Factors affecting biosynthesis by Xanthomonas albilineans of albicidin antibiotics and phytotoxins

Albicidins are important factors in systemic pathogenesis by Xanthomonas albilineans, which causes the devastating leaf scald disease of sugar cane. They ale also of substantial interest as antibiotics that selectively block prokaryote DNA replication. Albicidin biosynthesis is highly sensitive to medium composition. An optimized, chemically defined medium (SMG3) yielded 30-fold more albicidin from half the accumulated biomass, relative to sucrose peptone (SP) medium. Phosphate starvation stimulated albicidin production in SMG3 and SP media. Addition of other amino acids, ammonium ions or peptones to the defined medium increased the growth rate of X albilineans XA3, but differentially inhibited albicidin biosynthesis. Knowledge of these factors indicates new approaches to understanding mechanisms of pathogenesis and resistance to sugar cane leaf scald disease, and to strain improvement for production of albicidin antibiotics.

Analysis of the genes flanking xabB: a methyltransferase gene is involved in albicidin biosynthesis in Xanthomonas albilineans

Transposon mutagenesis and complementation studies previously identified a gene (xabB) for a large (526 kDa) polyketide-peptide synthase required for biosynthesis of albicidin antibiotics and phytotoxins in the sugarcane leaf scald pathogen Xanthomonas albilineans. A cistron immediately downstream from xabB encodes a polypeptide of 343 aa containing three conserved motifs characteristic of a family of S-adenosyl-L-methionine (SAM)-dependent O-methyltransferases. Insertional mutagenesis and complementation indicate that the product of this cistron (designated xabC) is essential for albicidin production, and that there is no other required downstream cistron. The xab promoter region is bidirectional, and insertional mutagenesis of the first open reading frame (ORF) in the divergent gene also blocks albicidin biosynthesis. This divergent ORF (designated thp) encodes a protein of 239 aa displaying high similarity to several IS21-like transposition helper proteins. The thp cistron is not located in a recognizable transposon, and is probably a remnant from a past transposition event that may have contributed to the development of the albicidin biosynthetic gene cluster. Failure of 'in trans' complementation of rhp indicates that a downstream cistron transcribed with thp is required for albicidin biosynthesis. (C) 2000 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Characterization of the acyl carrier protein gene and the fab gene locus in Xanthomonas albilineans

A genomic region containing the fatty acid biosynthetic (fab) genes was isolated from the sugarcane leaf-scald pathogen Xanthomonasalbilineans. The order and predicted products of fabG (beta -ketoacyl reductase), acpP (acyl carrier protein), fabF(ketoacyl synthase II) and downstream genes in X. albilineans are very similar to those in Escherichia coli, with one exception. Sequence analysis, confirmed by insertional knockout and specific substrate feeding experiments, shows that the position occupied by pabC (encoding aminodeoxychorismate lyase) in other bacteria is occupied instead by pabB (encoding aminodeoxychorismate synthase component I) in X. albilineans. Downstream of pabB, X. albilineans resumes the arrangement common to characterized Gram-negative bacteria, with three transcriptionally coupled genes, encoding an ORF340 protein of undefined function, thymidylate kinase and delta' subunit of DNA polymerase III holoenzyme (HolB). Different species may obtain a common advantage from coordinated regulation of the same biosynthetic pathways using different genes in this region. (C) 2000 Federation of European Microbiological Societies. Published by Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Mechanisms of biocontrol by Pantoea dispersa of sugar cane leaf scald disease caused by Xanthomonas albilineans

Albicidins, a family of phytotoxins and antibiotics produced by Xanthomonas albilineans, are important in sugar cane leaf scald disease development. The albicidin detoxifying bacterium Pantoea dispersa (syn. Erwinia herbicola) SB1403 provides very effective biocontrol against leaf scald disease in highly susceptible sugar cane cultivars. The P. dispersa gene (albD) for enzymatic detoxification of albicidin has recently been cloned and sequenced. To test the role of albicidin detoxification in biocontrol of leaf scald disease, albD was inactivated in P. dispersa by site-directed mutagenesis. The mutants, which were unable to detoxify albicidin, were less resistant to the toxin and less effective in biocontrol of leaf scald disease than their parent strain. This indicates that albicidin detoxification contributes to the biocontrol capacity of P. dispersa against X. albilineans. Rapid growth and ability to acidify media are other characteristics likely to contribute to the competitiveness of P. dispersa against X. albilineans at wound sites used to invade sugar cane.

