XANTHOMONAS CAMPESTRIS: PENERANGAN, PENANAMAN DAN PATOLOGI - BIOLOGI

Xanthomonas campestris adalah spesies proteobacteria (kelas: Gamma Proteobacteria, urutan: Xantomonadales, keluarga: Xanthomonadaceae) fitopatogenik yang mempengaruhi tanaman penting.

X. campestris menyajikan fasa epifit pada tanaman di mana ia tidak membahayakannya. Fasa ini sebelum dijangkiti, ia dihasilkan ketika bakteria berkembang biak disebabkan oleh variasi persekitaran yang baik. Jangkitan oleh spesies ini menyebabkan pelbagai gejala pada tanaman yang dijangkiti yang akhirnya boleh merosot hingga mati.

Gambar 1. Gejala yang disebabkan oleh jangkitan pada X. campestris. Sumber: pengarang Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris juga terkenal kerana menghasilkan biopolimer xanthan gum atau xanthan, polisakarida yang mengeluarkan ke medium (exopolysaccharide) dan meningkatkan kelikatan larutan berair.

Exopolysaccharide xanthan adalah produk sampingan pertama yang penting secara komersial yang dihasilkan oleh proses fermentasi pati jagung. Ia dihasilkan dalam jumlah besar dan mempunyai banyak aplikasi kerana ciri-ciri sebagai pemekat dan pengemulsi. Xanthan digunakan dalam industri makanan, farmasi, kosmetik, pertanian, dan minyak, antara lain.

Penerangan

Xanthomonas campestris adalah bacillus saprophyte aerobik, fakultatif wajib gram negatif. Bergerak, lebar antara 0,2 dan 0,6 µm, dan panjang antara 0,8 dan 2,9 µm. Ia boleh muncul sebagai individu yang bersendirian atau membentuk filamen, dikelilingi oleh xanthan, eksopolisakarida yang mereka hasilkan.

Xanthan menyokong pembentukan biofilm X. campestris dan juga memberikan tindakan perlindungan kepada masyarakat yang terbentuk dalam struktur ini, apabila perubahan suhu, pH, radiasi ultraviolet, perubahan variasi osmotik dan / atau penurunan kelembapan berlaku secara tiba-tiba.

Interaksi dengan tanaman

Spesies ini mempunyai beberapa mekanisme untuk menghindari tindak balas pertahanan tanaman yang dijangkiti. Penghalang pertama tanaman terhadap jangkitan bakteria adalah dinding sel dan bahan permukaan dengan aktiviti antimikroba.

X. campestris dapat menjangkiti tanaman melalui stomata daunnya (liang di mana pertukaran gas dengan persekitaran berlaku), hidatodanya (sejenis stoma di mana air berlebihan keluar), atau melalui luka yang ada.

Tumbuhan umumnya menutup stomata mereka apabila diserang oleh mikroorganisma. Walau bagaimanapun, X. campestris menghasilkan faktor virulensi yang menghalang stomata daripada ditutup, sehingga mendorong kemasukan lebih banyak bakteria ke dalam tumbuhan dari persekitaran luaran.

Ketika bakteria berada di dalam tanaman, mereka menghalang pengangkutan air, dengan menyumbat tisu vaskular. Hasilnya adalah nekrosis daun dan layu pada bahagian yang dijangkiti.

Sebagai tambahan, X. campestris menghasilkan sebatian yang disebut glukan β- (1,2) siklik neutral yang menghalang ekspresi gen pertahanan di dalam tumbuhan. Sebatian ini dapat dihubungkan dengan ruang periplasma bakteria atau dapat diekskresikan ke lingkungan ekstraselular, menyukai pergerakan bakteria, virulensinya dan pembentukan biofilm.

Xanthan

Xanthan yang dihasilkan oleh Xanthomonas bertindak sebagai faktor virulensi, menekan tindak balas imun tumbuhan yang dijangkiti dan meningkatkan kapasiti jangkitan bakteria.

Xanthan adalah polisakarida yang terdiri daripada unit 5 gula yang diulang (2 glukosa, 2 mannosis dan 1 asid glukuronik) dan berpolimerisasi.

