XANTHOMONAS CAMPESTRIS: BESCHRIJVING, TEELT EN PATHOLOGIEËN - BIOLOGIE - 2026

Xanthomonas campestris is een soort proteobacteriën (klasse: Gamma Proteobacteria, orde: Xantomonadales, familie: Xanthomonadaceae) fytopathogeen die belangrijke gewassen aantast.

X. campestris vertoont een epifytische fase op de plant waarin het de plant niet schaadt. Deze fase is voorafgaand aan de infectie en wordt gegenereerd wanneer de bacteriën zich vermenigvuldigen vanwege gunstige omgevingsvariaties. Infectie door deze soort veroorzaakt een verscheidenheid aan symptomen in de geïnfecteerde plant die uiteindelijk kunnen ontaarden in de dood.

Figuur 1. Symptomen veroorzaakt door infectie met X. campestris. Bron: auteur Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris staat ook bekend om het produceren van het biopolymeer xanthaangom of xanthaan, een polysaccharide dat wordt uitgescheiden naar het medium (exopolysaccharide) en de viscositeit van waterige oplossingen verhoogt.

Het exopolysaccharide xanthaan was het eerste commercieel belangrijke bijproduct dat werd gegenereerd door de fermentatieprocessen van maïszetmeel. Het wordt momenteel in grote hoeveelheden geproduceerd en kent vele toepassingen vanwege zijn eigenschappen als verdikkingsmiddel en emulgator. Xanthan wordt onder meer gebruikt in de voedingsmiddelen-, farmaceutische, cosmetische, landbouw- en olie-industrie.

Omschrijving

Xanthomonas campestris is een gramnegatieve, obligate aërobe, facultatieve saprofietbacil. Het is mobiel, tussen 0,2 en 0,6 µm breed en tussen 0,8 en 2,9 µm lang. Het kan verschijnen als een eenzaam individu of filamenten vormen, omgeven door xanthaan, het exopolysaccharide dat ze produceren.

Xanthan bevordert de vorming van X. campestris biofilms en oefent ook een beschermende werking uit op de gemeenschappen die in deze structuur zijn gevestigd, wanneer plotselinge veranderingen in temperatuur, pH, ultraviolette straling, duidelijke osmotische variaties en / of afname van de vochtigheid optreden.

Interactie met de plant

Deze soort heeft verschillende mechanismen om de afweerreacties van de planten die hij infecteert te omzeilen. De eerste barrière van de plant tegen een bacteriële infectie zijn de celwand en oppervlaktestoffen met antimicrobiële werking.

X. campestris kan de plant infecteren via zijn bladhuidmondjes (poriën waar gasuitwisseling met de omgeving plaatsvindt), zijn hydatodes (een soort stoma waar overtollig water uitscheidt) of door bestaande wonden.

Planten sluiten over het algemeen hun huidmondjes wanneer ze worden aangevallen door micro-organismen. X. campestris produceert echter een virulentiefactor die stomatale sluiting verhindert, waardoor het binnendringen van meer bacteriën in de plant vanuit de externe omgeving wordt bevorderd.

Wanneer de bacteriën zich in de plant bevinden, verhinderen ze het transport van water door het vaatweefsel te verstoppen. Het resultaat is necrose van de bladeren en verwelking van de geïnfecteerde delen.

Bovendien produceert X. campestris een verbinding die neutraal cyclisch β- (1,2) glucaan wordt genoemd en die de expressie van afweergenen in de plant verhindert. Deze verbindingen kunnen worden geassocieerd met de bacteriële periplasmatische ruimte of ze kunnen worden uitgescheiden naar de extracellulaire omgeving, wat de mobiliteit van de bacteriën, de virulentie en de vorming van biofilms bevordert.

Xanthan

De xanthaan geproduceerd door de Xanthomonas werkt als een virulentiefactor, onderdrukt de immuunrespons van de geïnfecteerde plant en verhoogt de besmettelijkheid van de bacteriën.