Genes for albicidin biosynthesis and resistance span at least 69 kb in the genome of Xanthomonas albilineans

All Tn5 insertion mutants of Xanthomonas albilineans, the cause of leaf scald disease of sugar cane, which failed to produce albicidin antibiotics failed to cause chlorosis in inoculated sugar cane but- remained resistant to albicidin. Southern analysis revealed that mutants deficient in albicidin production carried the transposon on different chromosomal restriction fragments spanning at least: 50 kb in the X. albilineans genome, which is larger than any reported cluster of genes involved in the production of a bacterial phytotoxin. Albicidin-resistant cosmid clones from a Tox(-) Tn5 insertion mutant did not carry the transposon, and the subcloned albicidin resistance gene did not hybridize to any of the restriction fragments carrying Tn5 in the Tox(-) mutants, indicating that the albicidin biosynthesis and resistance genes are not closely linked in X. albilineans.

The gene for albicidin detoxification from Pantoea dispersa encodes an esterase and attenuates pathogenicity of Xanthomonas albilineans to sugarcane

Albicidin phytotoxins are pathogenicity factors in a devastating disease of sugarcane known as leaf scald, caused by Xanthomonas albilineans. A gene (albD) from Pantoea dispersa has been cloned and sequenced and been shown to code for a peptide of 235 amino acids that detoxifies albicidin, The gene shows no significant homology at the DNA or protein level to any known sequence, but the gene product contains a GxSxG motif that is conserved in serine hydrolases, The AlbD protein, purified to homogeneity by means of a glutathione S-transferase gene fusion system, showed strong esterase activity on p-nitrophenyl butyrate and released hydrophilic products during detoxification of albicidins. AlbD hydrolysis of p-nitrophenyl butyrate and detoxification of albicidins required no complex cofactors, Both processes were strongly inhibited by phenylmethylsulfonyl fluoride, a serine enzyme inhibitor, These data strongly suggest that AlbD is an albicidin hydrolase, The enzyme detoxifies albicidins efficiently over a pH range from 5.8 to 8.0, with a broad temperature optimum from 15 to 35 degrees C, Expression of albD in transformed X. albilineans strains abolished the capacity to release albicidin toxins and to incite disease symptoms in sugarcane, The gene is a promising candidate for transfer into sugarcane to confer a form of disease resistance.

A multifunctional polyketide-peptide synthetase essential for albicidin biosynthesis in Xanthomonas albilineans

Albicidins, a family of potent antibiotics and phytotoxins produced by the sugarcane leaf scald pathogen Xanthomonas albilineans, inhibit DNA replication in bacteria and plastids. A gene located by Tn5-tagging was confirmed by complementation to participate in albicidin biosynthesis. The gene (xabB) encodes a large protein (predicted Mr 525695), with a modular architecture indicative of a multifunctional polyketide synthase (PKS) linked to a non-ribosomal peptide synthetase (NRPS). At 4801 amino acids in length, XabB is the largest reported PKS–NRPS. Twelve catalytic domains in this multifunctional enzyme are arranged in the order N terminus–acyl-CoA ligase (AL)–acyl carrier protein (ACP)–ß-ketoacyl synthase (KS)–ß-ketoacyl reductase (KR)–ACP–ACP–KS–peptidyl carrier protein (PCP)–condensation (C)–adenylation–PCP–C. The modular architecture of XabB indicates likely steps in albicidin biosynthesis and approaches to enhance antibiotic yield. The novel pattern of domains, in comparison with known PKS–NRPS enzymes for antibiotic production, also contributes to the knowledge base for rational design of enzymes producing novel antibiotics.

Contributo para o conhecimento dos problemas fitossanitários em diferentes espécies de cameleiras (Caméllia L.) na Ilha de São Miguel

Dissertação de Mestrado, Engenharia Agronómica, 16 de Junho de 2014, Universidade dos Açores.

Seleção de genótipos de pimentão resistentes à Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Doidge) Dye. sob condições naturais de infecção

Devido à ocorrência de epidemias severas de pústula bacteriana ou mancha bacteriana no pimentão, causada pela bactéria Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Doidge) Dye., o cultivo do pimentão na várzea do Rio Solimões, próximo à Manaus, encontra-se em decadência. O INPA, desde 1976, desenvolve um Programa de Melhoramento Genético do Pimentão visando incorporar resistência ao patógeno. Neste trabalho são relatados os resultados obtidos em três ensaios, nas áreas de terra firme e várzea do Estado do Amazonas, envolvendo progênies F13 e F14 do cruzamento interespecífico entre Capsicum annuum e C. chinense, denominado HP-12, em cujas progênies vêm sendo realizadas seleções genealógicas visando obter variedades resistentes ao patógeno X. campestris pv. vesicatoria e alta capacidade produtiva, sob condição de cultivo em ambientes quentes e úmidos. Quando a população de hospedeiros foi constituída por indivíduos resistentes e suscetíveis, a curva de progresso da doença adaptou-se melhor ao modelo monomolecular, onde níveis mais elevados de resistência, conferidos por um genótipo, foram devidos à sua capacidade de restringir a velocidade do progresso da doença. Nos três ensaios, as progênies selecionadas pelo Programa apresentaram maior resistência e capacidade produtiva, quando comparadas à testemunha suscetível (Cascadura Ikeda), em condições de ocorrência da doença e verificou-se que a capacidade de produção de frutos está relacionada aos níveis de resistência do hospedeiro ao patógeno. Por outro lado, levando-se em conta os caracteres de resistência e capacidade produtiva das progênies inferiu-se que a espécie C. chinense é um recurso genético importante como fonte de resistência a X. campestris pv. vesicatoria nos programas de melhoramento do pimentão.

