XANTHOMONAS CAMPESTRIS: BESCHREIBUNG, KULTIVIERUNG UND PATHOLOGIEN - BIOLOGIE - 2025

Xanthomonas campestris ist eine Art von Proteobakterien (Klasse: Gamma Proteobacteria, Ordnung: Xantomonadales, Familie: Xanthomonadaceae), die wichtige Pflanzen befallen.

X. campestris zeigt eine epiphytische Phase an der Pflanze, in der sie sie nicht schädigt. Diese Phase liegt vor der Infektion und wird erzeugt, wenn sich die Bakterien aufgrund günstiger Umweltschwankungen vermehren. Eine Infektion durch diese Art verursacht eine Vielzahl von Symptomen in der infizierten Pflanze, die schließlich zum Tod ausarten können.

Abbildung 1. Symptome durch Infektion mit X. campestris. Quelle: Autor Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris ist auch bekannt für die Herstellung des Biopolymers Xanthangummi oder Xanthan, eines Polysaccharids, das in das Medium ausscheidet (Exopolysaccharid) und die Viskosität wässriger Lösungen erhöht.

Das Exopolysaccharid Xanthan war das erste kommerziell wichtige Nebenprodukt, das durch Fermentationsprozesse von Maisstärken erzeugt wurde. Es wird derzeit in großen Mengen hergestellt und hat aufgrund seiner Eigenschaften als Verdickungsmittel und Emulgator viele Anwendungen. Xanthan wird unter anderem in der Lebensmittel-, Pharma-, Kosmetik-, Agrar- und Ölindustrie eingesetzt.

Beschreibung

Xanthomonas campestris ist ein gramnegativer, obligater aerober, fakultativer Saprophytenbazillus. Es ist beweglich, zwischen 0,2 und 0,6 um breit und zwischen 0,8 und 2,9 um lang. Es kann als Einzelperson auftreten oder Filamente bilden, die von Xanthan, dem von ihnen produzierten Exopolysaccharid, umgeben sind.

Xanthan begünstigt die Bildung von X. campestris-Biofilmen und übt auch eine Schutzwirkung auf die in dieser Struktur etablierten Gemeinschaften aus, wenn plötzliche Änderungen der Temperatur, des pH-Werts, der ultravioletten Strahlung, deutliche osmotische Schwankungen und / oder eine Abnahme der Luftfeuchtigkeit auftreten.

Interaktion mit der Anlage

Diese Art verfügt über mehrere Mechanismen, um den Abwehrreaktionen der von ihr infizierten Pflanzen zu entgehen. Die erste Barriere der Pflanze gegen eine bakterielle Infektion sind die Zellwand- und Oberflächensubstanzen mit antimikrobieller Aktivität.

X. campestris kann die Pflanze durch ihre Blattstomata (Poren, in denen ein Gasaustausch mit der Umwelt stattfindet), ihre Hydatoden (eine Art Stoma, in der überschüssiges Wasser austritt) oder durch vorhandene Wunden infizieren.

Pflanzen schließen im Allgemeinen ihre Stomata, wenn sie von Mikroorganismen befallen werden. X. campestris produziert jedoch einen Virulenzfaktor, der das Schließen der Stomata verhindert und so den Eintritt von mehr Bakterien aus der äußeren Umgebung in die Pflanze begünstigt.

Wenn sich die Bakterien in der Pflanze befinden, verhindern sie den Wassertransport, indem sie das Gefäßgewebe verstopfen. Das Ergebnis ist eine Nekrose der Blätter und ein Welken der infizierten Teile.

Zusätzlich produziert X. campestris eine Verbindung namens neutrales cyclisches β- (1,2) -Glucan, die die Expression von Abwehrgenen in der Pflanze verhindert. Diese Verbindungen können mit dem periplasmatischen Raum der Bakterien assoziiert sein oder sie können in die extrazelluläre Umgebung ausgeschieden werden, was die Mobilität der Bakterien, ihre Virulenz und die Bildung von Biofilmen begünstigt.

