Penicillium digitatum

Penicillium digitatum
Vetenskaplig klassificering
Rike:	Svampar
Division:	Ascomycota
Klass:	Eurotiomycetes
Beställa:	Eurotiales
Familj:	Trichocomaceae
Släkte:	Penicillium
Arter:	P. digitatum
Binomialt namn
Penicillium digitatum (Pers.) Sacc.
Synonymer
Aspergillus digitatus Pers. Monilia digitata Pers.

Penicillium digitatum (/ˌpɛnɪˈsɪlɪəm/digitatum/) är en mesofil svamp som finns i jorden i citrusproducerande områden. Det är en viktig källa till förfall efter skörd i frukter och är ansvarig för den utbredda sjukdomen efter skörd i citrusfrukter , känd som grönröta eller grönmögel. I naturen växer denna nekrotrofiska sårpatogen i filament och reproducerar sig asexuellt genom produktion av konidioforer och konidier . P. digitatum kan dock även odlas i laboratoriemiljö. Vid sidan av sin patogena livscykel P. digitatum också involverad i andra interaktioner mellan människor, djur och växter och används för närvarande i produktionen av immunologiskt baserade mykologiska detektionsanalyser för livsmedelsindustrin.

Historia och taxonomi

Penicillium digitatum är en art inom Ascomycota -avdelningen av svampar . Släktnamnet Penicillium kommer från ordet "penicillus" som betyder borste, vilket syftar på det förgrenade utseendet hos de asexuella reproduktiva strukturerna som finns inom detta släkte. Som art noterades P. digitatum först som Aspergillus digitatus av Christiaan Hendrik Persoon 1794 som senare antog namnet Monilia digitata i Synopsis methodica fungorum (1801). Synonymen M. digitata finns också i Elias Magnus Fries skrifter i Systema mycologicum (1832). Emellertid kommer det nuvarande binomialnamnet från Pier Andrea Saccardos skrifter , särskilt Fungi italici autographie delineati et colorati (1881).

Tillväxt och morfologi

I naturen antar P. digitatum en filamentös vegetativ tillväxtform som producerar smala, septerade hyfer . Hyfcellerna är haploida , även om enskilda hyfpartier kan innehålla många genetiskt identiska kärnor . Under de reproduktiva stadierna av sin livscykel, P. digitatum asexuellt via produktionen av asexuella sporer eller konidier . Konidier bärs på en stjälk som kallas en konidiofor som kan komma upp antingen från ett stycke lufthyfer eller från ett jordinbäddat nätverk av hyfer. Konidioforen är vanligtvis en asymmetrisk, känslig struktur med släta, tunna väggar. Storlekarna kan variera från 70–150 μm i längd. Under utvecklingen kan konidioforen förgrena sig i tre rami för att producera en terverticillat struktur även om biverticillat och andra oregelbundna strukturer ofta observeras. I slutet av varje rami finns en annan uppsättning grenar som kallas metulae. Antalet metulae varierar med deras storlekar från 15–30 × 4–6 μm. I den distala änden av varje metula bildas konidiumbärande strukturer som kallas phialider. Fialider kan variera i form från kolvformade till cylindriska och kan vara 10–20 μm långa. De framställda konidierna är i sin tur släta med en form som kan variera från sfärisk till cylindrisk även om en oval form ofta ses. De är 6–15 μm långa och produceras i kedjor, med de yngsta vid basen av varje kedja. Varje konidium är haploid och bär endast en kärna. Sexuell reproduktion hos P. digitatum har inte observerats.

Penicillium digitatum kan också växa på en mängd olika laboratoriemedier. På Czapek jästextraktagarmedium vid 25 °C växer vita kolonier i ett plan och uppnår en sammetslen till djupt flockad konsistens med kolonistorlekar som är 33–35 mm i diameter. På detta medium produceras olivkonidier. Baksidan av tallriken kan vara blek eller svagt brunfärgad. På maltextraktagarmedium vid 25 °C är tillväxten snabb men sällsynt och bildar en sammetslen yta. Till en början är kolonier gulgröna men blir till slut oliv på grund av konidialproduktion. Kolonidiametern kan variera i storlek från 35 mm till 70 mm. Baksidan av plattan liknar den som observerats för Czapek-jästextraktagarmedium. På 25 % glycerolnitratagar vid 25 °C är kolonitillväxten plan men utvecklas till en tankegel med en kolonistorlek på 6–12 mm. Baksidan av tallriken beskrivs som blek eller oliv. Vid 5 °C stöder 25 % glycerolnitratagar groning och en kolonial tillväxt på upp till 3 mm i diameter. Denna art växer inte vid 37 °C. På kreatinsackarosagar vid 25 °C varierar kolonistorleken från 4 till 10 mm. Tillväxten är begränsad och medium pH förblir runt 7. Ingen förändring på baksidan av plattan noteras. Tillväxt på media som innehåller bitar av apelsinfrukt i sju dagar vid rumstemperatur resulterar i fruktsönderfall åtföljt av en karakteristisk lukt. Efter 14 dagar i rumstemperatur är det omvända färglös till ljusbrun.

