XANTHOMONAS CAMPESTRIS: ОПИСАНИЕ, КУЛТИВИРАНЕ И ПАТОЛОГИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Xanthomonas campestris е вид протеобактерии (клас: Gamma Proteobacteria, ред: Xantomonadales, семейство: Xanthomonadaceae) фитопатогенен, който засяга важни култури.

X. campestris представя епифитна фаза на растението, в която не му вреди. Тази фаза е преди заразяването, тя се генерира, когато бактериите се размножават поради благоприятни колебания в околната среда. Инфекцията от този вид причинява различни симптоми в заразеното растение, които в крайна сметка могат да се изродят до смърт.

Фигура 1. Симптоми, причинени от инфекция с X. campestris. Източник: автор Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris е добре известен и за производството на биополимерна ксантанова смола или ксантан, полизахарид, който се екскретира до средата (екзополизахарид) и повишава вискозитета на водните разтвори.

Екзополизахаридният ксантан е първият търговски важен страничен продукт, генериран от процесите на ферментация на царевични нишестета. В момента се произвежда в големи количества и има много приложения поради характеристиките си като сгъстител и емулгатор. Ксантан се използва в хранителната, фармацевтичната, козметичната, селскостопанската и петролната промишленост.

описание

Xanthomonas campestris е грам-отрицателен, облигатен аеробен, факултативен сапрофитен бацил. Тя е подвижна, между 0,2 и 0,6 µm широка и между 0,8 и 2,9 µm. Той може да се прояви като единичен индивид или образуващ нишки, заобиколен от ксантан, екзополизахарида, който произвеждат.

Ксантан благоприятства образуването на биофилми на X. campestris и също така упражнява защитно действие върху установените в тази структура общности, когато настъпят резки промени в температурата, pH, ултравиолетовото лъчение, изразените осмотични промени и / или намаляване на влажността.

Взаимодействие с растението

Този вид има няколко механизма за избягване на защитните реакции на растенията, които заразява. Първата бариера на растението срещу бактериална инфекция са клетъчната стена и повърхностните вещества с антимикробна активност.

X. campestris може да зарази растението чрез листните му устни (пори, при които се осъществява обменът на газ с околната среда), неговите хидатоди (вид стома, през която излишната вода изхвърля) или чрез съществуващи рани.

Растенията обикновено затварят стомасите си, когато са нападнати от микроорганизми. Въпреки това, X. campestris произвежда фактор на вирулентност, който не позволява на стомасите да се затворят, като по този начин благоприятства навлизането на повече бактерии в растението от външната среда.

Когато бактериите са вътре в растението, те предотвратяват транспортирането на вода, като запушват съдовите тъкани. Резултатът е некроза на листата и увяхване на заразените части.

В допълнение, X. campestris произвежда съединение, наречено неутрален цикличен β- (1,2) глюкан, което предотвратява експресията на защитни гени в растението. Тези съединения могат да бъдат свързани с бактериалното периплазмено пространство или могат да се отделят в извънклетъчната среда, благоприятствайки мобилността на бактерията, нейната вирулентност и образуването на биофилми.

Xanthan

Ксантанът, произведен от Xanthomonas, действа като фактор на вирулентност, като потиска имунния отговор на заразеното растение и повишава капацитета за инфекция на бактериите.

Ксантан е полизахарид, съставен от единици от 5 захари, които се повтарят (2 глюкози, 2 манози и 1 глюкуронова киселина) и полимеризират.

Синтезът на ксантан зависи от оперон, наречен клъстерна смола (набор от гени, съставляващи функционална единица), който има 12 гена, които са под контрола на един промотор.

Изолация на

X. campestris pv. campestris може да бъде изолиран от листна тъкан, която има петна във формата на V или от повредена съдова тъкан, или от шията на растението, тоест от увредените участъци на растението.

За да се получат щамове от X. campestris, увредената зона се избира като проба (листни или плодови петна или канари). Ако не се наблюдава нараняване в растението, тъканта, която е най-податлива на увреждане, се взема като проба и те се анализират чрез културална среда и чрез техниката на полимеразна верижна реакция (PCR).

Културни медии

Сред използваните културни медии са следните:

Мляко между

За първоначално изолиране на микроорганизми от проби от растителна тъкан, може да се приложи среда Milk Tween (MT):

10 ml обезмаслено мляко, 0,25 g CaCl ₂, 10 g пептонова протеаза № 3, 15 g Bacto агар, 0,5 g тирозин, 10 ml Tween 80, 80 mg цефалексин (в 2 ml NaOH при 4%), 200 g циклохексимид (в 2 ml 75% метанол), 100 mg ванкомицин (в 1 ml дестилирана вода).

Обезмасленото мляко, цефалексинът, циклохексимидът и ванкомицинът трябва да бъдат филтрирани стерилизирани и добавени към средата при 50 ° С.

King's B

След като се оставят бактериалните колонии да растат в МТ, онези, които са най-сходни с X. campestris (колонии с жълта пигментация при култура от 72 и 120 часа), могат да бъдат прехвърлени в среда на King's B:

20 g пептонова протеаза No.3, 20 g агар агар, 1,5 g K ₂ HPO _4, 1,5 g MgSO ₄ x / H ₂ O, 10 ml глицерол, 700 дестилирана вода.