Xanthan

Das von Xanthomonas produzierte Xanthan wirkt als Virulenzfaktor, unterdrückt die Immunantwort der infizierten Pflanze und erhöht die Infektiosität der Bakterien.

Xanthan ist ein Polysaccharid, das aus Einheiten von 5 Zuckern besteht, die wiederholt werden (2 Glucosen, 2 Mannosen und 1 Glucuronsäure) und polymerisieren.

Die Synthese von Xanthan hängt von einem Operon namens Cluster Gum ab (einer Reihe von Genen, die eine funktionelle Einheit bilden), das 12 Gene aufweist, die unter der Kontrolle einer einzelnen Promotorregion stehen.

Isolierung von

X. campestris pv. campestris kann aus Blattgewebe mit "V" -förmigen Flecken oder aus beschädigtem Gefäßgewebe oder Pflanzenhals, dh aus verletzten Bereichen der Pflanze, isoliert werden.

Um Stämme von X. campestris zu erhalten, wird der verletzte Bereich als Probe ausgewählt (Blatt- oder Fruchtflecken oder Krebs). Wenn in der Pflanze keine Verletzung beobachtet wird, wird das Gewebe, das am anfälligsten für Beschädigungen ist, als Probe entnommen und durch Kulturmedien und durch die Polymerase-Kettenreaktions- (PCR-) Technik analysiert.

Kulturmedien

Unter den verwendeten Kulturmedien sind die folgenden:

Milch Tween

Für eine anfängliche Isolierung von Mikroorganismen aus Proben von Pflanzengewebe kann Milk Tween (MT) -Medium angewendet werden:

10 ml Magermilch, 0,25 g CaCl ₂ , 10 g Peptonprotease Nr. 3, 15 g Bacto-Agar, 0,5 g Tyrosin, 10 ml Tween 80, 80 mg Cephalexin (in 2 ml NaOH at 4%), 200 g Cycloheximid (in 2 ml 75% Methanol), 100 mg Vancomycin (in 1 ml destilliertem Wasser).

Magermilch-, Cephalexin-, Cycloheximid- und Vancomycinlösungen müssen filtersterilisiert und dem Medium bei 50 ° C zugesetzt werden.

König B.

Nachdem die Bakterienkolonien im MT wachsen gelassen wurden, können diejenigen, die X. campestris am ähnlichsten sind (gelbe Pigmentkolonien nach 72 und 120 Stunden Kultur), auf King's B-Medium übertragen werden:

20 g Peptonprotease Nr. 3, 20 g Agaragar , 1,5 g K ₂ HPO _4, 1,5 g MgSO ₄ x / H ₂ O, 10 ml Glycerin, 700 destilliertes Wasser.

Das Medium sollte unter Rühren auf 80 ° C erhitzt, mit destilliertem Wasser auf 1 l aufgefüllt und homogenisiert werden, und der pH-Wert sollte auf 7,2 eingestellt werden. 15 Minuten bei 121 ° C sterilisieren.

Das reichhaltige Kulturmedium PYM oder YMM wurde auch in der Kultur von X. campestris verwendet.

Abbildung 2. Kultur von Xanthomonas in festem Medium. Quelle: Jarober3, über Wikimedia Commons

PYM

Zur Herstellung des PYM müssen Sie pro 1000 ml Gesamtvolumen hinzufügen: 10 g Glucose, 5 g Pepton-Extrakt, 3 g Malzextrakt und 3 g Hefe.

Wenn Sie in Petrischalen in festem Medium wachsen möchten, sollten der Mischung auch 15 g Agar zugesetzt werden.

Ymm

Zur Herstellung des YMM-Mediums benötigen Sie für jeweils 1000 ml Gesamtvolumen: 10 g Glucose, 1 ml MgSO ₄ : 7H ₂ O- Lösung (10 g / l), 1 ml einer CaCl ₂ -Lösung (22 g / l) ), 1 ml einer K ₂ HPO ₄ -Lösung (22 g / l), 1 ml einer FeCl ₃ -Lösung in 0,1 M HCl (2 g / l), 0,3% m / v Casaminosäuren (Aminosäuren aus Hydrolyse von Casein) und 11% v / v Natriumglutamatlösung.