Mutantes resistentes à Antibióticos em Xanthomonas Campestris (Fammel) Dowson

O presente trabalho, visou o estudo de mutantes resistentes à antibióticos na bactéria fitopatogênica Xanthomonas campestris (Pammel) Dowson. Foram obtidos mutantes resistentes à cinco antibióticos: penicilina, estreptomicina, aureomicina, cloranfenicol e éritromicina. O incremento de resistência em relação à linhagem original foi 4 vêzes para a penicilina, 8 para o cloranfenicol, 32 para a aureomicina e pelo menos 16 e 128 vêzes para a éritromicina e estreptomicina respectivamente. Em nenhum dos casos, verificou-se resistência cruzada ou sensibilidade colateral.

Comparação entre o crescimento de Xanthomonas Campestris (Pammel) Linhagens Mutantes resistentes a Antibióticos e Linhagens não Mutantes de Fammel Dowson

Foi comparado o crescimento de uma linhagem de Xanthomonas campestris (Pammel) Dowson, com o crescimento de 3 linhagens dessa bactéria resistente à estreptomicina, penicilina e aureomicina. O crescimento da linhagem original, não diferiu do crescimento dos mutantes resistentes à estreptomicina e penicilina. O crescimento do mutante resistente à aureomicina foi mais lento do que o da linhagem original. O mutante resistente à estreptomicina apresentou o mesmo índice de crescimento, tanto em meio sem antibiótico, como em meio suplementado com a droga, o mesmo acontecendo com o mutante resistente à aureomicina. O mutante resistente à penicilina teve crescimento reduzido em meio suplementado com a droga em questão. Misturas de células sensíveis e resistentes à estreptomicina mantiveram-se constantes quanto à porcentagem de células sensíveis e resistentes inicialmente inoculadas, o mesmo acontecendo com a mistura de bactérias sensíveis e resistentes à penicilina. Houve uma variação nessas porcentagens, para o caso da aureomicina.

Resistência de Xanthomonas campestris com relação à tilosina e vancomicina

Foi estudada a resistência da bactéria fitopatogênica Xanthomonas campestris (Pammel) Dowson com relação a dois antibióticos: Tilosina e Vancomicina. Para a vancomicina, colônias resistentes apareceram até na mais alta concentração usada (256 mcg/ml.). Para a tilosina, em concentrações maiores que 128 mcg/ml não foram encontradas bactérias, resistentes. Tais resultados indicam que a X. campestris seguiu o modelo de "um só passo" para adquirir resistência a vancomicina e, o modelo de "múltiplos passos" com relação a resistência a tilosina.

Reações fisiológicas de resistência à Xanthomonas malvacearum (E. P. Smith) Dowson, em algumas variedades de algodão

No presente trabalho foi observado o comportamento das variedades Stoneville-20, Nu-16, Gregg, Mebane, RM2 e IAC-12, quando üioculadas com um isolamento de Xanthomanas malvacearum (E. F. Smiith) Dowson, em condições de casa de vegetação e das variedades Stoneville-20, Nu-16, RM4 e RM2, quando em condições de campo. Pelos dados dados, obtidos, as variedades Stoneville-20 e Nu-16 mostraram-se resistentes ao isolamento testado, enquanto que as variedades RM4, Gregg, Mebane e IAC-12 máostraram-se suscetíveis. A variedade RM2 testada continha plantas que apresentavam reações fisiológicas, de resistência e suscetibilidade. Dentre as, progênies obtidas de plantas da variedade RM2 selecionadas em campo como resistentes só aproximadamente 20% mostraram alto grau de resistência quando testadas em casa de vegetação.

Variabilidade de Xanthomonas malvacearum (E. F. Smith) Dowson, no estado de São Paulo

No presente trabalho foi determinada a variabilidade de X. malvacearum, em condições de casa de vegetação, baseando-se na reação dos hospedeiros diferenciais para raças fisiológicas do patógeno. A técnica de inoculação empregada foi a de riscos feitos na página inferior das folhas e para avaliação dos sintomas foi adotada uma escala que variou de 1 a 5. Foi detectada a ocorrência das raças fisiológicas 3, 8 e 10. A linhagem do algodoeiro IAC RM3-4133 71/523 foi resistente à raça fisiológica 3, enquanto que as linhagens (Acala x Nu.16) 71/213 e IAC 12-2 71/170 foram resistentes às raças 3, 8 e 10.