XANTHOMONAS CAMPESTRIS: ОПИС, КУЛЬТИВУВАННЯ ТА ПАТОЛОГІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Xanthomonas campestris - вид протеобактерій (клас: Gamma Proteobacteria, порядок: Xantomonadales, сімейство: Xanthomonadaceae) фітопатогенний, що вражає важливі культури.

X. campestris представляє епіфітну фазу на рослині, в якій вона не шкодить. Ця фаза передує зараженню, вона утворюється, коли бактерії розмножуються через сприятливі зміни навколишнього середовища. Зараження цим видом викликає різноманітні симптоми у зараженої рослини, які можуть згодом перерости у смерть.

Малюнок 1. Симптоми, викликані зараженням X. campestris. Джерело: автор Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris також добре відомий тим, що отримує біополімер ксантанову камедь або ксантан, полісахарид, який виділяється з середовищем (екзополісахарид) і підвищує в'язкість водних розчинів.

Екзополісахарид ксантан був першим комерційно важливим побічним продуктом, що утворюється процесами ферментації кукурудзяного крохмалю. В даний час він виробляється у великих кількостях і має безліч застосувань завдяки своїм характеристикам як загусник і емульгатор. Ксантан використовується в харчовій, фармацевтичній, косметичній, сільськогосподарській та нафтовій промисловості.

Опис

Xanthomonas campestris - грамнегативний, облігатний аеробний, факультативний сапрофітний бацил. Він рухливий, від 0,2 до 0,6 мкм в ширину і від 0,8 до 2,9 мкм. Він може виступати як одиночний індивід або утворює нитки, оточений ксантаном, екзополісахаридом, який вони виробляють.

Ксантан сприяє утворенню біоплівки X. campestris, а також чинить захисну дію на громади, створені в цій структурі, коли відбуваються різкі зміни температури, рН, ультрафіолетового випромінювання, помітні осмотичні коливання та / або зниження вологості.

Взаємодія з рослиною

Цей вид має кілька механізмів ухилення від захисних реакцій рослин, якими він заражається. Перший бар’єр рослини проти бактеріальної інфекції - це клітинна стінка та поверхневі речовини, що мають протимікробну активність.

X. campestris може заразити рослину через позакореневі продихи (пори, де відбувається обмін газів із навколишнім середовищем), його гідтоди (тип стоми, де виділяється надлишок води), або через наявні рани.

Рослини, як правило, закривають свої продихи при нападі мікроорганізмів. Однак X. campestris виробляє фактор вірулентності, який запобігає закриттю вуст, тим самим сприяючи потраплянню більшої кількості бактерій у рослину із зовнішнього середовища.

Коли бактерії знаходяться всередині рослини, вони перешкоджають транспортуванню води, перешкоджаючи судинним тканинам. Результатом є некроз листя і в’янення заражених частин.

Крім того, X. campestris утворює сполуку, яку називають нейтральним циклічним β- (1,2) глюканом, що перешкоджає експресії рослинних генів. Ці сполуки можуть бути пов'язані з бактеріальним периплазматичним простором або можуть виводитися з позаклітинного середовища, сприяючи рухливості бактерій, її вірулентності та утворенню біоплівки.

Ксантан

Ксантан, що виробляється Xanthomonas, діє як фактор вірулентності, пригнічуючи імунну відповідь зараженої рослини і збільшуючи інфекційну здатність бактерій.

Ксантан - полісахарид, що складається з одиниць із 5 цукрів, які повторюються (2 глюкози, 2 манози та 1 глюкуронова кислота) та полімеризуються.

Синтез ксантану залежить від оперона під назвою кластерна камедь (сукупність генів, що складають функціональну одиницю), яка має 12 генів, які знаходяться під контролем однієї промоторної області.

Ізоляція

X. campestris pv. campestris можна виділити з листової тканини, яка має плями у формі V, або від пошкодженої судинної тканини, або шийки рослини, тобто від травмованих ділянок рослини.

Для отримання штамів X. campestris, травмовану ділянку відбирають у вигляді зразка (листкові або плодові плями або голки). Якщо у рослини не спостерігається пошкодження, тканину, найбільш схильну до пошкодження, беруть як пробу, і їх аналізують за допомогою культуральних середовищ та методом полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР).

ЗМІ культури

Серед культурних засобів масової інформації є такі:

Молочний твін

Для початкового виділення мікроорганізмів із зразків рослинної тканини можна застосовувати середовище Молочне Твін (МТ):

10 мл знежиреного молока, 0,25 г CaCl ₂ , 10 г пептонової протеази № 3, 15 г агару Bacto, 0,5 г тирозину, 10 мл Tween 80, 80 мг цефалексину (у 2 мл NaOH при 4%), 200 г циклогексиміду (у 2 мл 75% метанолу), 100 мг ванкоміцину (в 1 мл дистильованої води).

Знежирене молоко, цефалексин, циклогексимід та ванкоміцинові розчини необхідно стерилізувати фільтруванням та додавати до середовища при 50 ° С.

King's B

Після дозволу колонії бактерій рости в МТ, найбільш схожі на X. campestris (колонії жовтої пігментації при культурі 72 та 120 годин) можуть бути перенесені на середовище King's B

20 г пептонової протеази № 3, 20 г агарного агару, 1,5 г K ₂ HPO _4, 1,5 г MgSO ₄ x / H ₂ O, 10 мл гліцерину, 700 дистильованої води.

