Mecanismos implicados en las etapas iniciales de infección en la cancrosis de los cítricos provocada por Xanthomonas citri subsp. citri

La cancrosis o chancro bacteriano de los cítricos (CBC) causada por Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc) y X. fuscans subsp. aurantifolii, afecta a un gran número de especies dentro de la familia de las rutáceas, especialmente cítricos. Esta enfermedad produce graves pérdidas económicas allí donde está presente, principalmente porque la comercialización de cítricos desde las zonas afectadas hacía zonas libres de cancrosis, está sujeta a fuertes medidas cuarentenarias. La cancrosis se encuentra distribuida a nivel mundial pero no se ha localizado ni en la Unión Europea ni en ningún área del Mediterráneo. Se han descrito tres tipos de cancrosis en función de la gama de huésped y de las características fenotípicas y genotípicas de las bacterias que las producen. La más extendida es la cancrosis tipo A producida por Xcc, dentro de la cual se distinguen los subtipos Aw y A*, originarios de Florida y Sudeste Asiático, respectivamente, que de forma natural solo son capaces de producir enfermedad en lima mejicana. En este trabajo se presentan estudios sobre mecanismos implicados en las primeras etapas de la infección, como la quimiotaxis y formación de biopelículas, en la cancrosis de los cítricos. La quimiotaxis es el proceso por el cual las bacterias se dirigen hacia zonas favorables para su supervivencia y desarrollo. Los perfiles quimiotácticos obtenidos frente a distintas fuentes de carbono, así como los estudios en relación al contenido de proteínas aceptoras de grupos metilo (MCPs), permitieron agrupar a las cepas de Xanthomonas estudiadas en este trabajo, de acuerdo a la enfermedad producida y a su gama de huésped. Todas las cepas mostraron quimiotaxis positiva frente a extractos de hoja y apoplasto de diferentes especies, sin embargo, Xcc 306, X. alfalfae subsp. citrumelonis (Xac) y X. campestris pv. campestris (Xc) manifestaron respuestas más específicas frente a extractos de apoplasto de hojas de naranjo dulce, lima y col china, respectivamente. Dicho resultado nos permite asociar el mecanismo de quimiotaxis con la capacidad de las cepas de Xanthomonas para colonizar estos huéspedes de forma específica. Las cepas estudiadas fueron capaces de realizar movimiento tipo swimming, twitching y sliding en distintos medios, siendo el movimiento swimming el único en el que se encontraron diferencias entre las cepas de Xcc con distinta gama de huésped. En este trabajo se ha estudiado además la formación de biopelículas en superficies bióticas y abióticas, un mecanismo importante tanto para la supervivencia en superficie vegetal como para el desarrollo de la infección. Las cepas de Xanthomonas estudiadas fueron capaces de formar biopelículas in vitro, siendo mayor en un medio que simula el apoplasto y que contiene una baja concentración de nutrientes en comparación con medios que contenían alta concentración de nutrientes. La formación de biopelículas en superficie vegetal se encontró relacionada, en las cepas patógenas de cítricos, con la capacidad para infectar un tejido o huésped determinado. Se han caracterizado algunos de los componentes de la matriz extracelular producida por Xcc, que compone hasta un 90% de las bipoelículas. Entre ellos destaca el ADN extracelular, que tiene un papel como adhesina en las primeras etapas de formación de biopelículas y estructural en biopelículas maduras. Además, se han identificado el pilus tipo IV como componente importante en las biopelículas, que también participa en motilidad. Finalmente, se han realizado estudios sobre la expresión de genes