XANTHOMONAS CAMPESTRIS: BESKRIVELSE, DYRKING OG PATOLOGIER - BIOLOGI - 2026

Xanthomonas campestris er en art av proteobakterier (klasse: Gamma Proteobacteria, rekkefølge: Xantomonadales, familie: Xanthomonadaceae) fytopatogen som påvirker viktige avlinger.

X. campestris presenterer en epifytisk fase på planten der den ikke skader den. Denne fasen er før infeksjon, den genereres når bakteriene sprer seg på grunn av gunstige miljøvariasjoner. Infeksjon av denne arten forårsaker en rekke symptomer i den infiserte planten som til slutt kan utarte til døden.

Figur 1. Symptomer forårsaket av infeksjon med X. campestris. Kilde: forfatter Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris er også kjent for å produsere biopolymeren xantangummi eller xantan, et polysakkarid som skilles ut til mediet (eksopolysakkarid) og øker viskositeten til vandige oppløsninger.

Eksopolysakkaridet xanthan var det første kommersielt viktige biproduktet generert av gjæringsprosessene til maisstivelse. Den produseres for tiden i store mengder og har mange bruksområder på grunn av dens egenskaper som fortykningsmiddel og emulgator. Xanthan brukes blant annet i mat-, farmasøytisk, kosmetisk, landbruks- og oljeindustrien.

Beskrivelse

Xanthomonas campestris er en gram-negativ, obligatorisk aerob, fakultativ saprophyte bacillus. Den er mobil, mellom 0,2 og 0,6 um bred, og mellom 0,8 og 2,9 um lang. Det kan fremstå som et enslig individ eller danne filamenter, omgitt av xantan, eksopolysakkaridet de produserer.

Xanthan favoriserer dannelsen av X. campestris-biofilmer og utøver også en beskyttende handling på lokalsamfunnene som er etablert i denne strukturen, når plutselige endringer i temperatur, pH, ultrafiolett stråling, markerte osmotiske variasjoner og / eller fuktighetsreduksjon forekommer.

Samhandling med anlegget

Denne arten har flere mekanismer for å unngå forsvarsresponsene fra plantene den smitter. Den første barrieren for planten mot en bakteriell infeksjon er celleveggen og overflatestoffer med antimikrobiell aktivitet.

X. campestris kan infisere planten gjennom dens bladstomata (porene der gassutveksling med miljøet forekommer), dens hydatoder (en type stomi der overflødig vann utstråler), eller gjennom eksisterende sår.

Planter lukker vanligvis stomiene sine når de angripes av mikroorganismer. Imidlertid produserer X. campestris en virulensfaktor som forhindrer stomaten i å stenge, og dermed favoriserer inntreden av flere bakterier i planten fra det ytre miljø.

Når bakteriene er inne i planten, forhindrer de transport av vann, ved å hindre det vaskulære vevet. Resultatet er nekrose av bladene og visnende av de infiserte delene.

I tillegg produserer X. campestris en forbindelse som kalles nøytral syklisk β- (1,2) glukan som forhindrer uttrykk for forsvarsgener i planten. Disse forbindelsene kan være assosiert med det bakterielle periplasmatiske rommet, eller de kan skilles ut til det ekstracellulære miljøet, noe som favoriserer mobiliteten til bakteriene, dens virulens og dannelsen av biofilmer.

xanthan

Xanthan produsert av Xanthomonas fungerer som en virulensfaktor, undertrykker immunresponsen til den infiserte planten og øker bakterienes infektivitet.

Xanthan er et polysakkarid som består av enheter på 5 sukkerarter som gjentas (2 glukoser, 2 mannoser og 1 glukuronsyre) og polymeriseres.

Syntese av xanthan avhenger av et operon kalt klyngummi (et sett med gener som utgjør en funksjonell enhet), som har 12 gener som er under kontroll av en enkelt promoter-region.

Isolering av

X. campestris pv. campestris kan isoleres fra bladvev som har "V" -formede flekker eller fra skadet karvev, eller plantens hals, det vil si fra de skadede områdene av planten.

For å få stammer av X. campestris, blir det skadde området valgt som en prøve (blad- eller fruktflekker eller cankers). Hvis det ikke observeres noen skade i planten, blir vevet som er mest utsatt for å bli skadet, tatt som en prøve, og de blir analysert ved dyrkningsmedier og ved hjelp av PCR-teknikk (Polymerase Chain Reaction).

Kulturmedier

Blant kulturmediene som brukes er følgende:

Melk mellom

For en første isolering av mikroorganismer fra prøver av plantevev, kan Milk Tween (MT) medium påføres:

10 ml skummet melk, 0,25 g CaCl ₂ , 10 g pepton protease No. 3, 15 g Bacto-agar, 0,5 g tyrosin, 10 ml Tween 80, 80 mg av cefalexin (i 2 ml NaOH 4%), 200 g cykloheksimid (i 2 ml 75% metanol), 100 mg vankomycin (i 1 ml destillert vann).

Skummetmelk, cephalexin, cycloheximide og vancomycin-løsninger må filtreressteriliseres og tilsettes mediet ved 50 ° C.

King's B

Etter å ha tillatt bakteriekoloniene å vokse i MT, kan de som ligner mest på X. campestris (gule pigmenteringskolonier ved 72 og 120 timers kultur) overføres til King's B-medium:

20 g pepton protease 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 destillert vann.