Xanthaan is een polysaccharide dat bestaat uit eenheden van 5 suikers die worden herhaald (2 glucoses, 2 mannosen en 1 glucuronzuur) en polymeriseren.

De synthese van xanthaan hangt af van een operon genaamd clustergom (een reeks genen die een functionele eenheid vormen), die 12 genen heeft die onder controle staan ​​van een enkele promotorregio.

Isolatie van

X. campestris pv. campestris kan worden geïsoleerd uit bladweefsel met "V" -vormige vlekken of uit beschadigd vaatweefsel, of uit de nek van de plant, dat wil zeggen uit de beschadigde delen van de plant.

Om stammen van X. campestris te verkrijgen, wordt het gewonde gebied als monster geselecteerd (blad- of fruitvlekken of kankers). Als er geen letsel wordt waargenomen in de plant, wordt het weefsel dat het meest vatbaar is voor beschadiging als monster genomen en geanalyseerd door kweekmedia en door de polymerasekettingreactie (PCR) -techniek.

Cultuur media

Onder de gebruikte kweekmedia zijn de volgende:

Melk-tween

Voor een eerste isolatie van micro-organismen uit monsters van plantenweefsel kan Milk Tween (MT) -medium worden toegepast:

10 ml magere melk, 0,25 g CaCl ₂ , 10 g pepton protease nr. 3, 15 g Bacto-agar, 0,5 g tyrosine, 10 ml Tween 80, 80 mg cefalexine (in 2 ml NaOH bij 4%), 200 g cycloheximide (in 2 ml 75% methanol), 100 mg vancomycine (in 1 ml gedestilleerd water).

Magere melk-, cephalexine-, cycloheximide- en vancomycine-oplossingen moeten door een filter worden gesteriliseerd en bij 50 ° C aan het medium worden toegevoegd.

King's B

Nadat de bacteriekolonies in de MT hebben kunnen groeien, kunnen de kolonies die het meest lijken op X. campestris (gele pigmentatiekolonies na 72 en 120 uur kweek) worden overgebracht naar 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 gedestilleerd water.

Het medium moet onder roeren tot 80 ° C worden verwarmd, met gedestilleerd water tot 1 L worden aangevuld en gehomogeniseerd, en de pH moet op 7,2 worden ingesteld. Steriliseer 15 minuten op 121 ° C.

Het rijke kweekmedium PYM of YMM is ook gebruikt in de kweek van X. campestris.

Figuur 2. Kweek van Xanthomonas in vast medium. Bron: Jarober3, via Wikimedia Commons

PYM

Om de PYM te bereiden, voegt u voor elke 1000 ml totaal volume toe: 10 g glucose, 5 g pepton-extract, 3 g moutextract en 3 g gist.

Als je in petrischaaltjes op vast medium wilt groeien, dan moet ook 15 g agar aan het mengsel worden toegevoegd.

Ymm

De YMM medium te bereiden, dient u per 1000 ml totaal volume: 10 g glucose, 1 ml MgSO ₄ : 7H ₂ O oplossing (10 g / l), 1 ml CaCl ₂ -oplossing (22 g / l ), 1 ml van een K ₂ HPO _4- oplossing (22 g / l), 1 ml van een FeCl _3- oplossing in 0,1 M HCl (2 g / l), 0,3% m / v casaminozuren (aminozuren uit hydrolyse van caseïne) en 11% v / v natriumglutamaatoplossing.

Incubatie-omstandigheden

De incubatieomstandigheden van de bacteriestammen van X. campestris dienen 27 of 28 ° C te zijn, en in het geval van vloeibare kweekmedia moet continu roeren worden gehandhaafd op 200 omwentelingen per minuut (rpm).

Xanthan productie

Als de productie van xanthaan in een fermentatieproces gewenst is, moeten glucose, sucrose of glucosestroop (tussen 20 en 40 g / l), naast andere voedingsstoffen die stikstof leveren, worden geleverd als koolstofbron.