implicados en motilidad bacteriana y formación de biopelículas que han confirmado las diferencias existentes entre cepas de Xcc de amplia y limitada gama de huésped, así como el papel que juegan elementos como el pilus tipo IV o el flagelo en estos procesos. ABSTRACT Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc) and X. fuscans subsp. aurantifolii are the causal agents of Citrus Bacterial Canker (CBC) which is one of the most important citrus diseases. CBC affects all Citrus species as well as other species from Rutaceae family. CBC produces strong economic losses; furthermore the commercialization of plants and fruits is restricted from infested to citrus canker free areas. The disease is worldwide distributed in tropical and subtropical areas, however it is not present in the European Union. Three types of CBC have been described according to the host range and phenotypic and genotypic characteristics. CBC type A caused by Xcc is he widest distributed. Within CBC A type two subtypes Aw and A* were described from Florida and Iran respectively, both infecting only Mexican lime. Herein mechanisms connected to early events in the citrus bacterial canker disease such as chemotaxis and biofilm formation, were studied. Chemotaxis allows bacteria to move towards the more suitable environments for its survival, host colonization and infection. Studies performed on citrus pathogenic Xanthomonas and X. campestris pv. campestris (Xc), a crucifer pathogen, have shown different chemotactic profiles towards carbon compound as well as different MCPs profile, which clustered strains according to host range and disease caused. Every strain showed positive chemotaxis toward leaf extracts and apoplastic fluids from sweet orange, Mexican lime and Chinese cabbage leaves. However, a more specific response was found for strains Xcc 306, X. alfalfae subsp. citrumelonis and Xc towards sweet orange, Mexican lime and Chinese cabbage apoplastic fluids, respectively. These results relate chemotaxis with the higher ability of those strains to specifically colonize their proper host. Xanthomonas strains studied were able to perform swimming, sliding and twitching motilities. The ability to swim was variable among CBC strains and seemed related to host range. Biofilm formation is an important virulence factor for Xcc because it allows a better survival onto the plant surface as well as facilitates the infection process. The studied Xanthomonas strains were able to form biofilm in vitro, on both nutrient rich and apoplast mimicking media, furthermore the biofilm formation by all the strains was higher in the apoplast mimicking media. The ability to form biofilm in planta by Xcc and Xac strains was dependent of the host and the tissue colonized. The wide host range CBC strain was able to form biofilm onto several citrus leaves and fruits, however the limited host range CBC strain produced biofilm solely onto Mexican lime leaves and fruits. Furthermore Xac strain, which solely infects leaves of young plants, was not able to develop biofilms on fruits. Some components of the extracellular matrix produced by Xcc strains have been characterized. Extracellular DNA acted as an adhesin at the very early stages of biofilm formation and as structural component of mature biofilm for citrus pathogenic Xanthomonas. Furthermore type IV pilus has been identified as a component of the extracellular matrix in biofilm and motility. Transcriptional studies of genes related with biofilm formation and motility have confirmed the differential behavior found among wide and limited host range CBC strains as well as the role of type IV pili and flagellum on those processes.

