XANTHOMONAS CAMPESTRIS: DESCRIZIONE, COLTIVAZIONE E PATOLOGIE - BIOLOGIA - 2025

Xanthomonas campestris è una specie di proteobatteri (classe: Gamma Proteobacteria, ordine: Xantomonadales, famiglia: Xanthomonadaceae) fitopatogena che colpisce importanti colture.

X. campestris presenta una fase epifita sulla pianta in cui non la danneggia. Questa fase è precedente all'infezione, si genera quando i batteri proliferano a causa di variazioni ambientali favorevoli. L'infezione da questa specie causa una varietà di sintomi nella pianta infetta che possono eventualmente degenerare fino alla morte.

Figura 1. Sintomi causati dall'infezione da X. campestris. Fonte: autore Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris è anche ben noto per la produzione del biopolimero xanthan gum o xanthan, un polisaccaride che espelle nel mezzo (esopolisaccaride) e aumenta la viscosità delle soluzioni acquose.

L'esopolisaccaride xantano è stato il primo sottoprodotto commercialmente importante generato dai processi di fermentazione degli amidi di mais. Attualmente viene prodotto in grandi quantità e trova molte applicazioni grazie alle sue caratteristiche di addensante ed emulsionante. Lo xantano è utilizzato, tra l'altro, nell'industria alimentare, farmaceutica, cosmetica, agricola e petrolifera.

Descrizione

Xanthomonas campestris è un bacillo saprofita facoltativo, gram-negativo, aerobico obbligato. È mobile, con una larghezza compresa tra 0,2 e 0,6 µm e una lunghezza compresa tra 0,8 e 2,9 µm. Può apparire come un individuo solitario o formare filamenti, circondato da xantano, l'esopolisaccaride che producono.

Lo xantano favorisce la formazione dei biofilm di X. campestris ed esercita inoltre un'azione protettiva sulle comunità insediate in questa struttura, quando si verificano sbalzi di temperatura, pH, radiazioni ultraviolette, marcate variazioni osmotiche e / o diminuzione dell'umidità.

Interazione con la pianta

Questa specie ha diversi meccanismi per eludere le risposte di difesa delle piante che infetta. La prima barriera della pianta contro un'infezione batterica è la parete cellulare e le sostanze superficiali con attività antimicrobica.

X. campestris può infettare la pianta attraverso i suoi stomi fogliari (pori in cui avviene lo scambio di gas con l'ambiente), i suoi idatodi (un tipo di stomia attraverso cui trasuda l'acqua in eccesso) o attraverso le ferite esistenti.

Le piante generalmente chiudono i loro stomi quando vengono attaccate da microrganismi. Tuttavia, X. campestris produce un fattore di virulenza che impedisce la chiusura degli stomi, favorendo così l'ingresso di più batteri nella pianta dall'ambiente esterno.

Quando i batteri sono all'interno della pianta, impediscono il trasporto dell'acqua, ostruendo i tessuti vascolari. Il risultato è la necrosi delle foglie e l'appassimento delle parti infette.

Inoltre, X. campestris produce un composto chiamato β- (1,2) glucano ciclico neutro che impedisce l'espressione dei geni di difesa nella pianta. Questi composti possono essere associati allo spazio periplasmatico batterico oppure possono essere escreti nell'ambiente extracellulare, favorendo la mobilità dei batteri, la sua virulenza e la formazione di biofilm.

Xanthan

Lo xantano prodotto dallo Xanthomonas agisce come un fattore di virulenza, sopprimendo la risposta immunitaria della pianta infetta e aumentando l'infettività dei batteri.

Lo xantano è un polisaccaride costituito da unità di 5 zuccheri che si ripetono (2 glucosi, 2 mannosi e 1 acido glucuronico) e polimerizzano.

La sintesi dello xantano dipende da un operone chiamato cluster gum (un insieme di geni che costituiscono un'unità funzionale), che ha 12 geni che sono sotto il controllo di una singola regione del promotore.