Inkubationsbedingungen

Die Inkubationsbedingungen der Bakterienstämme von X. campestris sollten 27 oder 28 ° C betragen, und im Fall von flüssigen Kulturmedien sollte das kontinuierliche Rühren bei 200 Umdrehungen pro Minute (U / min) gehalten werden.

Xanthan-Produktion

Wenn die Herstellung von Xanthan in einem Fermentationsprozess gewünscht wird, müssen neben anderen Nährstoffen, die Stickstoff liefern, auch Glucose, Saccharose oder Maissirup (zwischen 20 und 40 g / l) als Kohlenstoffquelle bereitgestellt werden.

Nachweis der Stoffwechselaktivität

Um das Vorhandensein von lebensfähigem X. campestris im Pflanzengewebe nachzuweisen, empfehlen einige Forscher, die Stoffwechselaktivität zu messen und nicht das mikrobielle Wachstum in der Laborkultur.

Die Messung der Stoffwechselaktivität wurde unter Verwendung eines Lebensfähigkeitsindikators durch das Elektronentransportsystem durchgeführt. Diese Verbindung heißt Tetrazolium und ihre Salze nehmen Elektronen aus Wasserstoff auf und erzeugen Formazan, eine in Wasser unlösliche Substanz. Somit ist das Auftreten in der Mitte von Formazan ein Indikator für die zelluläre Stoffwechselaktivität.

Eines der X. campestris-Kulturmedien zur Durchführung dieses Lebensfähigkeitstests enthält Tetrazoliumchlorid (TTC), Triphenyltetrazoliumchlorid und andere Additive wie Natriumchlorid und Zucker. Es ist ein Medium mit folgenden Substanzen für ein Gesamtvolumen von 500 ml: 5 g Pepton, 0,5 g hydrolysiertes Casein, 2,5 g Glucose und 8,5 g Agar.

Pathophysiologie

Das Bakterium X. campestris ist der Erreger zahlreicher Krankheiten, die die Blätter von Zierpflanzen (wie Anthurium andreanum) und Bohnen (Phaseolus vulgaris L.) betreffen. Sie betreffen auch die Früchte von Steinobst wie Mandel, Nektarine, Kirsche, Pfirsich, Aprikose, Pflaume und andere.

Es ist bekannt, dass X. campestris die Brassicaceae oder Kreuzblütler befällt und zu den 10 phytopathogenen Arten gehört, die für die landwirtschaftliche Tätigkeit am gefährlichsten sind, insbesondere in den Tropen.

Zum Beispiel verursacht X. campestris eine Schwarzfäule bei Blumenkohl (Brassica oleracea), Brokkoli (B. napus), Chinakohl (B. pekinensis), Rübe (B. rapa) und Senf (B. Nigra), Rettich (Rhaphanus sativus) und Kohl (B. fruticulosa).

Abbildung 3. Von X. campestris betroffenes Blatt. Quelle: David B. Langston, über Wikimedia Commons

Die von X. campestris hervorgerufenen Symptome treten zunächst auf Blättern und dann auf Früchten und Zweigen auf. Es handelt sich um unregelmäßige und eckige gelbliche Blattflecken (1 bis 5 mm Durchmesser), die durch die Venen begrenzt sind, die schließlich nekrotisiert werden.

Blattverbrennungen treten auch auf; Flecken auf den Früchten; Gefäßwelke und das Auftreten von chlorotischen oder nekrotischen Läsionen in Form eines "V".

Die Flecken erscheinen an den Blatträndern und umgeben die Mittelrippe. An der Pflanze kann ein Blattverlust auftreten. Auf den Früchten erscheinen grüne Flecken, die nekrotisch werden und sie auch knacken können. Krebs kann auch auftreten.

Verweise

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