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°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.

Molecular signals required for type III secretion and translocation of the Xanthomonas campestris AvrBs2 protein to pepper plants

Strains of Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Xcv) carrying avrBs2 are specifically recognized by Bs2 pepper plants, resulting in localized cell death and plant resistance. Agrobacterium-mediated transient expression of the Xcv avrBs2 gene in plant cells results in Bs2-dependent cell death, indicating that the AvrBs2 protein alone is sufficient for the activation of disease resistance-mediated cell death in planta. We now provide evidence that AvrBs2 is secreted from Xcv and that secretion is type III (hrp) dependent. N- and C-terminal deletion analysis of AvrBs2 has identified the effector domain of AvrBs2 recognized by Bs2 pepper plants. By using a truncated Pseudomonas syringae AvrRpt2 effector reporter devoid of type III signal sequences, we have localized the minimal region of AvrBs2 required for type III secretion in Xcv. Furthermore, we have identified the region of AvrBs2 required for both type III secretion and translocation to host plants. The mapping of AvrBs2 sequences sufficient for type III delivery also revealed the presence of a potential mRNA secretion signal.

A DHA14 drug efflux gene from Xanthomonas albilineans confers high-level albicidin antibiotic resistance in Escherichia coli

Aims: Identification of a gene for self-protection from the antibiotic-producing plant pathogen Xanthomonas albilineans, and functional testing by heterologous expression. Methods and Results: Albicidin antibiotics and phytotoxins are potent inhibitors of prokaryote DNA replication. A resistance gene (albF) isolated by shotgun cloning from the X. albilineans albicidin-biosynthesis region encodes a protein with typical features of DHA14 drug efflux pumps. Low-level expression of albF in Escherichia coli increased the MIC of albicidin 3000-fold, without affecting tsx-mediated albicidin uptake into the periplasm or resistance to other tested antibiotics. Bioinformatic analysis indicates more similarity to proteins involved in self-protection in polyketide-antibiotic-producing actinomycetes than to multi-drug resistance pumps in other Gram-negative bacteria. A complex promoter region may co-regulate albF with genes for hydrolases likely to be involved in albicidin activation or self-protection. Conclusions: AlbF is the first apparent single-component antibiotic-specific efflux pump from a Gram-negative antibiotic producer. It shows extraordinary efficiency as measured by resistance level conferred upon heterologous expression. Significance and Impact of the Study: Development of the clinical potential of albicidins as potent bactericidial antibiotics against diverse bacteria has been limited because of low yields in culture. Expression of albF with recently described albicidin-biosynthesis genes may enable large-scale production. Because albicidins are X. albilineans pathogenicity factors, interference with AlbF function is also an opportunity for control of the associated plant disease.

A systematic analysis of the role of GGDEF-EAL domain proteins in virulence and motility in Xanthomonas oryzae pv. oryzicola

The second messenger c-di-GMP is implicated in regulation of various aspects of the lifestyles and virulence of Gram-negative bacteria. Cyclic di-GMP is formed by diguanylate cyclases with a GGDEF domain and degraded by phosphodiesterases with either an EAL or HD-GYP domain. Proteins with tandem GGDEF-EAL domains occur in many bacteria, where they may be involved in c-di-GMP turnover or act as enzymatically-inactive c-di-GMP effectors. Here, we report a systematic study of the regulatory action of the eleven GGDEF-EAL proteins in Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, an important rice pathogen causing bacterial leaf streak. Mutational analysis revealed that XOC_2335 and XOC_2393 positively regulate bacterial swimming motility, while XOC_2102, XOC_2393 and XOC_4190 negatively control sliding motility. The ΔXOC_2335/XOC_2393 mutant that had a higher intracellular c-di-GMP level than the wild type and the ΔXOC_4190 mutant exhibited reduced virulence to rice after pressure inoculation. In vitro purified XOC_4190 and XOC_2102 have little or no diguanylate cyclase or phosphodiesterase activity, which is consistent with unaltered c-di-GMP concentration in ΔXOC_4190. Nevertheless, both proteins can bind to c-di-GMP with high affinity, indicating a potential role as c-di-GMP effectors. Overall our findings advance understanding of c-di-GMP signaling and its links to virulence in an important rice pathogen.

AnnoTALE: Bioinformatics tools for identification, annotation, and nomenclature of TALEs from Xanthomonas genomic sequences

Transcription activator-like effectors (TALEs) are virulence factors, produced by the bacterial plant-pathogen Xanthomonas, that function as gene activators inside plant cells. Although the contribution of individual TALEs to infectivity has been shown, the specific roles of most TALEs, and the overall TALE diversity in Xanthomonas spp. is not known. TALEs possess a highly repetitive DNA-binding domain, which is notoriously difficult to sequence. Here, we describe an improved method for characterizing TALE genes by the use of PacBio sequencing. We present 'AnnoTALE', a suite of applications for the analysis and annotation of TALE genes from Xanthomonas genomes, and for grouping similar TALEs into classes. Based on these classes, we propose a unified nomenclature for Xanthomonas TALEs that reveals similarities pointing to related functionalities. This new classification enables us to compare related TALEs and to identify base substitutions responsible for the evolution of TALE specificities. © 2016, Nature Publishing Group. All rights reserved.

Efeito de diferentes concentrações de andiroba na inibição do crescimento in vitro da bactéria Xanthomonas axonopodis pv. passiflorae.