Isolamento di

X. campestris pv. campestris può essere isolato dal tessuto fogliare che ha macchie a forma di "V" o dal tessuto vascolare danneggiato, o dal collo della pianta, cioè dalle aree danneggiate della pianta.

Per ottenere i ceppi di X. campestris, l'area lesa viene selezionata come campione (macchie di foglie o frutti o cancro). Se non si osservano lesioni nella pianta, il tessuto più suscettibile di essere danneggiato viene prelevato come campione e analizzato mediante terreni di coltura e mediante la tecnica della reazione a catena della polimerasi (PCR).

Strumenti della cultura

Tra i terreni di coltura utilizzati ci sono i seguenti:

Interpolazione di latte

Per un isolamento iniziale di microrganismi da campioni di tessuto vegetale, è possibile applicare il terreno Milk Tween (MT):

10 ml di latte scremato, 0,25 g di CaCl ₂ , 10 g di peptone proteasi n. 3, 15 g di Bacto agar, 0,5 g di tirosina, 10 ml di Tween 80, 80 mg di cefalexina (in 2 ml di NaOH a 4%), 200 g di cicloesimide (in 2 ml di metanolo al 75%), 100 mg di vancomicina (in 1 ml di acqua distillata).

Le soluzioni di latte scremato, cefalexina, cicloesimide e vancomicina devono essere sterilizzate con filtro e aggiunte al terreno a 50 ° C.

King's B

Dopo aver lasciato crescere le colonie batteriche nella MT, quelle più simili a X. campestris (colonie di pigmentazione gialla a 72 e 120 ore di coltura) possono essere trasferite al terreno King's B:

20 g di peptone proteasi n. 3, 20 g di agar agar, 1,5 g di K ₂ HPO _4, 1,5 g di MgSO ₄ x / H ₂ O, 10 ml di glicerolo, 700 di acqua distillata.

Il terreno deve essere riscaldato a 80 ° C con agitazione, portato a 1 L con acqua distillata e omogeneizzato, e il pH deve essere regolato a 7,2. Sterilizzare a 121 ° C per 15 minuti.

Il ricco mezzo di coltura PYM o YMM è stato utilizzato anche nella coltura di X. campestris.

Figura 2. Cultura di Xanthomonas in mezzo solido. Fonte: Jarober3, tramite Wikimedia Commons

PYM

Per preparare il PYM, per ogni 1000 ml di volume totale aggiungere: 10 g di glucosio, 5 g di estratto di peptone, 3 g di estratto di malto e 3 g di lievito.

Se si desidera crescere in un terreno solido in piastre Petri, aggiungere alla miscela anche 15 g di agar.

Ymm

Per preparare il terreno YMM, sono necessari per ogni 1000 ml di volume totale: 10 g di glucosio, 1 ml di soluzione MgSO ₄ : 7H ₂ O (10 g / L), 1 ml di una soluzione di CaCl ₂ (22 g / L ), 1 ml di una soluzione K ₂ HPO ₄ (22 g / L), 1 ml di una soluzione di FeCl ₃ in HCl 0,1 M (2 g / L), casaminoacidi 0,3% m / v (amminoacidi da idrolisi della caseina) e 11% v / v di soluzione di glutammato di sodio.

Condizioni di incubazione

Le condizioni di incubazione dei ceppi batterici di X. campestris devono essere 27 o 28 ° C e, nel caso di terreni di coltura liquidi, l'agitazione continua deve essere mantenuta a 200 giri al minuto (rpm).

Produzione di Xanthan

Se si desidera la produzione di xantano in un processo di fermentazione, glucosio, saccarosio o sciroppo di mais (tra 20 e 40 g / L), tra gli altri nutrienti che forniscono azoto, devono essere forniti come fonte di carbonio.

