Xanthomonas campestris
Uma página sobre o biológico microbiano do género Xanthomonas campestris
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Classificação
Cortesia do Fett & Cooke, ASM MicrobeLibrary
Taxas de ordem superior
Bactérias
Proteobactérias
Gamma Proteobactérias
Xanthomonadales
Xanthomonadaceae
Xanthomonas
Xanthomonas campestris
Espécie
NCBI: Taxonomia
Xanthomonas campestris
Descrição e significado
Xanthomonas campestris é uma haste aeróbica, Gram-negativa conhecida por causar a podridão negra em crucifixo, escurecendo os tecidos vasculares. Anfitrião associado, mais de 20 patovares diferentes de X. campestris foram identificados pela sua patogenicidade distinta numa vasta gama de plantas, incluindo culturas e plantas silvestres. Esta bactéria é mesófila com temperatura ótima a 25-30 graus Celsius (77-85 graus Fahrenheit) e inativa a temperaturas abaixo de 10 graus Celsius (50 graus Fahrenheit). X. campestris tem resposta hipersensível e pili patogênica (Hrp) que ajudam a transferir proteínas efetoras para diminuir a defesa do hospedeiro e deslizar através da água . Eles podem viver no solo por mais de um ano e se espalhar através de qualquer movimento de água, incluindo a chuva, irrigação e água superficial. Pulverizar plantas saudáveis com fungicidas de cobre pode reduzir a propagação das bactérias no campo . No entanto, uma vez que a planta tenha sido infectada, X. campestris acabará por se espalhar no caule da semente, inibindo o crescimento de uma descendência saudável.
Por fermentação de cultura pura, X. campestris pode produzir um polissacarídeo extracelular conhecido como goma xantana que é comercialmente fabricada como um agente estabilizante usado em muitos produtos do dia-a-dia, incluindo curativos para salada ou pasta de dentes . X. campestris é um organismo modelo para estudar as interacções entre a planta e as bactérias. Devido ao déficit nas colheitas, mais pesquisas sobre esta bactéria estão em andamento na esperança de aprender como tornar as plantas resistentes a este patógeno.
Estrutura genómica
As estruturas genómicas do X. campestris contêm variações dependendo dos pathovars. No entanto, as diferentes estirpes de X. campestris exibem características semelhantes como cromossomas circulares, os elementos genéticos móveis e as sequências de codificação de proteínas . Em 2002, o genoma completo de X. campestris pv campestris (Xcc) str. ATCC 33913 foi completado contendo mais de 5.076.188 nucleotídeos que codificam mais de 4200 codificação protéica e 61 RNAs estruturais . Com mais de 548 sequências únicas de codificação, a X. campestris pv. vesicatoria (Xcv) é composta por um cromossoma circular de 5,17-Mb, quatro plasmídeos, e um sistema essencial de secreção de proteína tipo III para a patogenicidade . Usando a Tecnologia de Expressão In Vivo Recominbase-based para o tomate-alvo, Xcv tem 61 genes que estão envolvidos na interação entre o patógeno e o hospedeiro, incluindo um transportador de virulência necessário, o gene homologue citH .
Estrutura celular e metabolismo
X. campestris é uma bactéria Gram-negativa em forma de bastão caracterizada por suas duas paredes celulares e pigmento amarelo. Tem uma estrutura filamentosa chamada resposta hipersensível e patogénica (Hrp) pili que está ligada ao sistema de secreção de proteínas tipo III implementando a capacidade de transferir proteínas bacterianas para a planta e também a motilidade na água .
Esta bactéria aeróbica executa uma série de vias metabólicas que são exclusivamente dependentes do patovar. Todo o sequenciamento genético do Xcv exibe metabolismos de carboidratos que incluem: Glicólise/Gluconeogênese, ciclo do citrato (ciclo TCA), caminho do fosfato de pentose, e muito mais. Xcv ganha sua fonte de energia através da fosforilação oxidativa, fixação de carbono, metano, nitrogênio e metabolismo de enxofre.
X. campestris adquire carbono do hospedeiro convertendo-o em glicose através da gluconeogênese. Pesquisas posteriores mostraram que na gluconeogênese, o Xcc contém apenas a via enzima-PpsA, essencial para a virulência . Além disso, este patógeno vegetal contém um sistema de secreção do tipo III (TTSS) que é necessário para atacar o hospedeiro . O TTSS é importante na patogênese porque transfere proteínas efetoras para diminuir a defesa do hospedeiro. Criando biofilme em superfícies vegetais, X. campestris exemplifica a comunicação célula-célula através do fator de sinal difusível (DSF). .
Possuindo a capacidade de fermentar, X. campestris cria um polissacarídeo extracelular, xantana, que é comercialmente produzido e utilizado numa variedade de produtos do dia-a-dia como agente estabilizante . Veja Aplicação à Biotecnologia para mais detalhes.