Середовище слід нагрівати до 80 ° С при перемішуванні, доводити до 1 л дистильованою водою і гомогенізувати, а рН слід регулювати до 7,2. Стерилізуйте при 121 ° С протягом 15 хвилин.

Багате культуральне середовище PYM або YMM також використовувалося в культурі X. campestris.

Малюнок 2. Культура Ксантомонаса в твердому середовищі. Джерело: Jarober3, через Wikimedia Commons

ПІМ

Для приготування ПІМ на кожні 1000 мл загального обсягу додайте: 10 г глюкози, 5 г екстракту пептону, 3 г екстракту солоду та 3 г дріжджів.

Якщо ви хочете виростити в твердому середовищі в чашках Петрі, то до суміші слід також додати 15 г агару.

Ммм

Для приготування середовища YMM потрібно на кожні 1000 мл загального об'єму: 10 г глюкози, 1 мл розчину MgSO ₄ : 7H ₂ O (10 г / л), 1 мл розчину CaCl ₂ (22 г / л) ), 1 мл розчину K ₂ HPO ₄ (22 г / л), 1 мл розчину FeCl ₃ в 0,1 М HCl (2 г / л), 0,3% м / п казамінокислот (амінокислоти з гідроліз казеїну) та 11% об / об розчину глутамату натрію.

Умови інкубації

Умови інкубації бактеріальних штамів X. campestris повинні становити 27 або 28 ° C, а у випадку рідких культуральних середовищ постійне перемішування слід підтримувати зі швидкістю 200 обертів на хвилину (об / хв).

Виробництво ксантану

Якщо бажано отримати ксантан у процесі ферментації, глюкоза, сахароза або кукурудзяний сироп (від 20 до 40 г / л), серед інших поживних речовин, які забезпечують азот, повинні подаватися як джерело вуглецю.

Виявлення метаболічної активності

Щоб виявити наявність життєздатних X. campestris у рослинній тканині, деякі дослідники рекомендують вимірювати метаболічну активність, а не мікробний ріст у лабораторній культурі.

Вимірювання метаболічної активності проводилося за допомогою показника життєздатності через систему перенесення електронів. Ця сполука називається тетразолієм і її солі приймають електрони з водню, утворюючи формазан, нерозчинні у воді речовини. Таким чином, поява в середині формазану є показником клітинної метаболічної активності.

Одне з середовищ культури X. campestris для проведення цього випробування на життєздатність містить хлорид тетразолію (ТТК), трифенілтетразолій хлорид та інші добавки, такі як хлорид натрію та цукри. Це середовище з такими речовинами загальним об'ємом 500 мл: 5 г пептону, 0,5 г гідролізованого казеїну, 2,5 г глюкози та 8,5 г агару.

Патофізіологія

Бактерія X. campestris є збудником численних захворювань, які вражають листя декоративних рослин (таких як Anthurium andreanum) і бобів звичайних (Phaseolus vulgaris L.). Вони також впливають на плоди кісточкових, таких як мигдаль, нектарин, вишня, персик, абрикос, слива, серед інших.

X. campestris, як відомо, вражає сімейство Brassicaceae або хрестоцвітних, входить до 10 видів фітопатогенних видів, найбільш небезпечних для сільськогосподарської діяльності, особливо в тропіках.

Наприклад, X. campestris викликає захворювання чорної гнилі у цвітної капусти (Brassica oleracea), брокколі (B. napus), китайської капусти (B. pekinensis), ріпи (B. rapa), гірчиці (B nigra), редька (Rhaphanus sativus) та капуста (B. fruticulosa).

Малюнок 3. Лист, уражений X. campestris. Джерело: Девід Б. Ленґстон, через Wikimedia Commons

Симптоми, викликані X. campestris, спочатку з’являються на листках, а потім можуть з’являтися на плодах і гілках. Вони включають неправильні та кутові жовтуваті плями листя (діаметром від 1 до 5 мм), обмежені жилками, які з часом некротизуються.

Також виникають позакореневі опіки; плями на плодах; судинне в'янення і поява хлоротичних або некротичних уражень у формі "V".

Плями з’являються на краях листя і оточують його середню частину. Втрата листя може статися на рослині. На плодах з’являються зелені плями, які стають некротичними, а також можуть тріскатися. Також можуть зустрічатися канкери.

Список літератури

1. Dow, JM, Crossman, L., Findlay, K., He, Y.-Q., Feng, J.-X., & Tang, J.-L. (2003). Розсіювання біоплівки в Xanthomonas campestris контролюється за допомогою клітинно-клітинної сигналізації та необхідне для повної вірулентності рослин. Праці Національної академії наук, 100 (19), 10995–11000. doi: 10.1073 / pnas.1833360100
2. Hayward, AC, Swings, JG та Civerolo, EL (1993). Ксантомонас. Спрінгер Нідерланди. С. 407.
3. Papagianni, M., Psomas, S., Batsilas, L., Paras, S., Kyriakidis, D. and Liakopoulou-Kyriakides, M. (2001). Виробництво ксантану Xanthomonas campestris у пакетних культурах. Процесна біохімія, 37 (1), 73-80. doi: 10.1016 / s0032-9592 (01) 00174-1
4. Rosalam, S., & England, R. (2006). Огляд отримання ксантанової камеді з немодифікованих крохмалів Xanthomonas campestris Enzyme and Microbial Technology, 39 (2), 197–207. doi: 10.1016 / j.enzmictec.2005.10.019
5. Стюарт, П. і Глобіг, С. (2011). Фітопатологія в рослинах. Apple Academic Press. С. 334.