Ekologi

Penicillium digitatum finns i jorden i områden som odlar citrusfrukter, dominerande i områden med hög temperatur. I naturen finns den ofta tillsammans med frukterna den infekterar, vilket gör arter inom släktet Citrus till dess huvudsakliga ekosystem. Det är bara inom dessa arter som P. digitatum kan fullfölja sin livscykel som en nekrotrof . Men P. digitatum har också isolerats från andra födokällor. Dessa inkluderar hasselnötter , pistagenötter , kolanötter , svarta oliver , ris , majs och kött . Låga nivåer har också noterats i sydostasiatiska jordnötter , sojabönor och sorghum .

Fysiologi

Penicillium digitatum är en mesofil svamp som växer från 6–7 °C (43–45 °F) till maximalt 37 °C (99 °F), med en optimal tillväxttemperatur på 24 °C (75 °F). Med avseende på vattenaktivitet har P. digitatum en relativt låg tolerans för osmotisk stress . Den minsta vattenaktivitet som krävs för tillväxt vid 25 °C (77 °F) är 0,90, vid 37 °C (99 °F) är 0,95 och vid 5 °C (41 °F) är 0,99. Groning sker inte vid en vattenaktivitet på 0,87. När det gäller kemikalier som påverkar svamptillväxt är den minsta tillväxthämmande koncentrationen av sorbinsyra 0,02–0,025 % vid ett pH på 4,7 och 0,06–0,08 % vid ett pH på 5,5. Tiamin , å andra sidan, har observerats accelerera svamptillväxt, varvid effekten förstärks sammetaboliskt i närvaro av tyrosin , kasein eller zinkmetall . När det gäller kolnäring maltos , ättiksyra , oxalsyra och vinsyra liten, om någon, tillväxt. Glukos , fruktos , sackaros , galaktos , citronsyra och äppelsyra bibehåller dock svamptillväxt .

Produktion av eten via citronsyracykeln har observerats i statiska kulturer och föreslås vara kopplad till mycelutveckling . Tillsats av metionin hämmar sådana kulturer men kan användas för produktion av eten efter en fördröjningsfas i skakkulturer. Produktionen som observeras i skakkulturer kan hämmas av aktinomycin D och cykloheximid och moduleras av oorganiskt fosfat . Dessutom har aminoetoxivinylglycin och metoxyvinylglycin visat sig hämma både skakkulturer och statiska kulturer. Produktion av mykotoxiner eller sekundära metaboliter av P. digitatum har inte observerats även om denna art har visat sig vara giftig för både räkor och kycklingembryon .

Med avseende på svampdödande tolerans finns det kända stammar av P. digitatum som är resistenta mot olika vanligen använda fungicider. Rapporter har gjorts om fungicider tiabendazol , benomyl , imazalil , natrium-o-fenylfenat samt fungistatiska medel, bifenyl , utan föregående behandling som krävs när det gäller bifenyl. Mekanismen för P. digitatum -resistens mot imazalil föreslås ligga i överuttrycket av sterol-14a-demetylas (CYP51) -proteinet orsakat av en insättning av 199 baspar i promotorregionen av CYP51- genen och/eller genom duplikationer av CYP51-genen.

Mänsklig patogenicitet

Arter inom släktet Penicillium orsakar i allmänhet inte sjukdomar hos människor. Men eftersom det är en av de vanligaste producenterna av inomhusmögel, kan vissa arter bli patogena vid långvarig exponering såväl som för individer som är immunförsvagade eller hypersensibiliserade mot vissa delar av svampen. Sporer, proteolytiska enzymer och glykoproteiner är bland de komponenter som vanligtvis rapporteras som allergener i människor och djurmodeller. Inom detta sammanhang har medlemmar av Penicillium associerats med en mängd olika immunologiska manifestationer såsom allergiska reaktioner av typ 1, överkänslighetspneumonit (typ 3-svar) och omedelbar och fördröjd astma .

