Rathayibacter toxicus

Rathayibacter toxicus
Vetenskaplig klassificering
Domän:	Bakterie
Provins:	Actinomycetota
Klass:	Actinomycetia
Beställa:	Mikrokocker
Familj:	Microbacteriaceae
Släkte:	Rathayibacter
Arter:	R. toxicus
Binomialt namn
	Rathayibacter toxicus; (Riley och Ophel 1992) Sasaki et al. 1998
Typ stam
	; ; ; ; ; ; ATCC 49908 CIP 104617 CS14 DSM 7488 ICMP 9525 JCM 9669 NCPPB 3552
Synonymer
	Clavibacter toxicus Riley och Ophel 1992 ;

Rathayibacter toxicus är en fytopatogen bakterie som är känd för att orsaka årlig rajgrästoxicitet (ARGT) som vanligtvis finns i södra och västra Australien .

Etymologi

Släktet Rathayibacter är en hyllning till E. Rathay, växtpatologen som först isolerade stammar av släktet i kombination med suffixet -bacter som betyder "stav" på latin . Artnamnet , toxicus , härstammar från det latinska ordet som betyder "gift", på grund av Rathayibacter toxicus förmåga att producera corynetoxiner .

Taxonomi

Rathayibacter toxicus har tidigare klassificerats som " Corynebacterium sp. ", " Corynebacterium rathayi ", " Clavibacter sp. ", " Clavibacter rathayi " och " Clavibacter toxicus. " Organismen är en medlem av familjen Microbacteriaceae. Microbacteriaceae innehåller tjugoåtta andra släkten, även om en distinkt kladd bildas mellan släktet Rathayibacter och släktet Clavibacter. Släkten som är närmare släkt med Rathayibacter är Frigoribacterium , Curtobacterium och Clavibacter; medan släktet Leifsonia är mer avlägset släkt med Rathayibacter . I släktet Rathayibacter finns det sex arter som samlas inom Microbacteriaceae och Rathayibacter toxicus har den djupaste förgreningen eftersom den är minst släkt med de andra arterna.

Upptäckt

År 1956 hittades de första rapporterade boskapsdödsfallen på grund av årlig rajgräs ( Lolium rigidum ) toxicitet (ARGT), som senare upptäcktes vara verket av ARGT-bakterien som nu är känd för att vara Rathayibacter toxicus , i "vete-fårbältet" i Black Springs , södra Australien . I slutet av 1950-talet identifierade JM Fisher en gallbildande nematod ( Anguina sp.) och en gulslembakterie, båda patogener för fröhuvudena på ettårig rajgräs. Det var inte förrän 1968 som bakterien ansvarig för ARGT isolerades och identifierades som Corynebacterium sp. av A. Kerr och identifierades av misstag som Corynebacterium rathayi senare 1977.

Isolering

Den huvudsakliga utredaren och datumet för upptäckten av organismen är kända, men den ursprungliga isoleringsmetoden är skymd; emellertid, den isoleringsteknik som användes för att utföra en morfologisk bedömning av en annan stam av samma organism genomgicks av Bird och Stynes. Forskarna identifierade organismen av intresse genom det karakteristiska gula slemmet och det avlägsnades från en nematodgall, placerades i destillerat vatten och ströks ut på ett unikt medium (10 gram sackaros , 8 gram kaseinhydrolysat , 4 gram jästextrakt , 2 gram KH2P04 _, 0,3 gram MgS047H2O _,₁₅ gram agar och destillerat vatten tillsattes tills 1 liter nåddes ) _. Rena gula kolonier bildades inom 24 timmar.