Detectie van metabolische activiteit

Om de aanwezigheid van levensvatbare X. campestris in plantenweefsel te detecteren, bevelen sommige onderzoekers aan om de metabolische activiteit te meten in plaats van microbiële groei in laboratoriumcultuur.

De meting van metabole activiteit is uitgevoerd met behulp van een levensvatbaarheidsindicator via het elektronentransportsysteem. Deze verbinding wordt tetrazolium genoemd en de zouten ervan accepteren elektronen uit waterstof, waardoor formazan ontstaat, een stof die onoplosbaar is in water. Het verschijnen in het midden van formazan is dus een indicator van cellulaire metabolische activiteit.

Een van de X. campestris-kweekmedia om deze levensvatbaarheidstest uit te voeren, bevat tetrazoliumchloride (TTC), trifenyltetrazoliumchloride en andere additieven zoals natriumchloride en suikers. Het is een medium met de volgende stoffen voor een totaal volume van 500 ml: 5 g pepton, 0,5 g gehydrolyseerde caseïne, 2,5 g glucose en 8,5 g agar.

Pathofysiologie

De bacterie X. campestris is de veroorzaker van tal van ziekten die de bladeren van sierplanten (zoals Anthurium andreanum) en bonen (Phaseolus vulgaris L.) aantasten. Ze tasten ook de vruchten van steenfruit aan, zoals amandel, nectarine, kers, perzik, abrikoos, pruim, onder anderen.

Van X. campestris is bekend dat het de Brassicaceae of kruisbloemigenfamilie aantast, omdat het een van de 10 fytopathogene soorten is die het gevaarlijkst zijn voor landbouwactiviteiten, met name in de tropen.

X. campestris veroorzaakt bijvoorbeeld zwartrotziekte bij bloemkool (Brassica oleracea), broccoli (B. napus), Chinese kool (B. pekinensis), raap (B. rapa), mosterd (B nigra), radijs (Rhaphanus sativus) en kool (B. fruticulosa).

Figuur 3. Blad aangetast door X. campestris. Bron: David B. Langston, via Wikimedia Commons

De symptomen die door X. campestris worden veroorzaakt, verschijnen aanvankelijk op bladeren en kunnen vervolgens op vruchten en takken verschijnen. Het betreft onregelmatige en hoekige geelachtige bladvlekken (1 tot 5 mm in diameter) beperkt door de nerven die uiteindelijk worden necrotisch.

Bladverbrandingen komen ook voor; vlekken op het fruit; vaatverwelking en het verschijnen van chlorotische of necrotische laesies in de vorm van een "V".

De vlekken verschijnen op de bladranden en rondom de hoofdnerf. Bladverlies kan optreden op de plant. Groene vlekken verschijnen op de vruchten die necrotisch worden en kunnen ze ook barsten. Cankers kunnen ook voorkomen.

Referenties

1. Dow, JM, Crossman, L., Findlay, K., He, Y.-Q., Feng, J.-X., & Tang, J.-L. (2003). Biofilmverspreiding in Xanthomonas campestris wordt gecontroleerd door celcelsignalering en is vereist voor volledige virulentie voor planten. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100 (19), 10995–11000. doi: 10.1073 / pnas.1833360100
2. Hayward, AC, Swings, JG en Civerolo, EL (1993). Xanthomonas. Springer Nederland. blz 407.
3. Papagianni, M., Psomas, S., Batsilas, L., Paras, S., Kyriakidis, D. en Liakopoulou-Kyriakides, M. (2001). Xanthaanproductie door Xanthomonas campestris in batchculturen. Process Biochemistry, 37 (1), 73-80. doi: 10.1016 / s0032-9592 (01) 00174-1
4. Rosalam, S., en Engeland, R. (2006). Overzicht van de productie van xanthaangom uit ongemodificeerd zetmeel door Xanthomonas campestris Enzyme and Microbial Technology, 39 (2), 197–207. doi: 10.1016 / j.enzmictec.2005.10.019
5. Stewart, P. en Globig, S. (2011). Fytopathologie in planten. Apple Academic Press. blz 334.