XANTHOMONAS CAMPESTRIS: DESCRIPCIÓ, CULTIU I PATOLOGIES - BIOLOGIA - 2025

Xanthomonas campestris és una espècie de proteobacteri (classe: Gamma Proteobacteria, ordre: Xantomonadales, família: xantomonadàcia) fitopatógena que afecta cultius importants.

X. campestris presenta una fase epífita sobre la planta a la qual no li fa mal. Aquesta fase és prèvia a la infecció, es genera a l'proliferar el bacteri per variacions ambientals favorables. La infecció per aquesta espècie o casiona una varietat de símptomes a la planta infectada que poden degenerar finalment en la seva mort.

Figura 1. Simptomatologia causada per infecció amb X. campestris. Font: autor Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris és també molt coneguda per produir el biopolímer goma xantana o xantana, un polisacàrid que s'excreta a l'mitjà (exopolisacárido) i augmenta la viscositat de les solucions aquoses.

El exopolisacárido xantana va ser el primer bioproducto d'importància comercial generat per processos de fermentació de midons de blat de moro. Actualment es produeix en grans quantitats i té moltes aplicacions per les seves característiques com a espessidor i emulsionant. El xantana s'utilitza en la indústria alimentària, farmacèutica, cosmètica, agrícola, petroliera, entre d'altres.

Descripció

Xanthomonas campestris és un bacil gramnegativo, aeròbic obligat i sapròfit facultatiu. És mòbil, entre 0,2 i 0,6 micres d'ample, i entre 0,8 i 2,9 micres de llarg. Pot presentar-se com a individu solitari o formant filaments, envoltats pel xantana, el exopolisacárido que produeixen.

El xantana afavoreix la formació de biopel·lícules de X. campestris i també exerceix una acció protectora de les comunitats establertes en aquesta estructura, a l'ocórrer canvis bruscos de temperatura, de pH, de radiació ultraviolada, variacions osmòtiques marcades i / o disminució de la humitat.

Interacció amb la planta

Aquesta espècie presenta diversos mecanismes per evadir les respostes de defenses de les plantes que infecta. La primera barrera de la planta davant d'una infecció bacteriana és la paret cel·lular i les substàncies superficials amb activitat antimicrobiana.

X. campestris pot infectar la planta a través dels seus estomes foliars (porus on ocorre l'intercanvi de gasos amb l'ambient), dels seus hidátodos (un tipus d'estoma per on traspua l'excés d'aigua), o de ferides presents.

Generalment les plantes tanquen els seus estomes a l'ésser atacades per microorganismes. No obstant això, X. campestris produeix un factor de virulència que impedeix el tancament dels estomes, afavorint així l'entrada a la planta de més bacteris des del medi extern.

A l'trobar-els bacteris dins de la planta, impedeixen el transport d'aigua, per obstruir els teixits vasculars. El resultat és la necrosi de les fulles i la pansiment de les parts infectades.

A més, X. campestris produeix un compost denominat glucans cíclic neutre β- (1,2) que impedeix l'expressió de gens de defensa en la planta. Aquests compostos poden trobar associats a l'espai periplasmàtic bacterià o poden ser excretats a l'medi extracel·lular, afavorint la mobilitat del bacteri, la seva virulència i la formació de biopel·lícules.

xantana

El xantana produït per les Xanthomonas actua com a factor de virulència, suprimint la resposta immunològica de la planta infectada i augmentant la capacitat d'infecció del bacteri.

El xantana és un polisacàrid constituït per unitats de 5 sucres que es repeteixen (2 glucoses, 2 Mañosas i 1 àcid glucurònic) i es polimeritzen.

La síntesi de xantana depèn d'un operó denominat clúster gum (un conjunt de gens que conformen una unitat funcional), el qual presenta 12 gens que estan sota el control d'una única regió promotora.

aïllament de

X. campestris pv. campestris pot aïllar-se de el teixit foliar que presenti taques en forma de "V" o de el teixit vascular danyat, o coll de la planta, és a dir de les zones lesionades de la planta.

Per obtenir soques de X. campestris, es selecciona com mostra la zona lesionada (taques foliars o en els fruits o xancres). En cas de no observar-lesió a la planta, es pren com a mostra el teixit més susceptible a ser danyat, i s'analitzen per mitjans de cultiu i per la tècnica de reacció en cadena de la polimerasa (PCR).

Mitjans de cultiu

Entre els mitjans de cultiu utilitzats es troben els següents:

Milk Tween

Per a un aïllament inicial de microorganismes a partir de mostres de teixit vegetal, es pot aplicar el medi Milk Tween (MT):

10 ml de llet descremada, 0,25 g de CaCl ₂, 10g de proteasa peptona No. 3, 15 g de Bacto agar, 0,5 g de tirosina, 10ml de Tween 80, 80 mg de cefalexina (en 2ml de NaOH a l' 4%), 200 gr de cicloheximida (en 2ml de metanol a l'75%), 100 mg de vancomicina (en 1 ml d'aigua destil·lada).

Les solucions de llet descremada, cefalexina, cicloheximida i vancomicina s'han esterilitzar per filtració i afegir a l'mitjà a 50 ° C.

B de King

Després de deixar créixer les colònies bacterianes en el MT, es poden passar les més semblants a X. campestris (colònies de pigmentació groga a les 72 i 120 hores de cultiu) a el medi B de King:

20 g de proteasa peptona No.3, 20 g d'agar agar, K ₂ HPO ₄ 1,5 g, MgSO ₄ x / H ₂ O 1,5 g, 10 ml de glicerol, 700 d'aigua destil·lada.

