XANTHOMONAS CAMPESTRIS: OPIS, GOJENJE IN PATOLOGIJE - BIOLOGIJA - 2026

Xanthomonas campestris je vrsta proteobakterij (razred: Gamma Proteobacteria, vrstni red: Xantomonadales, družina: Xanthomonadaceae) fitopatogena, ki prizadene pomembne pridelke.

X. campestris predstavlja epifitsko fazo na rastlini, pri kateri ji ne škoduje. Ta faza je pred okužbo, nastane, ko se bakterije razmnožijo zaradi ugodnih sprememb v okolju. Okužba s to vrsto povzroči različne simptome pri okuženi rastlini, ki se lahko sčasoma izrodijo v smrt.

Slika 1. Simptomi, ki jih povzroča okužba z X. campestris. Vir: avtor Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris je dobro znan tudi po proizvodnji biopolimernega ksantanovega gumija ali ksantana, polisaharida, ki se izloči v medij (eksopolisaharid) in poveča viskoznost vodnih raztopin.

Eksopolisaharidni ksantan je bil prvi komercialno pomemben stranski proizvod, ki je nastal s fermentacijskim postopkom koruznega škroba. Trenutno se proizvaja v velikih količinah in ima zaradi uporabe lastnosti zgoščevalca in emulgatorja veliko aplikacij. Zdravilo Xanthan se med drugim uporablja v prehrambeni, farmacevtski, kozmetični, kmetijski in naftni industriji.

Opis

Xanthomonas campestris je gram-negativni, obligacijski aerobni, fakultativni saprofitni bacili. Mobilna je, široka med 0,2 in 0,6 µm ter dolga med 0,8 in 2,9 µm. Lahko se pojavi kot samoten posameznik ali tvori nitke, obkrožene s ksantanom, eksopolisaharidom, ki ga proizvajajo.

Xanthan podpira oblikovanje biofilmov X. campestris in tudi zaščitno deluje na skupnosti, ustanovljene v tej strukturi, ko pride do nenadnih sprememb temperature, pH, ultravijoličnega sevanja, izrazitih osmotskih sprememb in / ali zmanjšanja vlage.

Interakcija z rastlino

Ta vrsta ima več mehanizmov za izogibanje obrambnim odzivom rastlin, ki jih okuži. Prva ovira rastline pred bakterijsko okužbo so celična stena in površinske snovi z antimikrobnim delovanjem.

X. campestris lahko okuži rastlino skozi svoje listne želodce (pore, pri katerih pride do izmenjave plinov z okoljem), njene hidatode (vrsta stome, skozi katere odteče odvečna voda) ali skozi obstoječe rane.

Rastline na splošno zaprejo svoje želodce, ko jih napadejo mikroorganizmi. Vendar X. campestris proizvaja faktor virulencije, ki preprečuje, da bi se stomati zaprli, kar daje prednost vnosu več bakterij v rastlino iz zunanjega okolja.

Ko so bakterije znotraj rastline, preprečujejo prevoz vode z oviranjem žilnih tkiv. Rezultat je nekroza listov in venenje okuženih delov.

Poleg tega X. campestris proizvaja spojino, imenovano nevtralni ciklični β- (1,2) glukan, ki preprečuje izražanje obrambnih genov v rastlini. Te spojine so lahko povezane z bakterijskim periplazmatskim prostorom ali se izločijo v zunajtelesno okolje, kar daje prednost mobilnosti bakterije, njeni virulenci in tvorbi biofilmov.

Xanthan

Ksantan, ki ga proizvaja Xanthomonas, deluje kot virulenčni dejavnik, zavira imunski odziv okužene rastline in poveča sposobnost okužbe z bakterijami.

Ksantan je polisaharid, sestavljen iz enot 5 sladkorjev, ki se ponavljajo (2 glukoze, 2 manoze in 1 glukuronska kislina) in polimerizirajo.

Sinteza ksantana je odvisna od operona, imenovanega grozdni gumi (nabor genov, ki sestavljajo funkcionalno enoto), ki ima 12 genov, ki so pod nadzorom ene same promocijske regije.