Средата трябва да се нагрява до 80 ° С при разбъркване, до 1 L с дестилирана вода и хомогенизирана, а рН трябва да се регулира на 7,2. Стерилизирайте при 121 ° С за 15 минути.

Богатата културална среда PYM или YMM също се използва в културата на X. campestris.

Фигура 2. Култура на Xanthomonas в твърда среда. Източник: Jarober3, чрез Wikimedia Commons

Пим

За да приготвите PYM, на всеки 1000 ml от общия обем, трябва да добавите: 10 g глюкоза, 5 g екстракт от пептон, 3 g екстракт от малц и 3 g мая.

Ако искате да отглеждате в твърда среда в чаши на Петри, тогава към сместа трябва да се добавят и 15 г агар.

Ymm

За да се подготви среда YMM, необходимо за всеки 1000 мл общ обем: 10 грама глюкоза, 1 мл MgSO ₄: 7H ₂ O разтвор (10 г / л), 1 мл от СаСЬ ₂ разтвор (22 г / л), 1 мл К ₂ HPO ₄ разтвор (22 г / л), 1 мл от FeCl ₃ разтвор на 0.1 М солна киселина (2 г / л), квазиаминокиселини 0.3% т / о (аминокиселини от хидролиза на казеин) и 11% об / об разтвор на натриев глутамат.

Инкубационни условия

Условията на инкубация на бактериалните щамове на X. campestris трябва да бъдат 27 или 28 ° С, а в случай на течна културна среда, непрекъснатото разбъркване трябва да се поддържа при 200 оборота в минута (rpm).

Производство на Ксантан

Ако се желае производството на ксантан в процес на ферментация, глюкозата, захарозата или царевичният сироп (между 20 и 40 g / L), сред другите хранителни вещества, които осигуряват азот, трябва да бъдат доставени като източник на въглерод.

Откриване на метаболитна активност

За да установят наличието на жизнеспособна X. campestris в растителната тъкан, някои изследователи препоръчват да се измерва метаболитната активност, а не микробният растеж в лабораторната култура.

Измерването на метаболитната активност е извършено, като се използва индикатор за жизнеспособност чрез електронно-транспортната система. Това съединение се нарича тетразолий и неговите соли приемат електрони от водород, генерирайки формазан, вещество, неразтворимо във вода. По този начин, появата в средата на формазан е показател за клетъчната метаболитна активност.

Една от средата за култура X. campestris за извършване на този тест за жизнеспособност съдържа тетразолиев хлорид (ТТС), трифенил тетразолиев хлорид и други добавки като натриев хлорид и захари. Това е среда със следните вещества за общ обем от 500 ml: 5 g пептон, 0,5 g хидролизиран казеин, 2,5 g глюкоза и 8,5 g агар.

патофизиология

Бактерията X. campestris е причинителят на множество заболявания, които засягат листата на декоративни растения (като Anthurium andreanum) и обикновения боб (Phaseolus vulgaris L.). Те засягат и плодовете на костилковите плодове, като бадем, нектарин, череша, праскова, кайсия, слива и други.

Известно е, че X. campestris засяга семейство Brassicaceae или кръстоцветни, като е сред 10-те фитопатогенни видове, най-опасни за селскостопанска дейност, особено в тропиците.

Например, X. campestris причинява заболяване от черно гниене при карфиол (Brassica oleracea), броколи (B. napus), китайско зеле (B. pekinensis), ряпа (B. rapa), горчица (B нигра), репичка (Rhaphanus sativus) и зеле (B. fruticulosa).

Фигура 3. Лист, засегнат от X. campestris. Източник: Дейвид Б. Лангстън, чрез Wikimedia Commons

Симптомите, причинени от X. campestris, се появяват първоначално по листата, а след това могат да се появят на плодове и клони. Те включват неправилни и ъглови жълтеникави петна по листата (с диаметър от 1 до 5 мм), ограничени от вените, които в крайна сметка са некротизирани.

Появяват се и листни изгаряния; петна по плодовете; съдова увях и появата на хлоротични или некротични лезии под формата на "V".

Петната се появяват по ръбовете на листата и заобикалят средната му част. На растението може да настъпи загуба на листа. По плодовете се появяват зелени петна, които стават некротични и могат също да ги напукат. Може да се появят и цинкъри.

Препратки

1. Dow, JM, Crossman, L., Findlay, K., He, Y.-Q., Feng, J.-X., & Tang, J.-L. (2003). Разпръскването на биофилми в Xanthomonas campestris се контролира от клетъчно-клетъчна сигнализация и е необходимо за пълна вирулентност към растенията. Трудове на Националната академия на науките, 100 (19), 10995–11000. doi: 10.1073 / pnas.1833360100
2. Hayward, AC, Swings, JG и Civerolo, EL (1993). Xanthomonas. Springer Холандия. стр. 407.
3. Papagianni, M., Psomas, S., Batsilas, L., Paras, S., Kyriakidis, D. and Liakopoulou-Kyriakides, M. (2001). Производство на ксантан от Xanthomonas campestris в партидни култури. Процесна биохимия, 37 (1), 73-80. doi: 10.1016 / s0032-9592 (01) 00174-1
4. Rosalam, S., & England, R. (2006). Преглед на производството на ксантанова гума от немодифицирани нишестета от 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). Фитопатология в растенията. Apple Academic Press. стр. 334.