El mitjà ha de escalfar a 80 ° C agitant, aforar amb aigua destil·lada a 1 L i homogeneïtzar, i s'ha d'ajustar el pH a 7,2. Esterilitzar a 121 ° C per 15 minuts.

També s'ha utilitzat el medi de cultiu ric PIM o el YMM en el cultiu de X. campestris.

Figura 2. Cultiu de Xanthomonas enmig sòlid. Font: Jarober3, via Wikimedia Commons

PYM

Per preparar el PIM, per cada 1000 ml de volum total, s'ha d'agregar: 10 g de glucosa, 5 gr d'extracte de peptona, 3 gr d'extracte de malta i 3 gr de llevat.

Si es desitja conrear al mig sòlid en plaques de Petri, llavors també s'ha d'agregar a la barreja 15 gr d'agar.

YMM

Per preparar el medi YMM, es necessita per cada 1000 ml de volum total: 10 g de glucosa, 1 ml de solució MgSO ₄: 7H ₂ O (10 g / L), 1 ml d'una solució CaCl ₂ (22 gr / L), 1 ml d'una solució K ₂ HPO ₄ (22 gr / L), 1 ml d'una solució FeCl ₃ a 0,1 m d'HCl (2 g / L), casaminoácidos 0,3% m / v (aminoàcids provinents de la hidròlisi de la caseïna) i un 11% v / v de solució de glutamat de sodi.

Condicions d'incubació

Les condicions d'incubació de les soques bacterianes de X. campestris han de ser de 27 o 28 ° C, i en cas de mitjans de cultiu líquids s'ha de mantenir l'agitació contínua a 200 revolucions per minut (rpm).

Producció de xantana

Si es desitja la producció de xantana en un procés de fermentació, s'ha de subministrar com a font de carboni glucosa, sacarosa, o xarop de blat de moro (entre 20 i 40 g / L), entre d'altres nutrients que aportin nitrogen.

Detecció d'activitat metabòlica

Per detectar la presència de X. campestris viable en teixit vegetal, alguns investigadors recomanen mesurar l'activitat metabòlica, en lloc de el creixement microbià en cultiu en laboratori.

El mesurament de l'activitat metabòlica s'ha realitzat usant un indicador de viabilitat a través del sistema transportador d'electrons. Aquest compost és anomenat tetrazole i les seves sals accepten electrons de l'hidrogen, generant el formazan, una substància insoluble en aigua. Així, l'aparició en el mitjà de l'formazan és un indicador de l'activitat metabòlica cel·lular.

Un dels mitjans de cultiu de X. campestris per realitzar aquesta prova de viabilitat, conté clorur de tetrazole (TTC), trifenil clorur de tetrazole i altres additius com clorur de sodi i sucres. Es tracta d'un mitjà amb les següents substàncies per a 500 ml de volum total: 5 g de peptona, 0,5 g de caseïna hidrolitzada, 2,5 g de glucosa i 8,5 g d'agar.

fisiopatologies

El bacteri X. campestris és agent causal de nombroses malalties que afecten les fulles de plantes ornamentals (com Anthurium Andreanum) i de fesol comú (Phaseolus vulgaris L.). També afecten els fruits de fruiters d'os, com ametller, nectariner, cirerer, presseguer, albercoc, pruna, entre d'altres.

X. campestris és conegut per afectar la família Brassicaceae o crucíferes, trobant-se entre les 10 espècies fitopatògens de major perillositat per a l'activitat agrícola, particularment en el tròpic.

Per exemple, X. campestris produeix la malaltia de la podridura negra a la coliflor (Brassica oleracea), el bròquil (B. napus), la col xinesa (B. pekinensis), el nap (B. rapa), la mostassa (B. nigra), el rave (Rhaphanus sativus) i la col (B. fruticulosa).

Figura 3. Full afectada per X. campestris. Font: David B. Langston, via Wikimedia Commons

Els símptomes que produeix X. campestris apareixen inicialment en fulles i després poden aparèixer en els fruits i les branques. Impliquen taques foliars groguenques irregulars i anguloses (d'1 a 5 mm de diàmetre) limitades per les nervadures que es necrosen finalment.

També es presenten cremades foliars; taques en els fruits; pansiment vascular i l'aparició de lesions cloròtiques o necròtiques en forma de "V".

Les taques apareixen a les vores foliars i envoltant el seu nervi central. Pot produir-se la pèrdua de les fulles a la planta. En els fruits apareixen taques verdes que es necrosen, podent també agrietarlos. També poden presentar-xancres.

referències

1. Dow, JM, Crossman, L., Findlay, K., He, Y.-Q., Feng, J.-X., & Tang, J.-L. (2003). Biofilm dispersal in Xanthomonas campestris is controlled by cell-cell signaling and is required for full virulence to plants. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100 (19), 10.995-11.000. doi: 10.1073 / pnas.1833360100
2. Hayward, AC, Swings, JG and Civerolo, EL (1993). Xanthomonas. Springer Netherlands. pp 407.
3. Papagianni, M., Psomas, S., Batsilas, L., Pares, S., Kyriakidis, Sr. and Liakopoulou-Kyriakides, M. (2001). Xanthan production by Xanthomonas campestris in batch cultures. Process Biochemistry, 37 (1), 73-80. doi: 10.1016 / s0032-9592 (01) 00.174-1
4. Rosalam, S., & England, R. (2006). Review of xanthan gum production from unmodified starches by Xanthomonas campestris Enzyme and Microbial Technology, 39 (2), 197-207. doi: 10.1016 / j.enzmictec.2005.10.019
5. Stewart, P. and Globig, S. (2011). Phytopathology in plants. Apple Academic Press. pp 334.