Mediet skal varmes opp til 80 ° C under omrøring, tilsettes til 1 1 med destillert vann og homogeniseres, og pH-verdien bør justeres til 7,2. Steriliser ved 121 ° C i 15 minutter.

Det rike kulturmediet PYM eller YMM har også blitt brukt i kulturen til X. campestris.

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

PYM

For å tilberede PYM, for hver 1000 ml totalvolum, må du tilsette: 10 g glukose, 5 g peptonekstrakt, 3 g maltekstrakt og 3 g gjær.

Hvis du vil vokse i fast medium i petriskåler, bør du også legge 15 g agar til blandingen.

Y mm

For å fremstille den YMM medium, må man for hver 1000 ml totalt volum: 10 g glukose, 1 ml MgSO ₄ : 7H ₂ O -løsning (10 g / l), 1 ml av en CaCl _2- oppløsning (22 g / l ), 1 ml av en K- ₂ HPO ₄ -løsning (22 g / l), 1 ml av en FeCl _3- løsning i 0,1 m HCl (2 g / l), 0,3% m / v kasaminosyrer (aminosyrer fra hydrolyse av kasein) og 11% volum / volum natriumglutamatoppløsning.

Inkubasjonsbetingelser

Inkubasjonsbetingelsene for bakteriestammene til X. campestris bør være 27 eller 28 ° C, og for flytende kulturmedier, bør kontinuerlig omrøring holdes ved 200 omdreininger per minutt (rpm).

Xanthan produksjon

Hvis det er ønsket å produsere xanthan i en fermenteringsprosess, må glukose, sukrose eller mais sirup (mellom 20 og 40 g / L), blant andre næringsstoffer som gir nitrogen, tilføres som en karbonkilde.

Påvisning av metabolsk aktivitet

For å oppdage tilstedeværelsen av levedyktige X. campestris i plantevev, anbefaler noen forskere å måle metabolsk aktivitet, snarere enn mikrobiell vekst i laboratoriekultur.

Måling av metabolsk aktivitet har blitt utført ved hjelp av en levedyktighetsindikator gjennom elektrontransportsystemet. Denne forbindelsen kalles tetrazolium og dens salter tar imot elektroner fra hydrogen, og genererer formazan, et stoff uoppløselig i vann. Dermed er utseendet i midten av formazan en indikator på cellulær metabolsk aktivitet.

Et av X. campestris-kulturmediene for å utføre denne levedyktighetstesten inneholder tetrazoliumklorid (TTC), trifenyltetrazoliumklorid og andre tilsetningsstoffer som natriumklorid og sukker. Det er et medium med følgende stoffer for et totalvolum på 500 ml: 5 g pepton, 0,5 g hydrolysert kasein, 2,5 g glukose og 8,5 g agar.

patofysiologi

Bakterien X. campestris er årsaksmidlet til mange sykdommer som påvirker bladene på prydplanter (for eksempel Anthurium andreanum) og vanlige bønner (Phaseolus vulgaris L.). De påvirker også fruktene av steinfrukt, som blant annet mandel, nektarin, kirsebær, fersken, aprikos, plomme.

X. campestris er kjent for å påvirke Brassicaceae eller cruciferous-familien, og er blant de 10 fytopatogene artene som er farligst for landbruksaktiviteter, spesielt i tropene.

For eksempel forårsaker X. campestris svartråttsykdom hos blomkål (Brassica oleracea), brokkoli (B. napus), kinakål (B. pekinensis), kålrot (B. rapa), sennep (B nigra), reddik (Rhaphanus sativus) og kål (B. fruticulosa).

Figur 3. Blad påvirket av X. campestris. Kilde: David B. Langston, via Wikimedia Commons

Symptomene produsert av X. campestris vises først på blader og kan da vises på frukt og grener. De involverer uregelmessige og kantete gulaktige bladflekker (1 til 5 mm i diameter) begrenset av venene som til slutt blir nekrotisert.

Bladforbrenninger forekommer også; flekker på fruktene; vaskulær visnelse og utseendet til klorotiske eller nekrotiske lesjoner i form av en "V".

Flekkene vises på bladkanter og rundt midriben. Bladetap kan forekomme på planten. Grønne flekker vises på fruktene som blir nekrotiske, og kan også sprekke dem. Kankere kan også forekomme.

referanser

1. Dow, JM, Crossman, L., Findlay, K., He, Y.-Q., Feng, J.-X., & Tang, J.-L. (2003). Biofilm spredning i Xanthomonas campestris kontrolleres ved celle-signalering og er nødvendig for full virulens til planter. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100 (19), 10995–11000. doi: 10.1073 / pnas.1833360100
2. Hayward, AC, Swings, JG og Civerolo, EL (1993). Xanthomonas. Springer Nederland. s. 407.
3. Papagianni, M., Psomas, S., Batsilas, L., Paras, S., Kyriakidis, D. og Liakopoulou-Kyriakides, M. (2001). Xanthan-produksjon av Xanthomonas campestris i batch-kulturer. Prosessbiokjemi, 37 (1), 73-80. doi: 10.1016 / s0032-9592 (01) 00174-1
4. Rosalam, S., & England, R. (2006). Gjennomgang av xantangummiproduksjon fra umodifiserte stivelser av Xanthomonas campestris Enzyme and Microbial Technology, 39 (2), 197–207. doi: 10.1016 / j.enzmictec.2005.10.019
5. Stewart, P. og Globig, S. (2011). Fytopatologi i planter. Apple Academic Press. s. 334.