Med avseende på P. digitatum är denna art känd för att orsaka generaliserad mykos hos människor, även om förekomsten av sådana händelser är mycket låg. Olika studier har också noterat en närvaro av cirkulerande antikroppar mot den extracellulära polysackariden av P. digitatum i både humant och kaninsera. Denna närvaro föreslås bero på intag av kontaminerade frukter och/eller andningsluft förorenad med extracellulär polysackarid. När det gäller allergitestning finns P. digitatum i olika formuleringar för kliniska allergitest, testning för allergi mot mögel. Det har gjorts en fallrapport som identifierar P. digitatum som orsaken till ett dödligt fall av lunginflammation genom molekylära metoder.

Växtinteraktioner

Skörden efter skörd är en huvudkälla till fruktförlust efter skörd, där den vanligaste källan till sönderfall av citrusfrukter är infektioner orsakade av P. digitatum och P. italicum. Penicillium digitatum är ansvarig för 90 % av citrusfrukter som går förlorade till följd av infektion efter skörd och anses vara den största orsaken till sjukdomar efter skörd som förekommer i kaliforniska citrusfrukter. Dess utbredda inverkan är relaterad till sjukdomen efter skörd som den orsakar i citrusfrukter som kallas grön röta eller mögel. Som sårpatogen börjar sjukdomscykeln när P. digitatum conidia gror med utsläpp av vatten och näringsämnen från skadestället på fruktytan. Efter infektion vid 24 °C uppstår snabb tillväxt med aktiv infektion som äger rum inom 48 timmar och initialt symptom debut inom 3 dagar. När temperaturen vid tidpunkten för infektionen minskar, ökar fördröjningen av initialt symptomdebut. De första symtomen inkluderar en fuktig fördjupning på ytan som expanderar när vitt mycel koloniserar mycket av dess yta. Mitten av mycelmassan blir så småningom oliv när konidialproduktionen börjar. Nära slutet av sjukdomscykeln minskar frukten så småningom i storlek och utvecklas till ett tomt, torrt skal. Detta slutresultat används vanligtvis för att skilja P. digitatum- infektioner från de av P. italicum som producerar en blågrön mögel och i slutändan gör frukten slemmig.

Infektion med grönmögel vid 25 °C (77 °F) kan pågå i 3 till 5 dagar med konidialproduktionen per infekterad frukt som är så hög som 1–2 miljarder konidier. Årliga infektioner kan förekomma var som helst från december till juni och kan ske under vilken tid som helst under och efter skörden. Överföring kan ske mekaniskt eller via konidial spridning i vatten eller luft till fruktytor. Konidier finns ofta i jord men kan också hittas i luften i förorenade lagringsutrymmen. Eftersom det är en sårpatogen krävs fruktskador för framgångsrika fruktinfektioner, och många av dessa skador uppstår på grund av felaktig hantering under hela skördeprocessen. Skador kan också orsakas av andra händelser som frost och insektsbett, och kan vara lika lindriga som skador på frukthudens oljekörtlar. Nedfallen frukt kan också vara mottaglig för P. digitatum -infektioner, vilket har noterats i Israel, där P. digitatum infekterar nedfallet frukt mer än P. italicum.

Patogeniciteten hos P. digitatum föreslås bero på försurningen av den infekterade frukten. Under fruktsönderfall har denna art observerats göra citronsyra och glukonsyra och binda ammoniumjoner i dess cytoplasma . Det låga pH-värdet kan hjälpa till att reglera olika genkodade patogena faktorer såsom polygalaktouronaser. Dessutom P. digitatum också observerats modifiera växtförsvarsmekanismer, såsom fenylalanin-ammoniaklyasaktivitet , i de citrusfrukter som den infekterar.

Modifieringar av sjukdomscykeln hos P. digitatum har inducerats experimentellt. Till exempel P. digitatum observerats orsaka infektion i oskadade frukter genom mekanisk överföring även om en högre infektionsdos krävdes i sådana fall. Äpplen har också smittats i begränsad omfattning. Förutom dess patogena interaktioner P. digitatum också varit inblandad i att naturligt accelerera mognaden av gröna frukter och orsaka epinastiska reaktioner i olika växter som potatis , tomat och solrosor .

Förebyggande av växtsjukdomar

Kontroll av grönmögel beror initialt på korrekt hantering av frukt före, under och efter skörd. Sporer kan minskas genom att ta bort nedfallen frukt. Risken för skador kan minskas på en mängd olika sätt, inklusive förvaring av frukt i förhållanden med hög luftfuktighet/låga temperaturer, och skörd före bevattning eller nederbörd för att minimera fruktens känslighet för skalskador. Avgröningsmetoder kan också utföras vid luftfuktighet över 92 % för att läka skador.

