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

Xanthomonas campestris - это вид фитопатогенных протеобактерий (класс: Gamma Proteobacteria, отряд Xantomonadales, семейство Xanthomonadaceae), поражающий важные сельскохозяйственные культуры.

X. campestris представляет собой эпифитную фазу растения, в которой он не вредит ему. Эта фаза предшествует инфекции, она возникает, когда бактерии размножаются из-за благоприятных изменений окружающей среды. Заражение этим видом вызывает у зараженного растения множество симптомов, которые в конечном итоге могут перерасти в смерть.

Рисунок 1. Симптомы, вызванные заражением X. campestris. Источник: автор Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris также хорошо известен тем, что производит биополимер ксантановой камеди или ксантана, полисахарида, который выделяется в среду (экзополисахарид) и увеличивает вязкость водных растворов.

Экзополисахарид ксантан был первым коммерчески важным побочным продуктом, образующимся в процессах ферментации кукурузных крахмалов. В настоящее время он производится в больших количествах и имеет множество применений благодаря своим характеристикам в качестве загустителя и эмульгатора. Ксантан используется, в частности, в пищевой, фармацевтической, косметической, сельскохозяйственной и нефтяной промышленности.

Описание

Xanthomonas campestris - это грамотрицательная облигатная аэробная факультативная сапрофитная палочка. Он подвижен, имеет ширину от 0,2 до 0,6 мкм и длину от 0,8 до 2,9 мкм. Он может появляться в виде отдельных особей или образовывать нити, окруженные ксантаном, экзополисахаридом, который они производят.

Ксантан способствует образованию биопленок X. campestris, а также оказывает защитное действие на сообщества, сформировавшиеся в этой структуре, когда происходят внезапные изменения температуры, pH, ультрафиолетового излучения, заметные колебания осмотического давления и / или снижение влажности.

Взаимодействие с растением

У этого вида есть несколько механизмов, позволяющих уклоняться от защитных реакций поражаемых им растений. Первым барьером растения против бактериальной инфекции являются вещества клеточной стенки и поверхности, обладающие антимикробной активностью.

X. campestris может инфицировать растение через устьица листвы (поры, через которые происходит обмен газа с окружающей средой), его гидатоды (тип устьиц, через которые выделяется избыточная вода) или через существующие раны.

Обычно при атаке микроорганизмов устьица закрываются. Однако X. campestris продуцирует фактор вирулентности, который предотвращает закрытие устьиц, что способствует проникновению большего количества бактерий в растение из внешней среды.

Когда бактерии находятся внутри растения, они препятствуют переносу воды, блокируя сосудистые ткани. В результате происходит некроз листьев и увядание пораженных частей.

Кроме того, X. campestris продуцирует соединение, называемое нейтральным циклическим β- (1,2) глюканом, которое предотвращает экспрессию защитных генов в растении. Эти соединения могут быть связаны с бактериальным периплазматическим пространством или могут выделяться во внеклеточную среду, способствуя подвижности бактерий, их вирулентности и образованию биопленок.

Ксантан

Ксантан, продуцируемый Xanthomonas, действует как фактор вирулентности, подавляя иммунный ответ инфицированного растения и увеличивая инфекционность бактерий.

Ксантан представляет собой полисахарид, состоящий из 5 единиц сахара, которые повторяются (2 глюкозы, 2 манноза и 1 глюкуроновая кислота) и полимеризуются.

Синтез ксантана зависит от оперона, называемого кластерной камедью (набор генов, составляющих функциональную единицу), который имеет 12 генов, которые находятся под контролем одной промоторной области.

Изоляция

X. campestris pv. Campestris можно выделить из ткани листа, имеющей V-образные пятна, или из поврежденной сосудистой ткани, или из шейки растения, то есть из поврежденных участков растения.

Для получения штаммов X. campestris в качестве образца выбирают поврежденную область (пятна или язвы на листьях или фруктах). Если у растения не наблюдается повреждений, в качестве образца берут ткань, наиболее восприимчивую к повреждению, и ее анализируют с помощью культуральной среды и методом полимеразной цепной реакции (ПЦР).

СМИ культуры

Среди используемых питательных сред следующие:

Молоко подростка

Для первоначального выделения микроорганизмов из образцов растительной ткани можно применять среду Milk Tween (MT):

10 мл обезжиренного молока, 0,25 г CaCl ₂ , 10 г пептон-протеазы № 3, 15 г агара Бакто, 0,5 г тирозина, 10 мл Твина 80, 80 мг цефалексина (в 2 мл NaOH при 4%), 200 г циклогексимида (в 2 мл 75% метанола), 100 мг ванкомицина (в 1 мл дистиллированной воды).

Растворы обезжиренного молока, цефалексина, циклогексимида и ванкомицина необходимо стерилизовать фильтрованием и добавлять в среду при 50 ° C.

King's B

После того, как бактериальные колонии вырастут в МТ, колонии, наиболее похожие на X. campestris (колонии с желтой пигментацией через 72 и 120 часов культивирования), можно перенести в среду Кинга B.

20 г пептон-протеазы № 3, 20 г агар-агара, 1,5 г K ₂ HPO _4, 1,5 г MgSO ₄ x / H ₂ O, 10 мл глицерина, 700 мкл дистиллированной воды.

Среду следует нагреть до 80 ° C при перемешивании, долить до 1 л дистиллированной водой и гомогенизировать, а pH довести до 7,2. Стерилизовать при 121 ° C в течение 15 минут.