Sintesis xanthan bergantung pada operon yang disebut cluster gum (sekumpulan gen yang membentuk unit berfungsi), yang mempunyai 12 gen yang berada di bawah kendali satu wilayah promoter.

Pengasingan

X. campestris hlm. campestris dapat diasingkan dari tisu daun yang mempunyai bintik-bintik berbentuk "V" atau dari tisu vaskular yang rosak, atau leher tanaman, iaitu dari kawasan tanaman yang cedera.

Untuk mendapatkan strain X. campestris, kawasan yang cedera dipilih sebagai sampel (daun atau bintik buah atau kanker). Sekiranya tidak ada kecederaan yang diamati pada tanaman, tisu yang paling rentan rusak diambil sebagai sampel, dan mereka dianalisis dengan media kultur dan dengan teknik reaksi berantai polimerase (PCR).

Media budaya

Antara media budaya yang digunakan adalah seperti berikut:

Susu tween

Untuk pengasingan awal mikroorganisma dari sampel tisu tumbuhan, medium Milk Tween (MT) boleh digunakan:

10 ml susu skim, 0.25 g CaCl ₂ , 10 g pepton protease No. 3, 15 g Bacto agar, 0.5 g tyrosine, 10 ml Tween 80, 80 mg cephalexin (dalam 2 ml NaOH di 4%), 200 g sikloheksimida (dalam 2 ml 75% metanol), 100 mg vancomycin (dalam 1 ml air suling).

Susu skim, cephalexin, cycloheximide, dan larutan vancomycin mesti disterilkan dengan penapisan dan ditambahkan ke medium pada suhu 50 ° C.

Raja B

Setelah membiarkan koloni bakteria tumbuh di MT, yang paling serupa dengan X. campestris (koloni pigmentasi kuning pada 72 dan 120 jam kultur) dapat dipindahkan ke medium King's B:

20 g peptone protease No.3, 20 g agar agar, K ₂ HPO ₄ 1.5 g, MgSO ₄ x / H ₂ O 1.5g, 10 ml gliserol, 700 air suling.

Medium harus dipanaskan hingga 80 ° C dengan kacau, dibuat hingga 1 L dengan air suling dan dihomogenkan, dan pH harus disesuaikan menjadi 7.2. Disterilkan pada suhu 121 ° C selama 15 minit.

Medium budaya kaya PYM atau YMM juga telah digunakan dalam budaya X. campestris.

Rajah 2. Budaya Xanthomonas dalam medium pepejal. Sumber: Jarober3, melalui Wikimedia Commons

PYM

Untuk menyediakan PYM, untuk setiap 1000 ml jumlah keseluruhan, tambahkan: 10 g glukosa, 5 g ekstrak peptone, 3 g ekstrak malt dan 3 g yis.

Sekiranya anda ingin tumbuh dalam medium pekat dalam piring Petri, maka 15 g agar juga harus ditambahkan ke dalam campuran.

Ymm

Menyediakan medium YMM, anda perlu untuk setiap 1000 ml daripada jumlah keseluruhan: 10 g glukosa, 1 ml MgSO ₄ : 7H ₂ O penyelesaian (10 g / L), 1 ml CaCl ₂ penyelesaian (22 g / L ), 1 ml K ₂ HPO ₄ penyelesaian (22 g / L), 1 ml FeCl ₃ penyelesaian dalam 0.1 m HCl (2 g / L), 0.3% m / asid casamino v (amino asid dari hidrolisis kasein) dan larutan natrium glutamat 11% v / v.

Keadaan inkubasi

Keadaan inkubasi dari strain bakteria X. campestris harus 27 atau 28 ° C, dan dalam hal media kultur cair, pengadukan berterusan harus dikekalkan pada 200 putaran per minit (rpm).

Pengeluaran Xanthan

Sekiranya penghasilan xanthan dalam proses fermentasi diinginkan, glukosa, sukrosa, atau sirap jagung (antara 20 dan 40 g / L), antara nutrien lain yang menyediakan nitrogen, mesti disediakan sebagai sumber karbon.

Pengesanan aktiviti metabolik

Untuk mengesan kehadiran X. campestris dalam tisu tumbuhan, beberapa penyelidik mengesyorkan mengukur aktiviti metabolik, bukannya pertumbuhan mikrob dalam budaya makmal.

