XANTHOMONAS CAMPESTRIS: DESKRIPSI, BUDIDAYA DAN PATOLOGI - BIOLOGI - 2025

Xanthomonas campestris merupakan salah satu spesies dari proteobacteria (kelas: Gamma Proteobacteria, ordo: Xantomonadales, family: Xanthomonadaceae) fitopatogenik yang mempengaruhi tanaman penting.

X. campestris menghadirkan fase epifit pada tanaman yang tidak membahayakannya. Fase ini terjadi sebelum infeksi, terjadi saat bakteri berkembang biak karena variasi lingkungan yang menguntungkan. Infeksi oleh spesies ini menyebabkan berbagai gejala pada tanaman yang terinfeksi yang pada akhirnya dapat merosot hingga mati.

Gambar 1. Gejala yang disebabkan oleh infeksi X. campestris. Sumber: penulis Ninjatacoshell, Wikimedia Commons.

X. campestris juga terkenal untuk menghasilkan biopolimer xanthan gum atau xanthan, suatu polisakarida yang diekskresikan ke media (eksopolisakarida) dan meningkatkan viskositas larutan berair.

Exopolysaccharide xanthan adalah produk sampingan komersial penting pertama yang dihasilkan oleh proses fermentasi pati jagung. Saat ini diproduksi dalam jumlah besar dan memiliki banyak aplikasi karena karakteristiknya sebagai pengental dan pengemulsi. Xanthan digunakan dalam industri makanan, farmasi, kosmetik, pertanian, dan minyak.

Deskripsi

Xanthomonas campestris adalah gram negatif, obligat aerobik, basil saprofit fakultatif. Ia bergerak, lebar antara 0,2 dan 0,6 µm, dan antara 0,8 dan 2,9 µm. Ia dapat muncul sebagai individu soliter atau membentuk filamen, dikelilingi oleh xanthan, eksopolisakarida yang mereka hasilkan.

Xanthan mendukung pembentukan biofilm X. campestris dan juga memberikan tindakan perlindungan pada komunitas yang dibentuk dalam struktur ini, ketika terjadi perubahan suhu, pH, radiasi ultraviolet, variasi osmotik yang nyata, dan / atau penurunan kelembaban.

Interaksi dengan tanaman

Spesies ini memiliki beberapa mekanisme untuk menghindari respon pertahanan dari tanaman yang diinfeksinya. Penghalang pertama tanaman terhadap infeksi bakteri adalah dinding sel dan permukaan zat dengan aktivitas antimikroba.

X. campestris dapat menginfeksi tanaman melalui daun stomata (pori-pori tempat terjadi pertukaran gas dengan lingkungan), hidatodanya (sejenis stoma tempat keluarnya air berlebih), atau melalui luka yang ada.

Tanaman umumnya menutup stomata ketika diserang mikroorganisme. Namun, X. campestris menghasilkan faktor virulensi yang mencegah penutupan stomata, sehingga mendukung masuknya lebih banyak bakteri ke dalam tanaman dari lingkungan luar.

Ketika bakteri berada di dalam tumbuhan, mereka mencegah pengangkutan air, dengan menghalangi jaringan pembuluh darah. Akibatnya daun nekrosis dan bagian yang terinfeksi menjadi layu.

Selain itu, X. campestris menghasilkan senyawa yang disebut siklik netral β- (1,2) glukan yang mencegah ekspresi gen pertahanan pada tanaman. Senyawa ini dapat dikaitkan dengan ruang periplasmik bakteri atau dapat diekskresikan ke lingkungan ekstraseluler, mendukung mobilitas bakteri, virulensinya, dan pembentukan biofilm.

Xanthan

Xanthan yang diproduksi oleh Xanthomonas bertindak sebagai faktor virulensi, menekan respon imun tanaman yang terinfeksi dan meningkatkan kapasitas infeksi bakteri.

Xanthan adalah polisakarida yang terdiri dari unit 5 gula yang diulang (2 glukosa, 2 mannosis dan 1 asam glukuronat) dan berpolimerisasi.

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

Isolasi dari

X. campestris pv. campestris dapat diisolasi dari jaringan daun yang memiliki bintik berbentuk "V" atau dari jaringan pembuluh darah yang rusak, atau leher tanaman, yaitu dari area tanaman yang terluka.

Untuk mendapatkan strain X. campestris, dipilih daerah luka sebagai sampel (bercak daun atau buah atau kanker). Jika tidak ada kerusakan pada tanaman, jaringan yang paling rentan rusak diambil sebagai sampel, dan dianalisis dengan media kultur dan teknik polymerase chain reaction (PCR).

Media budaya

Di antara media kultur yang digunakan adalah sebagai berikut:

Susu tween

Untuk isolasi awal mikroorganisme dari sampel jaringan tanaman, media Milk Tween (MT) dapat diaplikasikan:

10 ml susu skim, 0,25 g CaCl ₂ , 10 g pepton protease No.3, 15 g Bacto agar, 0,5 g tirosin, 10 ml Tween 80, 80 mg cephalexin (dalam 2 ml NaOH 4%), 200 g sikloheksimida (dalam 2 ml metanol 75%), 100 mg vankomisin (dalam 1 ml air suling).

Larutan susu skim, cephalexin, cycloheximide, dan vankomisin harus disterilkan dengan filter dan ditambahkan ke media pada suhu 50 ° C.

King's B

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

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 gliserol, 700 air suling.

Media harus dipanaskan hingga 80 ° C sambil diaduk, dibuat hingga 1 L dengan air suling dan dihomogenisasi, dan pH harus disesuaikan menjadi 7,2. Sterilkan pada 121 ° C selama 15 menit.