Rilevazione dell'attività metabolica

Per rilevare la presenza di X. campestris vitale nel tessuto vegetale, alcuni ricercatori raccomandano di misurare l'attività metabolica, piuttosto che la crescita microbica nella coltura di laboratorio.

La misurazione dell'attività metabolica è stata effettuata utilizzando un indicatore di vitalità attraverso il sistema di trasporto degli elettroni. Questo composto è chiamato tetrazolio ei suoi sali accettano elettroni dall'idrogeno, generando formazano, una sostanza insolubile in acqua. Pertanto, l'aspetto nel mezzo del formazano è un indicatore dell'attività metabolica cellulare.

Uno dei terreni di coltura X. campestris per eseguire questo test di vitalità contiene cloruro di tetrazolio (TTC), cloruro di trifenil tetrazolio e altri additivi come cloruro di sodio e zuccheri. È un terreno con le seguenti sostanze per un volume totale di 500 ml: 5 g di peptone, 0,5 g di caseina idrolizzata, 2,5 g di glucosio e 8,5 g di agar.

Fisiopatologia

Il batterio X. campestris è l'agente eziologico di numerose malattie che colpiscono le foglie di piante ornamentali (come l'Anthurium andreanum) e il fagiolo comune (Phaseolus vulgaris L.). Influenzano anche i frutti di drupacee, come mandorle, nettarine, ciliegia, pesca, albicocca, prugna, tra gli altri.

X. campestris è noto per influenzare la famiglia delle Brassicaceae o delle crocifere, essendo tra le 10 specie fitopatogene più pericolose per l'attività agricola, in particolare ai tropici.

Ad esempio, X. campestris causa la malattia del marciume nero in cavolfiore (Brassica oleracea), broccoli (B. napus), cavolo cinese (B. pekinensis), rapa (B. rapa), senape (B nigra), ravanello (Rhaphanus sativus) e cavolo cappuccio (B. fruticulosa).

Figura 3. Foglia affetta da X. campestris. Fonte: David B. Langston, tramite Wikimedia Commons

I sintomi prodotti da X. campestris compaiono inizialmente sulle foglie e poi possono comparire su frutti e rami. Coinvolgono macchie fogliari giallastre irregolari e angolari (da 1 a 5 mm di diametro) limitate dalle vene che alla fine vengono necrotizzate.

Si verificano anche ustioni fogliari; macchie sui frutti; avvizzimento vascolare e comparsa di lesioni clorotiche o necrotiche a forma di "V".

Le macchie appaiono sui bordi delle foglie e intorno alla sua costa centrale. La perdita di foglie può verificarsi sulla pianta. Sui frutti compaiono macchie verdi che diventano necrotiche e possono anche spezzarle. Possono anche verificarsi ulcera.

Riferimenti

1. Dow, JM, Crossman, L., Findlay, K., He, Y.-Q., Feng, J.-X., & Tang, J.-L. (2003). La dispersione del biofilm in Xanthomonas campestris è controllata dalla segnalazione cellula-cellula ed è necessaria per la piena virulenza alle piante. Atti della National Academy of Sciences, 100 (19), 10995-11000. doi: 10.1073 / pnas.1833360100
2. Hayward, AC, Swings, JG e Civerolo, EL (1993). Xanthomonas. Springer Paesi Bassi. pagg 407.
3. Papagianni, M., Psomas, S., Batsilas, L., Paras, S., Kyriakidis, D. e Liakopoulou-Kyriakides, M. (2001). Produzione di xantano da Xanthomonas campestris in colture batch. Process Biochemistry, 37 (1), 73-80. doi: 10.1016 / s0032-9592 (01) 00174-1
4. Rosalam, S., & England, R. (2006). Revisione della produzione di gomma xantana da amidi non modificati da Xanthomonas campestris Enzyme and Microbial Technology, 39 (2), 197–207. doi: 10.1016 / j.enzmictec.2005.10.019
5. Stewart, P. e Globig, S. (2011). Fitopatologia nelle piante. Apple Academic Press. pagg. 334.