Kemisk bekämpning i form av fungicider är också vanligt förekommande. Exempel inkluderar imazalil , tiabendazol och bifenyl , som alla undertrycker reproduktionscykeln hos P. digitatum. Kemisk behandling efter skörd består vanligtvis av tvättar som utförs vid 40–50 °C (104–122 °F), innehållande rengöringsmedel , svaga alkalier och svampdödande medel. Kaliforniska packhus använder vanligtvis en svampdödande cocktail som innehåller natrium-o-fenylfenat, imazalil och tiabendazol. I Australien används guazatin ofta även om denna behandling är begränsad till den inhemska marknaden. När det gäller exportmarknaden undersöks för närvarande allmänt erkända som säkra (GRAS) ämnen som alternativ. GRAS-ämnen som natriumbikarbonat , natriumkarbonat och etanol har visat en förmåga att kontrollera P. digitatum genom att minska grobarheten.

Resistens mot vanliga fungicider bekämpas för närvarande genom användning av andra kemikalier. Till exempel hanteras natrium-o-fenylfenatresistenta stammar via formaldehydgasning medan imazalilresistenta stammar kontrolleras genom användning av pyrimetanil , en fungicid som också är godkänd för att bekämpa stammar som är resistenta mot andra fungicider. Eftersom fungiciderresistensen ökar globalt övervägs andra kontrollåtgärder, inklusive biokontroll. Effektiva biokontrollmedel inkluderar bakterier såsom Bacillus subtilis , Pseudomonas cepacia och Pseudomonas syringae såväl som svampar såsom Debaryomyces hansenii och Candida guilliermondii. I Clementines och Valencia apelsiner har Candida oleophila , Pichia anomala och Candida famata visat sig minska sjukdomen. Trots förmågan hos olika biokontrollmedel att uppvisa antagonistisk aktivitet har biokontroll inte visat sig ge fullständig kontroll över P.digitatum och används därför vanligen i samband med ett annat kontrollmått. Alternativa åtgärder för kontroll inkluderar eteriska oljor som Syzygium aromaticum och Lippia javanica , ultraviolett ljus, gammastrålning, röntgenhärdning , ångvärme och cellpenetrerande antisvamppeptider.

Laboratorieidentifikation

Penicillium digitatum växer på en petriskål .

Penicillium digitatum kan identifieras i laboratoriet med en mängd olika metoder. Typiskt odlas stammar under en vecka på tre kemiskt definierade medier under varierande temperaturförhållanden. Medierna som används är Czapek jästextraktagar (vid 5, 25 och 37 °C), maltextraktagar (vid 25 °C) och 25 % glycerolnitratagar (vid 25 °C). Den resulterande koloniala morfologin på dessa medier (beskriven i Growth and Morphology ovan) möjliggör identifiering av P. digitatum . Närbesläktade arter i släktet Pencillium kan lösas genom detta tillvägagångssätt genom att använda kreatinsackarosneutral agar. Molekylära metoder kan också hjälpa till med identifiering. Genomerna av många arter som tillhör släktet Penicillium återstår dock att sekvenseras, vilket begränsar tillämpbarheten av sådana metoder. Slutligen P. digitatum också särskiljas makroskopiskt genom produktion av gulgröna till olivkonidier och mikroskopiskt, genom närvaron av stora filader och konidier.

Industriell användning

Penicillium digitatum används som ett biologiskt verktyg under kommersiell produktion av latexagglutinationssatser. Latexagglutination detekterar Aspergillus- och Penicillium -arter i livsmedel genom att fästa antikroppar specifika för den extracellulära polysackariden av P. digitatum till 0,8 μm latexpärlor . Denna metod har varit framgångsrik för att upptäcka föroreningar av spannmål och bearbetade livsmedel vid en detektionsgräns på 5–10 ng/ml antigen. I jämförelse med andra detektionsanalyser överskrider latexagglutinationsanalysen detektionsgränsen för den enzymkopplade immunosorbentanalysen (ELISA) och är lika effektiv för att detektera Aspergillus- och Pencillium -arter som ergosterolproduktionsanalysen . Den senare uppvisar emellertid en ökad förmåga att detektera Fusarium- arter jämfört med latexagglutinationsanalysen.

externa länkar

• Fredagskollega: Grön mögel på Earthling Nature.