Ecologia
X. campestris causa grande perda na agricultura devido ao seu habitat nas plantas. Pode viver no solo por mais de um ano e se espalhar através da irrigação aérea e águas superficiais . Esta bactéria prospera particularmente durante as estações húmidas e quentes, com temperaturas óptimas a 25-30 graus Celsius (77-85 graus Fahrenheit) . X. Campestris depende da água para a sobrevivência e o movimento para o próximo hospedeiro. Devido à contaminação durante as operações culturais, as plantas afectadas ocorrem geralmente nas mesmas filas quando cultivadas . Ver patologia para mais detalhes.
Patologia
X. campestris pode ser manchada pelas lesões negras que se desenvolvem nas superfícies das plantas quando contaminadas. O patógeno interage primeiro com o hospedeiro secretando um conjunto de proteínas efetoras, incluindo a reação hipersensível usando o sistema de secreção tipo III (TTSS) . Estes efectores podem comportar-se de forma avirulenta, disfarçando-se para secretar várias reacções hipersensíveis e proteínas externas, de modo a que a interacção com as células hospedeiras ocorra. X. campestris então visa o tecido vascular causando escurecimento e clorose marginal da folha . A bactéria infiltra-se na folha em direção aos estômagos, aos métodos de hidratação e às células epidérmicas, iniciando nova lesão . Uma infecção grave ocorre em uma muda jovem. Como a doença avança em toda a planta, o caule principal não se pode formar, o desenvolvimento do retardamento do desenvolvimento e o escurecimento das veias. Eventualmente, as bactérias proliferam por todo o sistema vascular e para o talo da semente causando a infecção da semente de doenças futuras .
Aparecendo mais durante as estações úmidas, X. campestris possui pili que acomoda um movimento de deslizamento através das folhas úmidas. Cobrindo uma área afetada em numerosos números, uma vez que uma planta está doente, o patógeno se espalhará em qualquer forma de movimento da água, incluindo salpicos de gota de chuva para um novo hospedeiro . Além disso, o grupo de genes Rpf também é crucial para a patogênese, para que X. campestris modere a produção destes fatores virulentos .
Aplicação à Biotecnologia
X. campestris fermenta um agente estabilizador chamado goma xantana que é usada em muitos produtos do dia-a-dia. Foi produzido pela primeira vez comercialmente na Kelco Company, uma grande empresa farmacêutica. Este polissacarídeo é um ingrediente em produtos como o molho francês Kraft, alimentos Weight Watchers, produtos Wonder Bread, e muito mais . Da fermentação de carboidratos por X. campestris, a característica pseudoplástica da goma xantana, facilmente misturada, permite que ele seja usado como espessante, aumentando a viscosidade de um líquido . Além disso, a goma xantana também prolonga os poços de petróleo e gás, mesmo após a produção. Seja bombeada para o solo ou usando jacto de areia de alta pressão, misturando água e goma xantana nos poços ajudará a espessar o líquido para libertar produtos brutos de petróleo e cortar através de rochas em poços de gás e petróleo. A goma xantana custa $7 por libra em comparação ao amido de milho por 89 cêntimos por libra .
Pesquisa atual
8.1 Controle biológico com cepas de Bacillus
Sequenciamento genômico está sendo feito em busca dos genes essenciais necessários para o desenvolvimento de plantas resistentes. Um experimento foi feito usando cepas de Bacillus incluindo B. cereus, B. lentimorbus, e B. pumilus como rival para o patógeno Xcc na couve. Evidências mostraram alguma esperança para controle biológico quando a cepa Bacillus foi adicionada nas raízes .
8.2 Rede reguladora para comunicação celular
Estudos recentes demonstram que X. campestris usa o fator de sinal difusível (DSF) para comunicação celular. Para que as microcolônias formem um biofilme estruturado, a síntese do FDSE é necessária a partir da regulação do cluster do fator de patogenicidade (Rpf). O cluster Rpf contém os genes necessários para que a patogênese ocorra. Sem a sinalização crítica do DSF, o Xcc criará um biofilme não estruturado de bactérias. Mais pesquisas estão sendo conduzidas para entender como a rede regulatória está sendo monitorada .
8.3 Variação genética em crucifixo selvagem
Pesquisadores encontraram diversidade genética no Xcc em crucifixo selvagem. Com as mais diversas e abundantes plantas cruciféreras selvagens do mundo, foram feitos estudos na Califórnia para encontrar quaisquer diferenças nas linhagens genéticas do Xcc em ervas daninhas silvestres infectadas. Tanto de áreas não cultivadas como não cultivadas, o Xcc foi isolado de diferentes regiões da Califórnia. Usando Amplified fragmgment length polymorphism PCR (AFLP) para identificar a variação genética nas estirpes, mais de 72 estirpes foram sequenciadas para mostrar 7 genótipos únicos que estavam limitados aos seus respectivos locais. As ervas daninhas selvagens não cultivadas perto da costa tinham estirpes de Xcc que eram específicas da região e diferentes das ervas daninhas cultivadas perto das áreas de cultivo produzidas.
Referência
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Edited by Tammie Chau, student of Rachel Larsen