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

Gambar 2. Kultur Xanthomonas dalam medium padat. Sumber: Jarober3, melalui Wikimedia Commons

PYM

Untuk menyiapkan PYM, untuk setiap 1000 ml volume total, Anda harus menambahkan: 10 g glukosa, 5 g ekstrak pepton, 3 g ekstrak malt dan 3 g ragi.

Jika Anda ingin menumbuhkan media padat dalam cawan Petri, 15 g agar-agar juga harus ditambahkan ke dalam campuran.

Ymm

Untuk menyiapkan media YMM, Anda membutuhkan setiap 1000 ml volume total: 10 g glukosa, 1 ml larutan MgSO ₄ : 7H ₂ O (10 g / L), 1 ml larutan CaCl ₂ (22 g / L ), 1 ml larutan K ₂ HPO ₄ (22 g / L), 1 ml larutan FeCl ₃ dalam 0,1 M HCl (2 g / L), 0,3% m / v asam casamino (asam amino dari hidrolisis kasein) dan 11% v / v larutan natrium glutamat.

Kondisi inkubasi

Kondisi inkubasi strain bakteri X. campestris harus 27 atau 28 ° C, dan dalam kasus media kultur cair, pengadukan harus dipertahankan pada 200 putaran per menit (rpm).

Produksi Xanthan

Jika produksi xanthan dalam proses fermentasi diinginkan, glukosa, sukrosa, atau sirup jagung (antara 20 dan 40 g / L), di antara nutrisi lain yang menyediakan nitrogen, harus disediakan sebagai sumber karbon.

Deteksi aktivitas metabolik

Untuk mendeteksi keberadaan X. campestris yang layak dalam jaringan tanaman, beberapa peneliti merekomendasikan pengukuran aktivitas metabolik, daripada pertumbuhan mikroba dalam kultur laboratorium.

Pengukuran aktivitas metabolik dilakukan dengan menggunakan indikator viabilitas melalui sistem transpor elektron. Senyawa ini disebut tetrazolium dan garamnya menerima elektron dari hidrogen, menghasilkan formazan, zat yang tidak larut dalam air. Dengan demikian, kemunculan formazan di tengah merupakan indikator aktivitas metabolisme seluler.

Salah satu media kultur X. campestris untuk melakukan uji viabilitas ini mengandung tetrazolium klorida (TTC), trifenil tetrazolium klorida dan zat aditif lain seperti natrium klorida dan gula. Ini adalah media dengan zat berikut untuk total volume 500 ml: 5 g pepton, 0,5 g kasein terhidrolisis, 2,5 g glukosa dan 8,5 g agar.

Patofisiologi

Bakteri X. campestris merupakan agen penyebab berbagai penyakit yang menyerang daun tanaman hias (seperti Anthurium andreanum) dan kacang-kacangan (Phaseolus vulgaris L.). Mereka juga mempengaruhi buah buah batu, seperti almond, nectarine, cherry, peach, apricot, plum, dan lainnya.

X. campestris diketahui mempengaruhi suku Brassicaceae atau silangan, termasuk di antara 10 spesies fitopatogenik yang paling berbahaya bagi kegiatan pertanian, terutama di daerah tropis.

Misalnya, X. campestris menyebabkan penyakit busuk hitam pada kembang kol (Brassica oleracea), brokoli (B. napus), sawi putih (B. pekinensis), lobak (B. rapa), sawi (B nigra), lobak (Rhaphanus sativus) dan kubis (B. fruticulosa).

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

Gejala yang dihasilkan oleh X. campestris awalnya muncul pada daun dan kemudian dapat muncul pada buah dan cabang. Mereka melibatkan bintik-bintik daun kekuningan yang tidak teratur dan bersudut (diameter 1 sampai 5 mm) yang dibatasi oleh pembuluh darah yang akhirnya nekrotikan.

Luka bakar pada daun juga terjadi; bintik-bintik pada buah; layu vaskular dan munculnya lesi klorotik atau nekrotik dalam bentuk "V".

Bercak muncul di tepi daun dan mengelilingi pelepahnya. Kehilangan daun dapat terjadi pada tanaman. Bintik-bintik hijau muncul pada buah yang menjadi nekrotik, dan mungkin juga memecahkannya. Kanker juga bisa terjadi.

Referensi

1. Dow, JM, Crossman, L., Findlay, K., He, Y.-Q., Feng, J.-X., & Tang, J.-L. (2003). Penyebaran biofilm di Xanthomonas campestris dikendalikan oleh pensinyalan sel-sel dan diperlukan untuk virulensi penuh pada tanaman. Prosiding National Academy of Sciences, 100 (19), 10995–11000. doi: 10.1073 / pnas.1833360100
2. Hayward, AC, Swings, JG dan Civerolo, EL (1993). Xanthomonas. Springer Belanda. hlm 407.
3. Papagianni, M., Psomas, S., Batsilas, L., Paras, S., Kyriakidis, D. dan Liakopoulou-Kyriakides, M. (2001). Produksi Xanthan oleh Xanthomonas campestris dalam kultur batch. Proses Biokimia, 37 (1), 73-80. doi: 10.1016 / s0032-9592 (01) 00174-1
4. Rosalam, S., & England, R. (2006). Review produksi getah xanthan dari pati yang tidak dimodifikasi oleh Enzim Xanthomonas campestris dan Teknologi Mikroba, 39 (2), 197-207. doi: 10.1016 / j.enzmictec.2005.10.019
5. Stewart, P. dan Globig, S. (2011). Fitopatologi pada tumbuhan. Apple Academic Press. hlm 334.