Izolacija

X. campestris pv. campestris lahko izoliramo iz listnega tkiva, ki ima lise v obliki črke V, ali iz poškodovanega vaskularnega tkiva ali rastlinskega vratu, torej s poškodovanih območij rastline.

Za pridobitev sevov X. campestris je poškodovano območje izbrano kot vzorec (listne ali sadne lise ali trnki). Če v rastlini ni opaziti poškodb, se za vzorec vzame tkivo, ki je najbolj dovzetno za poškodbe, in jih analizirajo s kulturami in s tehnologijo verižne reakcije s polimerazo (PCR).

Kulturni mediji

Med kulturnimi mediji so naslednji:

Mlečna vrvica

Za začetno izolacijo mikroorganizmov iz vzorcev rastlinskega tkiva lahko uporabimo medij Milk Tween (MT):

10 ml posnetega mleka, 0,25 g CaCl ₂ , 10 g peptonske proteaze št. 3, 15 g agenta Bacto, 0,5 g tirozina, 10 ml Tween 80, 80 mg cefaleksina (v 2 ml NaOH pri 4%), 200 g cikloheksimida (v 2 ml 75% metanola), 100 mg vankomicina (v 1 ml destilirane vode).

Raztopino za posneto mleko, cefaleksin, cikloheksimid in vankomicin je treba filtrirati in sterilizirati na 50 ° C.

Kraljevi B

Ko omogočimo rast bakterijskih kolonij v MT, lahko tiste, ki so najbolj podobne X. campestris (rumene pigmentacijske kolonije pri 72 in 120 urah kulture), prenesemo v King's B medij:

20 g pepton proteaze No.3, 20 g agar agar, 1,5 g K ₂ HPO _4, 1,5 g MgSO ₄ x / H ₂ O 10 ml glicerola, 700 destilirane vode.

Medij je treba ob mešanju segreti do 80 ° C, do destilacije do 1 L z destilirano vodo in homogenizirati, pH pa prilagoditi na 7,2. Sterilizirajte 15 minut pri 121 ° C.

V kulturi X. campestris se je uporabljal tudi bogat kulturni medij PYM ali YMM.

Slika 2. Kultura Xanthomonas v trdnem mediju. Vir: Jarober3, prek Wikimedia Commons

PYM

Če želite pripraviti PYM, morate na vsakih 1000 ml skupne prostornine dodati: 10 g glukoze, 5 g ekstrakta peptona, 3 g ekstrakta slada in 3 g kvasa.

Če želite v petrijevih posodah gojiti v trdnem mediju, potem je treba mešanici dodati tudi 15 g agarja.

Ymm

Za pripravo medija YMM potrebujete za vsakih 1000 ml celotne prostornine: 10 g glukoze, 1 ml raztopine MgSO ₄ : 7H ₂ O (10 g / L), 1 ml raztopine CaCl ₂ (22 g / l ), 1 ml K ₂ HPO ₄ raztopine (22 g / l), 1 ml FeCl ₃ raztopine v 0,1 m HCl (2 g / L), 0,3% m / v casamino kislin (amino kisline iz hidroliza kazeina) in 11% v / v raztopine natrijevega glutamata.

Pogoji inkubacije

Pogoji inkubacije bakterijskih sevov X. campestris naj bodo 27 ali 28 ° C, v primeru tekočih kulturnih medijev pa je treba stalno mešati pri 200 vrtljajih na minuto (vrt / min).

Proizvodnja ksantana

Če je zaželeno ustvariti ksantan v procesu fermentacije, je treba kot vir ogljika med drugimi hranilnimi snovmi, ki zagotavljajo dušik, glukozo, saharozo ali koruzni sirup (med 20 in 40 g / L) zagotoviti kot vir ogljika.

Zaznavanje presnovne aktivnosti

Nekateri raziskovalci priporočajo merjenje presnovne aktivnosti in ne rast mikrobov v laboratorijski kulturi, da odkrijejo prisotnost X. campestris v rastlinskem tkivu.