Klassificering

Identifieringen av bakterien som Corynebacterium rathayi stöddes otillräckligt, och överföringen av " Corynebacterium rathayi" till släktet Clavibacter uppmanades av Davis et al. . 1984 efter att cellväggens peptidoglykanskikt visade sig ha 2,4-diaminosmörsyra (DAB). 1987 fann Riley att bakterierna associerade med ARGT kunde skiljas från inte bara Corynebacterium rathayi utan andra fytopatogena coryneformer genom immunologiska analyser . Riley, till stöd för Davis fynd, identifierade också DAB i ARGT-bakteriens peptidoglykanlager genom aminosyraanalys, vilket ytterligare stödde omklassificeringen till Clavibacter som Clavibacter sp . På grund av skillnader i serologi , allozymanalys , bakteriofagkänslighet , vektoradhesion och biokemiska egenskaper som särskiljde den nya Clavibacter sp . associerade med ARGT från andra medlemmar av släktet, Riley och Ophel (1992) föreslog Clavibacter toxicus som en ny art. 1993, Zgurskaya et al. föreslog ett nytt släkte, " Rathayibacter " , och ville omklassificera " Clavibacter sp . ” associerad med ARGT in i detta släkte baserat på skillnader i menakinonsammansättning , morfologiska och fysiologiska egenskaper, DNA-DNA-släktskap, kemotaxonomi , serologi, allozym/proteinmönster och 16S rRNA- gensekvenser. 1998 omklassificerades Clavibacter toxicus till Rathayibacter toxicus av Sasaki och kollegor.

Morfologi

Rathayibacter toxicus är en Gram-positiv , obligat aerob med oregelbunden stavmorfologi, vanligtvis 0,5 till 0,7 µm i diameter med ~1,1 till 2,0 µm, och ändar som är trubbiga och rundade. Den har en kapsel runt cellen som är 0,08-0,2 µm tjock, vilket gör att mikroorganismen kan överleva varma och torra förhållanden under sommaren eller i frånvaro av en värdväxt. Den producerar inte sporer eller visar någon rörlighet . Cellväggen hos R. toxicus kännetecknas av närvaron av L-isomeren av DAB.

Genomik

4 stammar av Rathayibacter toxicus (WAC3373, 70137, DSM 7488, FH142) har fått sina genom fullständigt sekvenserade , sammansatta , kommenterade och publicerade. R. toxicus har visat sig ha en enda cirkulär kromosom med en genomsnittlig genomstorlek på 2,325 megabaser och en genomsnittlig GC-halt på 61,5 %. Stam WAC3373 fungerar som referensorganism med en genomstorlek på 2,35 Mb, GC-innehåll på 61,5%, 2165 totala gener, 2069 proteinkodande gener, 54 totala RNA-gener (45 tRNA , 6 rRNA , 3 andra RNA) och 42 pseudogener .

Sekvensering

Sechler och hans team beskrev sin metod som användes för att sekvensera 2 Rathayibacter toxicus- stammar (FH-79 och FH-232) där de skapade ett shotgun-DNA- bibliotek för båda stammarna med en 454 Junior-sekvenserare. Redan existerande information om kartlagda kodande gener erhölls via Prokaryotic Genome Annotation Pipeline (PGAP) medan provspecifik DNA-anteckning syntetiserades med hjälp av HMMer-sviten , OriFinder, TBLASTN , Pfam , TIGRFam , TnpPred, Alien_Hunter och antiSMASH -programvaran. Ett funktionellt tunicamycin- genkluster har identifierats bestående av 14 gener som består av 2 separata transkriptionsenheter . Fennessey och kollegor hittade över 300 unika proteiner som inte upprepades i en allmän lista över identifierade proteiner; och upptäckte att 16% fungerade som sekundära metaboliter möjligen förvärvade genom horisontell genöverföring och har visat sig hjälpa till med patogenicitet.

KEGG Pathways

Enligt Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes ( KEGG ) är Rathayibacter toxicus -stam WAC3373 kapabel att utföra glykolys , citronsyracykel (TCA) , argininbiosyntes , aminosyrametabolism , kolhydratmetabolism och olika bakteriella DNA-reparationsmekanismer .

Ämnesomsättning

Rathayibacter toxicus är en kemoorganotrof som använder syre som sin terminala elektronacceptor . Med användning av rör av medium C innehållande en mängd olika kolkällor, var och en 0,5% vikt per volymkoncentration, noterade tillväxt och syraproduktion under 4 veckor, fastställdes att R. toxicus använder galaktos , mannos och xylos som kolkällor som bildar sura biprodukter. Produktionen av syror från kolhydrater sker oxidativt och svagt.

