XANTHOMONAS CAMPESTRIS: DESCRIERE, CULTIVARE ȘI PATOLOGII - BIOLOGIE - 2025

Xanthomonas campestris este o specie de proteobacterii (clasa: Gamma Proteobacteria, ordinea: Xantomonadales, familie: Xanthomonadaceae) fitopatogen care afectează culturile importante.

X. campestris prezintă o plantă epifitică asupra plantei în care nu o dăunează. Această fază este anterioară infecției, ea este generată când bacteriile proliferează din cauza variațiilor favorabile de mediu. Infecția cauzată de această specie provoacă o varietate de simptome în planta infectată, care poate degenera în cele din urmă în moarte.

Figura 1. Simptome cauzate de infecția cu X. campestris. Sursa: autor Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris este, de asemenea, binecunoscut pentru producerea gumei de xantan biopolimer sau xantan, un polizaharid care se excretă în mediu (exopolizaharid) și crește vâscozitatea soluțiilor apoase.

Xantanul exopolizaharidic a fost primul produs secundar important comercial generat de procesele de fermentare a amidonului de porumb. În prezent este produs în cantități mari și are multe aplicații datorită caracteristicilor sale ca îngroșător și emulsionant. Xanthan este utilizat în industria alimentară, farmaceutică, cosmetică, agricolă și petrolieră, printre altele.

Descriere

Xanthomonas campestris este un bacil de tip saprofit aerobic, gram-negativ, obligatoriu. Este mobil, între 0,2 și 0,6 um lat și între 0,8 și 2,9 um lungime. Poate apărea ca un individ solitar sau formând filamente, înconjurat de xantan, exopolizaharida pe care o produc.

Xanthan favorizează formarea biofilmelor X. campestris și, de asemenea, exercită o acțiune de protecție asupra comunităților stabilite în această structură, când apar schimbări bruște de temperatură, pH, radiații ultraviolete, variații osmotice marcate și / sau scăderea umidității.

Interacțiunea cu planta

Această specie are mai multe mecanisme pentru a sustrage răspunsurile de apărare ale plantelor pe care le infectează. Prima barieră a plantei împotriva unei infecții bacteriene este peretele celular și substanțele de suprafață cu activitate antimicrobiană.

X. campestris poate infecta planta prin stomatele sale foliare (porii în care se produce schimbul de gaze cu mediul), hidatodele sale (un tip de stomă unde se produce excesul de apă) sau prin răni existente.

Plantele în general își închid stomatele atunci când sunt atacate de microorganisme. Cu toate acestea, X. campestris produce un factor de virulență care împiedică stomata să se închidă, favorizând astfel intrarea mai multor bacterii în plantă din mediul extern.

Când bacteriile se află în interiorul plantei, acestea împiedică transportul apei, prin obstrucționarea țesuturilor vasculare. Rezultatul este necroza frunzelor și ofilirea părților infectate.

În plus, X. campestris produce un compus numit β- (1,2) glucan ciclic care împiedică exprimarea genelor de apărare din plantă. Acești compuși pot fi asociați cu spațiul periplasmic bacterian sau pot fi excretați în mediul extracelular, favorizând mobilitatea bacteriilor, virulența acesteia și formarea de biofilme.

xanthan

Xantanul produs de Xanthomonas acționează ca un factor de virulență, suprimând răspunsul imun al plantei infectate și cresc capacitatea de infecție a bacteriilor.

Xanthan este un polizaharid format din unități de 5 zaharuri care se repetă (2 glucoze, 2 mannoze și 1 acid glucuronic) și polimerizează.

Sinteza xantanului depinde de un operon numit gumă de cluster (un set de gene care alcătuiesc o unitate funcțională), care are 12 gene care sunt sub controlul unei singure regiuni promotoare.

Izolarea

X. campestris pv. campestris poate fi izolat de țesutul frunzei care are pete în formă de „V” sau de țesutul vascular deteriorat, sau de gâtul plantei, adică din zonele rănite ale plantei.

Pentru a obține tulpini de X. campestris, zona vătămată este selectată ca probă (pete de frunze sau fructe sau copaci). Dacă nu se observă nicio vătămare la plantă, țesutul cel mai susceptibil de a fi deteriorat este luat ca probă și sunt analizate prin medii de cultură și prin tehnica reacției în lanț a polimerazei (PCR).

Media de cultură

Printre mediile de cultură utilizate sunt următoarele:

Lapte între

Pentru o izolare inițială a microorganismelor din eșantioane de țesut vegetal, se poate aplica un mediu de lapte Tween (MT):

10 ml de lapte degresat, 0,25 g de CaCl ₂ , 10 g de peptonă protează No. 3, 15 g Bacto agar, 0,5 g de tirozină, 10 ml de Tween 80, 80 mg cefalexin (în 2 ml de NaOH la 4%), 200 g cicloheximidă (în 2 ml de 75% metanol), 100 mg vancomicină (în 1 ml de apă distilată).

Soluțiile de lapte degresat, ceflexină, cicloheximidă și vancomicină trebuie sterilizate prin filtrare și adăugate la mediu la 50 ° C.

Regele B

După ce au permis creșterea coloniilor bacteriene în MT, cele mai similare cu X. campestris (coloniile de pigmentare galbene la 72 și 120 de ore de cultură) pot fi transferate pe mediul B al regelui B:

20 g de peptonă No.3 proteazei, 20 g de agar agar, K ₂ HPO ₄ 1,5 g, MgSO ₄ x / H ₂ O 1,5g, 10 ml de glicerol, 700 de apă distilată.