Na composição química das plantas medicinais, algumas substâncias podem atuar como ativadoras do sistema defensor da planta hospedeira ou contra os patógenos fúngicos. Na constituição química. As amostras de óleo de andiroba utilizadas nos testes foram do Horto de Plantas Medicinais da Embrapa Amazônia Oriental, Belém- PA. Para o crescimento, os patógenos foram cultivados em meio de cultura MB1 sintético. A amostra utilizada na verificação da inibição fitopatogênica foi óleo puro de andiroba em três concentrações de 1%, 2% e 3% para a bactéria. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, sete tratamentos (uma espécie de bactéria X três concentrações do óleo de andiroba) e cinco repetições. A análise estatística foi realizada comparando as medidas pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade utilizando o programa estatístico SISVAR. O óleo de andiroba apresentou efeito significativo na inibição do crescimento da bactéria em todas as concentrações utilizadas, onde a maior concentração do óleo de andiroba mostrou-se mais eficiente na inibição do crescimento da bactéria, em relação à testemunha.

Otimização de marcadores desenvolvidos para PCR convencional para uso em qPCR visando a diagnose de Xanthomonas campestris pv viticola em videira.

No Brasil, Xanthomonas campestris pv. viticola (Xcv), causadora do cancro bacteriano em videira, é uma praga quarentenária A2, com ocorrência no Semiárido Nordestino. A bactéria pode ser disseminada de plantas assintomáticas pela distribuição de material propagativo e ocorrências restritas da doença em outras regiões foram identificadas. Para diagnose confiável por PCR convencional, o DNA deve ser extraído de culturas de bactérias isoladas de tecido com sintomas suspeitos. Com a técnica, é possível detectar até 0,25 pg de DNA bacteriano total. Atualmente, métodos que empregam tecidos assintomáticos não estão disponíveis. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um protocolo sensível à detecção de Xcv por qPCR, empregando iniciadores disponíveis da técnica convencional.

Reação de variedades de mandioca (Manihot esculenta Crantz) a Xanthomonas axonopodis pv. manihotis.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar 26 materiais de mandioca quanto à resistência a bacteriose em casa-de-vegetação. Plantas com 2 a 3 pares de folhas foram inoculadas com dois isolados de Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam) através da pulverização da suspensão bacteriana na face inferior das folhas. As avaliações da severidade da doença foram realizadas aos 4, 6, 8, 11, 13 e 15 dias após a inoculação do patógeno. O ensaio foi montado em esquema fatorial 2 x 26 (2 isolados x 26 variedades) e o delineamento foi em blocos casualizados com 3 repetições. Todos os materiais avaliados apresentaram sintomas característicos da bacteriose. No entanto, as variedades EAB 675, Inajá- PA, Orana, 34 Pretinha-3 e Pretona Erecta apresentaram menor severidade da doença, não apresentando diferença significativa quanto a virulência do patógeno. A variedade 37 Pretinha 4 se apresentou como mais suscetível para os dois isolados. Os isolados em estudo apresentaram variabilidade quanto à agressividade, sendo o isolado Xam P.225 o mais virulento.

Métodos para detecção de Clavibacter michiganense subsp. michiganense e Xanthomonas campestris pv. vesicatoria em sementes de tomate.

Visando detectar Clavibacter michiganense subsp. michiganense (Cm) e Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Xcv) em sementes de tomate, duas técnicas foram comparadas: meio semi-seletivo e planta indicadora. Os seguintes parâmetros foram avaliados: soluções extratoras de Cm e Xcv de sementes inteiras e moídas, especificidade e sensibilidade. Os resultados mostraram que os meios semi-seletivos MB1M (MB1 + telurito de potássio, ácido borico e benomil) e TAM (peptona, brometo de potássio, cloreto de cálcio, agar + Tween 80, cefalexina e clorotalonil), foram mais eficientes para detecção de Cm e Xcv, a partir de sementes moídas em tampão fosfato do que os meios disponíveis e, apresentaram maior especificidade e sensibilidade, detectando 10(2) - 10(3) ufc/ml de Cme Xcv em comparacao a 10(3) - 10(4) ufc/ml da inoculação em plântulas de tomateiro (cvs. Angela Gigante e Santa Cruz).

Xanthomonas campestris pv. phaseoli em sementes de feijão. I. Detecção por serologia.

