na przykład X. campestris powoduje czarną zgniliznę kalafiora (Brassica oleracea), brokułów (B. napus), kapusty pekińskiej (B. pekinensis), rzepy (B. rapa), gorczycy (B nigra), rzodkiewka (Rhaphanus sativus) i kapusta (B. fruticulosa).

Rysunek 3. Liść dotknięty X. campestris. Źródło: David B. Langston, za pośrednictwem Wikimedia Commons

Objawy wywoływane przez X. campestris pojawiają się początkowo na liściach, a następnie mogą pojawić się na owocach i gałęziach. Obejmują one nieregularne i kanciaste żółtawe plamki na liściach (o średnicy od 1 do 5 mm) ograniczone żyłkami, które ostatecznie ulegają martwicy.

Występują również oparzenia liści; plamy na owocach; więdnięcie naczyń i pojawienie się zmian chlorotycznych lub martwiczych w kształcie litery „V”.

Plamy pojawiają się na krawędziach liścia i otaczają jego nerw. Na roślinie może wystąpić utrata liści. Na owocach, które ulegają nekrozie, pojawiają się zielone plamy, które mogą je również pękać. Mogą również wystąpić raki.

Bibliografia

1. Dow, JM, Crossman, L., Findlay, K., He, Y.-Q., Feng, J.-X. & Tang, J.-L. (2003). Rozprzestrzenianie się biofilmu w Xanthomonas campestris jest kontrolowane przez sygnalizację komórkową i jest wymagane do uzyskania pełnej wirulencji roślin. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100 (19), 10995–11000. doi: 10.1073 / pnas.1833360100
2. Hayward, AC, Swings, JG i Civerolo, EL (1993). Xanthomonas. Springer Holandia. pp 407.
3. Papagianni, M., Psomas, S., Batsilas, L., Paras, S., Kyriakidis, D. and Liakopoulou-Kyriakides, M. (2001). Produkcja ksantanu przez Xanthomonas campestris w kulturach okresowych. Process Biochemistry, 37 (1), 73–80. doi: 10.1016 / s0032-9592 (01) 00174-1
4. Rosalam, S. i England, R. (2006). Przegląd produkcji gumy ksantanowej z niemodyfikowanych skrobi przez Xanthomonas campestris Enzyme and Microbial Technology, 39 (2), 197–207. doi: 10.1016 / j.enzmictec.2005.10.019
5. Stewart, P. and Globig, S. (2011). Fitopatologia roślin. Apple Academic Press. pp 334.