Merjenje metabolične aktivnosti je bilo izvedeno s pomočjo kazalnika preživetja prek sistema za prenos elektronov. Ta spojina se imenuje tetrazolij in njene soli sprejemajo elektrone iz vodika, tvorijo formazan, snov, netopna v vodi. Tako je videz sredi formazana pokazatelj celične presnovne aktivnosti.

Eno od nosilcev kulture X. campestris za izvajanje tega preskusa preživetja vsebuje tetrazolijev klorid (TTC), trifenil tetrazolijev klorid in druge dodatke, kot so natrijev klorid in sladkorji. Je gojišče z naslednjimi snovmi v skupni prostornini 500 ml: 5 g peptona, 0,5 g hidroliziranega kazeina, 2,5 g glukoze in 8,5 g agarja.

Patofiziologija

Bakterija X. campestris je povzročitelj številnih bolezni, ki prizadenejo liste okrasnih rastlin (na primer Anthurium andreanum) in navadnega fižola (Phaseolus vulgaris L.). Med drugim vplivajo tudi na plodove kostnega sadja, kot so mandelj, nektarina, češnja, breskev, marelica, sliva.

Za X. campestris je znano, da vpliva na družino Brassicaceae ali križnice, saj je ena izmed 10 fitopatogenih vrst, ki so najbolj nevarne za kmetijsko dejavnost, zlasti v tropih.

Na primer, X. campestris povzroča bolezen črne gnilobe pri cvetači (Brassica oleracea), brokoliju (B. napus), kitajskemu zelju (B. pekinensis), repi (B. rapa), gorčici (B nigra), redkev (Rhaphanus sativus) in zelje (B. fruticulosa).

Slika 3. List, na katerega vpliva X. campestris. Vir: David B. Langston, prek Wikimedia Commons

Simptomi, ki jih povzroča X. campestris, se najprej pojavijo na listih, nato pa se lahko pojavijo na plodovih in vejah. Vključujejo nepravilne in kotne rumenkaste listne lise (premera 1 do 5 mm), omejene z žilami, ki se sčasoma nekrotizirajo.

Pojavijo se tudi foliarne opekline; lise na plodovih; vaskularno vedenje in pojav klorotičnih ali nekrotičnih lezij v obliki "V".

Liste se pojavijo na robovih listov in obdajajo njegov srednji del. Na rastlini se lahko pojavi izguba listov. Na plodovih se pojavijo zelene lise, ki postanejo nekrotične in jih lahko tudi razpokajo. Lahko se pojavijo tudi cankerji.

Reference

1. Dow, JM, Crossman, L., Findlay, K., He, Y.-Q., Feng, J.-X., & Tang, J.-L. (2003). Razprševanje biofilma v Xanthomonas campestris je pod nadzorom celično-celične signalizacije in je potrebno za polno virulenco do rastlin. Zbornik Nacionalne akademije znanosti, 100 (19), 10995–11000. doi: 10.1073 / pnas.1833360100
2. Hayward, AC, Swings, JG in Civerolo, EL (1993). Xanthomonas. Springer Nizozemska. pp 407.
3. Papagianni, M., Psomas, S., Batsilas, L., Paras, S., Kyriakidis, D. in Liakopoulou-Kyriakides, M. (2001). Proizvodnja ksantana, ki jo proizvaja Xanthomonas campestris v šaržnih kulturah. Procesna biokemija, 37 (1), 73–80. doi: 10.1016 / s0032-9592 (01) 00174-1
4. Rosalam, S., & England, R. (2006). Pregled proizvodnje ksantanskih gumi iz nemodificiranih škrobov Xanthomonas campestris Enzyme in Microbial Technology, 39 (2), 197–207. doi: 10.1016 / j.enzmictec.2005.10.019
5. Stewart, P. in Globig, S. (2011). Fitopatologija v rastlinah. Apple Academic Press. str. 334.