Foram comparadas quatro técnicas de extração e dois métodos serológicos para a detecção de xanthomonas campestris pv. phaseoli (Xcph) e do "Strain" fuscans (Xcphf) em sementes de feijão (Phaseolus vulgaris). As técnicas de extração incluíram sementes moídas e inteiras, com ou sem assepsia superficial, imersas em água destilada ou meio liquido (3g extrato de levedura/L) esterilizados e incubação por 2 horas, a temperatura ambiente (sementes moídas) ou 18-24 hs, a 5-10 .C (sementes inteiras). Para a identificação do patógeno, foram comparadas as técnicas serológicas de microprecipitina em placas e dupla difusao em gel-de-agar. A melhor técnica de extração foi a imersão de sementes inteiras em água destilada esterilizada, por 18-24 horas, a 5-10 .C. O método damicroprecipitina apresentou maior sensibilidade, mas menor especificidade que a dupla difusão em gel-de-agar. O antissoro do "Strain" fuscans reagiu tanto com o antígeno homólogo (Xcphf) como com o heterólogo (Xcph). Sob o ponto de vista prático este antissoro pode ser usado para a detecção dos patógenos causadores do crestamento bacteriano do feijoeiro. A sensibilidade do método da dupla difusão não foi suficiente para a detecção segura de baixas incidências do patógeno em amostras de sementes de feijão.

Xanthomonas campestris pv. phaseoli: método para detecção em semente de feijão.

1992

Detecção de Xanthomonas campestris pv. phaseoli e fungos em sementes de feijão produzidas no Estado de São Paulo.

Foi pesquisada a presença de Xanthomonas campestris pv. phaseoli e de fungos em sementes certificadas de feijão produzidas pela Secretaria da Agricultura do Estado de São Paulo nas safras da seca e inverno de 1991 e 1993. A bactéria foi detectada através do método de inoculação em planta indicadora de feijoeiro da cultivar CNF 0010. A incidência de fungos foi determinada pelo método do papel de filtro. Quanto a bactéria, foram examinadas amostras de 188 lotes em 1991 e 124 em 1993. Para os fungos foram analisadas amostras de 147 lotes no ano de 1991. Em 1991, a bacteria foi detectada somente nas amostras de Aracatuba (16,7%), Paraguacu Paulista (18,2%) e Sao Jose do Rio Preto (4%) com incidental mínima de (0,5%). No ano de 1993, X. camperstris pv. phaseoli foi encontrada nas amostras de Araçatuba (6,3%), Bauru (20%), Fernandópolis (12,7%), Lucelia (33,3%), Marilia (12,5%), Paraguacu Paulista (50,0%), Presidente Prudente (46,7%), Ribeirao Preto (16,7%), Santo Anastacio (66,7%), Sao José do Rio Preto (40,0%). Em 1991, a bactéria foi detectada em apenas 5,3% das amostras analisadas, ocorrendo em 1993 um aumento da incidência do patogeno, que foi detectado em 30,6% das amostras, provavelmente devido as condicoes climaticas favoraveis ao crestamento bacteriano. Foram encontrados os fungos Colletotrichum lindemuthianum, Rhizoctonia solani, Macrophomina phaseolina, Phaeoisariopsis griseola e Alternaria spp.. As regiões de Aguaí, Aracatuba, Avaré e Lucélia apresentaram maior incidência destes fungos. Entre as 147 amostras analisadas, R. solani foi detectada em Araçatuba em 28,6% das amostras, Bauru (50,0%), Fernadópolis (8,7%), Lucélia (27,0%) e Marília (7,5%) e C. lindemuthianum em Araçatuba (3,3%), Avaré (25,0%) e Lucélia(5,5%). Os demais fungos foram detectados em baixas incidências podendo-se concluir que com relação a presença de fungos, os lotes analisados apresentaram boa qualidade sanitária. Os resultados mostraram que houve alta contaminação das sementes por X. campestris pv. phaseoli em 1993, o que ocorreu aumento do inoculo nas sementes de 1991 para 1993, destacando-se os municípios P. Paulista, S. José da Rio Preto, Santo Anastácio e Presidente Prudente como os que apresentam maior infecção das sementes.