Pengukuran aktiviti metabolik telah dilakukan dengan menggunakan indikator daya maju melalui sistem pengangkutan elektron. Sebatian ini disebut tetrazolium dan garamnya menerima elektron dari hidrogen, menghasilkan formazan, bahan yang tidak larut dalam air. Oleh itu, penampilan di tengah formazan adalah petunjuk aktiviti metabolik sel.

Salah satu media kultur X. campestris untuk melakukan ujian daya maju ini mengandungi tetrazolium klorida (TTC), triphenyl tetrazolium klorida dan bahan tambahan lain seperti natrium klorida dan gula. Ini adalah media dengan zat berikut untuk jumlah keseluruhan 500 ml: 5 g peptone, 0,5 g kasein terhidrolisis, 2,5 g glukosa dan 8,5 g agar.

Patofisiologi

Bakteria X. campestris adalah agen penyebab banyak penyakit yang mempengaruhi daun tanaman hiasan (seperti Anthurium andreanum) dan kacang biasa (Phaseolus vulgaris L.). Mereka juga mempengaruhi buah buah batu, seperti almond, nektarin, ceri, pic, aprikot, plum, antara lain.

X. campestris diketahui mempengaruhi keluarga Brassicaceae atau salib, termasuk di antara 10 spesies fitopatogenik yang paling berbahaya untuk aktiviti pertanian, terutama di kawasan tropika.

Contohnya, X. campestris menyebabkan penyakit reput hitam pada kembang kol (Brassica oleracea), brokoli (B. napus), kubis Cina (B. pekinensis), lobak (B. rapa), mustard (B nigra), lobak (Rhaphanus sativus) dan kubis (B. fruticulosa).

Rajah 3. Daun yang terkena X. campestris. Sumber: David B. Langston, melalui Wikimedia Commons

Gejala yang dihasilkan oleh X. campestris pada mulanya muncul pada daun dan kemudian boleh muncul pada buah dan dahan. Mereka melibatkan bintik-bintik daun kekuningan yang tidak teratur dan bersudut (berdiameter 1 hingga 5 mm) yang dibatasi oleh urat yang akhirnya nekrotis.

Luka bakar dedaunan juga berlaku; bintik-bintik pada buah; layu vaskular dan kemunculan lesi klorotik atau nekrotik dalam bentuk "V".

Bintik-bintik itu muncul di tepi daun dan sekitar tengahnya. Kehilangan daun mungkin berlaku pada tanaman. Tompok-tompok hijau muncul pada buah-buahan yang menjadi nekrotik, dan juga boleh merekahnya. Kanker juga boleh berlaku.

Rujukan

Dow, JM, Crossman, L., Findlay, K., He, Y.-Q., Feng, J.-X., & Tang, J.-L. (2003). Penyebaran biofilm di Xanthomonas campestris dikawal oleh isyarat sel-sel dan diperlukan untuk virulensi penuh pada tanaman. Prosiding Akademi Sains Nasional, 100 (19), 10995–11000. doi: 10.1073 / pnas.1833360100
Hayward, AC, Swings, JG dan Civerolo, EL (1993). Xanthomonas. Springer Belanda. hlm 407.
Papagianni, M., Psomas, S., Batsilas, L., Paras, S., Kyriakidis, D. dan Liakopoulou-Kyriakides, M. (2001). Pengeluaran Xanthan oleh Xanthomonas campestris dalam budaya kumpulan. Proses Biokimia, 37 (1), 73-80. doi: 10.1016 / s0032-9592 (01) 00174-1
Rosalam, S., & England, R. (2006). Kajian semula pengeluaran gusi xanthan dari pati yang tidak dimodifikasi oleh Xanthomonas campestris Enzyme and Microbial Technology, 39 (2), 197–207. doi: 10.1016 / j.enzmictec.2005.10.019
Stewart, P. dan Globig, S. (2011). Fitopatologi pada tumbuh-tumbuhan. Akhbar Akademik Apple. hlm 334.

XANTHOMONAS CAMPESTRIS: PENERANGAN, PENANAMAN DAN PATOLOGI - BIOLOGI - 2026