Mediul trebuie încălzit la 80 ° C cu agitare, obținut până la 1 L cu apă distilată și omogenizat, iar pH-ul trebuie ajustat la 7,2. Sterilizați la 121 ° C timp de 15 minute.

Mediul de cultură bogat PYM sau YMM a fost, de asemenea, utilizat în cultura X. campestris.

Figura 2. Cultura de Xanthomonas în mediu solid. Sursa: Jarober3, prin Wikimedia Commons

PYM

Pentru a prepara PYM, pentru fiecare 1000 ml volum total, trebuie să adăugați: 10 g glucoză, 5 g extract de peptonă, 3 g extract de malț și 3 g drojdie.

Dacă doriți să crească în mediu solid în vasele Petri, atunci la amestec trebuie adăugate și 15 g de agar.

YMM

Pentru a pregăti mediul YMM, aveți nevoie pentru fiecare 1000 ml de volum total: 10 g de glucoză, 1 ml MgSO ₄ : 7H ₂ O soluție (10 g / l), 1 ml dintr - o CaCl ₂ soluție (22 g / l ), 1 ml de K ₂ HPO ₄ soluție (22 g / l), 1 ml de FeCh ₃ soluție în 0,1 m HCI (2 g / l), 0,3% m / v (casaminoacizi aminoacizi din hidroliza cazeinei) și 11% v / v de soluție de glutamat de sodiu.

Condiții de incubare

Condițiile de incubare ale tulpinilor bacteriene ale X. campestris ar trebui să fie de 27 sau 28 ° C, iar în cazul mediilor de cultură lichidă, agitarea continuă trebuie menținută la 200 de rotații pe minut (rpm).

Producția de Xantan

Dacă se dorește producerea de xantan într-un proces de fermentare, glucoza, zaharoza sau siropul de porumb (între 20 și 40 g / L), printre alți nutrienți care furnizează azot, trebuie furnizate ca sursă de carbon.

Detectarea activității metabolice

Pentru a detecta prezența X. campestris viabilă în țesutul plantelor, unii cercetători recomandă măsurarea activității metabolice, mai degrabă decât creșterea microbiană în cultura de laborator.

Măsurarea activității metabolice a fost efectuată folosind un indicator de viabilitate prin intermediul sistemului de transport de electroni. Acest compus se numește tetrazolium și sărurile sale acceptă electroni din hidrogen, generând formazan, o substanță insolubilă în apă. Astfel, apariția în mijlocul formazanului este un indicator al activității metabolice celulare.

Unul dintre mediile de cultură X. campestris pentru efectuarea acestui test de viabilitate conține clorură de tetrazoliu (TTC), clorură de tetenil tetrazolium și alți aditivi precum clorura de sodiu și zaharurile. Este un mediu cu următoarele substanțe pentru un volum total de 500 ml: 5 g peptonă, 0,5 g cazeină hidrolizată, 2,5 g glucoză și 8,5 g agar.

Fiziopatologie

Bacteria X. campestris este agentul cauzal al numeroase boli care afectează frunzele plantelor ornamentale (cum ar fi Anthurium andreanum) și fasolea comună (Phaseolus vulgaris L.). Acestea afectează, de asemenea, fructele din fructe de piatră, cum ar fi migdala, nectarina, cireșul, piersicul, caisul, pruna, printre altele.

X. campestris este cunoscut că afectează familia Brassicaceae sau familia crucifere, fiind printre cele 10 specii fitopatogene cele mai periculoase pentru activitatea agricolă, în special la tropice.

De exemplu, X. campestris determină boala putregaiului negru în conopidă (Brassica oleracea), broccoli (B. napus), varză chineză (B. pekinensis), napi (B. rapa), muștar (B nigra), ridiche (Rhaphanus sativus) și varză (B. fruticulosa).

Figura 3. Frunza afectată de X. campestris. Sursa: David B. Langston, prin Wikimedia Commons

Simptomele produse de X. campestris apar inițial pe frunze și apoi pot apărea pe fructe și ramuri. Ele implică pete de frunze neregulate și unghiulare (1 - 5 mm în diametru) limitate de vene care sunt eventual necrotizate.

De asemenea, apar arsuri foliare; pete pe fructe; ofilirea vasculară și apariția leziunilor clorotice sau necrotice sub forma unui "V".

Petele apar pe marginile frunzelor și înconjoară midribul acesteia. Pe plantă poate apărea pierderea frunzelor. Pe fructele care devin necrotice apar pete verzi și, de asemenea, le pot crăpa. Cankerele pot apărea și ele.

Referințe

1. Dow, JM, Crossman, L., Findlay, K., He, Y.-Q., Feng, J.-X., & Tang, J.-L. (2003). Dispersarea biofilmului în Xanthomonas campestris este controlată prin semnalizarea celulelor celulare și este necesară pentru virulența deplină a plantelor. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100 (19), 10995–11000. doi: 10.1073 / pnas.1833360100
2. Hayward, AC, Swings, JG și Civerolo, EL (1993). Xanthomonas. Springer Olanda. pp. 407.
3. Papagianni, M., Psomas, S., Batsilas, L., Paras, S., Kyriakidis, D. și Liakopoulou-Kyriakides, M. (2001). Producția de Xanthan de către Xanthomonas campestris în culturile de lot. Procesul Biochimie, 37 (1), 73-80. doi: 10.1016 / s0032-9592 (01) 00174-1
4. Rosalam, S., & England, R. (2006). Revizuirea producției de gumă de xantan din amidonuri nemodificate de Xanthomonas campestris Enzyme and Microbial Technology, 39 (2), 197–207. doi: 10.1016 / j.enzmictec.2005.10.019
5. Stewart, P. și Globig, S. (2011). Fitopatologie la plante. Apple Academic Press. pp. 334.