Богатая питательная среда PYM или YMM также использовалась в культуре X. campestris.

Рисунок 2. Культура Xanthomonas на твердой среде. Источник: Jarober3, через Wikimedia Commons

PYM

Для приготовления PYM на каждые 1000 мл общего объема необходимо добавить: 10 г глюкозы, 5 г экстракта пептона, 3 г экстракта солода и 3 г дрожжей.

Если вы хотите выращивать на твердой среде в чашках Петри, то в смесь также нужно добавить 15 г агара.

Ммм

Для приготовления среды YMM вам необходимо на каждые 1000 мл общего объема: 10 г глюкозы, 1 мл раствора MgSO ₄ : 7H ₂ O (10 г / л), 1 мл раствора CaCl ₂ (22 г / л). ), 1 мл раствора K ₂ HPO ₄ (22 г / л), 1 мл раствора FeCl ₃ в 0,1 М HCl (2 г / л), 0,3% мас. / Об. Казаминокислот (аминокислоты из гидролиз казеина) и 11% об. / об. раствора глутамата натрия.

Условия инкубации

Условия инкубации бактериальных штаммов X. campestris должны составлять 27 или 28 ° C, а в случае жидких питательных сред следует поддерживать постоянное перемешивание со скоростью 200 оборотов в минуту (об / мин).

Производство ксантана

Если производство ксантана в процессе ферментации желательно, глюкоза, сахароза или кукурузный сироп (от 20 до 40 г / л), среди других питательных веществ, обеспечивающих азот, должны поставляться в качестве источника углерода.

Обнаружение метаболической активности

Чтобы обнаружить присутствие жизнеспособного X. campestris в тканях растений, некоторые исследователи рекомендуют измерять метаболическую активность, а не рост микробов в лабораторной культуре.

Измерение метаболической активности проводилось с помощью индикатора жизнеспособности через систему транспорта электронов. Это соединение называется тетразолием, и его соли принимают электроны от водорода, образуя формазан, вещество, не растворимое в воде. Таким образом, появление в середине формазана является показателем метаболической активности клеток.

Одна из питательных сред X. campestris для проведения этого теста на жизнеспособность содержит хлорид тетразолия (TTC), хлорид трифенилтетразолия и другие добавки, такие как хлорид натрия и сахара. Это среда, содержащая следующие вещества общим объемом 500 мл: 5 г пептона, 0,5 г гидролизованного казеина, 2,5 г глюкозы и 8,5 г агара.

Патофизиология

Бактерия X. campestris является возбудителем многих заболеваний, поражающих листья декоративных растений (таких как Anthurium andreanum) и фасоли (Phaseolus vulgaris L.). Они также влияют на плоды косточковых, таких как миндаль, нектарин, вишня, персик, абрикос, слива и другие.

Известно, что X. campestris поражает семейство Brassicaceae или крестоцветных и входит в число 10 фитопатогенных видов, наиболее опасных для сельскохозяйственной деятельности, особенно в тропиках.

Например, X. campestris вызывает болезнь черной гнили у цветной капусты (Brassica oleracea), брокколи (B. napus), китайской капусты (B. pekinensis), репы (B. rapa), горчицы (B nigra), редис (Rhaphanus sativus) и капуста (B. fruticulosa).

Рисунок 3. Лист, пораженный X. campestris. Источник: Дэвид Б. Лэнгстон, Wikimedia Commons.

Симптомы, вызываемые X. campestris, сначала появляются на листьях, а затем могут проявляться на плодах и ветвях. Они включают неправильные и угловатые желтоватые пятна на листьях (от 1 до 5 мм в диаметре), ограниченные жилками, которые в конечном итоге некротизируются.

Также случаются внекорневые ожоги; пятна на плодах; сосудистое увядание и появление хлоротичных или некротических образований в форме буквы «V».

Пятна появляются по краям листа и вокруг его средней жилки. На растении может произойти потеря листьев. На плодах появляются зеленые пятна, которые некротизируются, а также могут их трескаться. Также могут возникнуть язвы.

Ссылки

1. Доу, Дж. М., Кроссман, Л., Финдли, К., Хе, Y.-Q., Фэн, Дж .-Х., и Танг, Дж .-Л. (2003). Распространение биопленок у Xanthomonas campestris контролируется межклеточной передачей сигналов и требуется для полной вирулентности растений. Труды Национальной академии наук, 100 (19), 10995–11000. DOI: 10.1073 / pnas.1833360100
2. Хейворд, AC, Swings, JG и Civerolo, EL (1993). Xanthomonas. Springer Нидерланды. С. 407.
3. Папагианни М., Псомас С., Бацилас Л., Парас С., Кириакидис Д. и Лиакопулу-Кириакидес М. (2001). Продукция ксантана с помощью Xanthomonas campestris в периодических культурах. Биохимия процесса, 37 (1), 73-80. DOI: 10.1016 / s0032-9592 (01) 00174-1
4. Розалам, С., и Англия, Р. (2006). Обзор производства ксантановой камеди из немодифицированных крахмалов с помощью Xanthomonas campestris Enzyme and Microbial Technology, 39 (2), 197–207. DOI: 10.1016 / j.enzmictec.2005.10.019
5. Стюарт, П., Глобиг, С. (2011). Фитопатология растений. Apple Academic Press. 334 с.