Fysiologi

Rathayibacter toxicus är mesofil med optimal tillväxt vid 26 ℃ och ingen tillväxt vid 37 ℃. Detta bestämdes genom undersökning av bakterietillväxt på streckpläterad 523M agar, inkuberad vid 26 ℃ och 37 ± 0,5 ℃ efter 3, 7 och 14 dagar. Organismen har svarat bra på 523M agar, CB-agar, R-agar och andra basiska medier innehållande jästextrakt, pepton och glukos när den odlats vid pH 7. R. toxicus kräver 0,1 % jästextrakt för tillväxt. Kulturer odlade i YSB-medium, som sträcker sig från 0 till 10% vikt/volymkoncentrationer av NaCl , observerade efter 3, 7 och 14 dagar avslöjade att R. toxicus endast kan motstå maximalt 1% NaCl-koncentration. Genereringstiden för R. toxicus är cirka 18 timmar i 523M buljong vid 25℃ baserat på optiska densitetsmätningar via en spektrofotometer . Kolonimorfologin på 523M-agar är konvex, slät, slemformig med gul, rosa-orange eller rosa pigmentering.

Värdsortiment

Anguina sp. (frögallnematoder) är naturliga vektorer för överföring av patogenen. Organismen är känd för att endast infektera de blommiga delarna av Poaceae -arter, en allestädes närvarande familj av gräs, i Australien och delar av Sydafrika . Lolium rigidum (ettårig rajgräs) har visat sig vara vanligt infekterad med R. toxicus från november till mars. Andra gräsarter såsom Agrostis avenacea (ettårigt blåst gräs), Ehrharta longiflora (ettårigt fältgräs) och Polypogon monspeliensis (ettårigt skägggräs) var också mottagliga för infektion av nematodgallar som bär på R. toxicus .

Patogen ekologi

En sex-gen Multi-Locus Sequence Typing (MLST) och en Inter-Simple Sequence Repeats (ISSR) tillvägagångssätt användes för att få en bättre förståelse av Rathayibacter toxicus närvaro.

Inledningsvis användes ISSR för att spåra den ekologiska fördelningen av en släkting i sydturkisk art, Clavibacter michiganensis . ISSR:erna för R. toxicus amplifierades och 10 primrar syntetiserades via PCR . PCR-produkterna analyserades med användning av agarosgeler och SimQual-programmet identifierade och betecknade Jaccard-likhetsvärden för 94 ISSR-loci av R. toxicus- isolat. Jaccard-koefficienterna, som fungerar som genetiska likhetsvärden, användes för att generera ett träddiagram från UPGMA .

De analyserade MLST-generna, involverade i antibiotikaresistens , kromosomreplikation och biosyntetiska vägar , tjänade till att särskilja de olika platserna för R. toxicus- isolat. Den generösa programvaran, Primer3 -sviten och hela genomet av R. toxicus möjliggjorde skapandet av PCR-primers R16sF1 och R16sR1 för att amplifiera ett 1110 bp 16S rDNA-genfragment. R. toxicus- isolat gjordes sedan särskiljbara genom 16S rRNA- gensekvenshomologi .

ISSR-markörerna som genererades, tillsammans med MLST-resultaten bekräftade närvaron av tre distinkta populationer av Rathayibacter toxicus , RT-I, RT-II och RT-III. RT-I- och RT-II-populationer finns vanligtvis i södra Australien; medan populationen RT-III finns i delar av västra Australien. Man drog slutsatsen att sammansättningen av gener inom varje arttyp är korrelerad med organismens ekologi .

Miljöpåverkan

Rathayibacter toxicus , som transporteras av den parasitära nematoden Anguina funesta , är smittsam för ettårig rajgräs och är den främsta orsaken till ettårig rajgrästoxicitet (ARGT). ARGT är en neurologisk störning som orsakas av R. toxicus utsöndring av ett dödligt glykolipidtoxin (strukturellt liknar tunicamycin) hos infekterade boskap . Toxinet framkallar kramper och/eller utveckling av ovanlig gång, vilket vanligtvis slutar med döden av nötkreatur och får som betar på infekterade växter. Många andra organismer har visat sårbarhet inklusive hästar, grisar och "andra laboratoriedjur" där får har en dödlighet på 90 % och dödsfall som inträffar inom 24 timmar efter förgiftning. ARGT har varit ett stort problem i västra och södra Australien under de senaste 50 åren, men symtom har identifierats i regioner så långt borta som Sydafrika där det var kopplat till dödsfall av betande fullblodshästar. Även om patogenen kräver överföring via den mekaniska vektorn ( Anguina funesta ), har Rathayibacter toxicus visat förmågan att fästa sig vid andra Anguina- arter och infektera en mängd olika växter (dvs ettåriga skägggräs, böjt gräs , vildhavre och bevingat kanariefågel) , som tidigare nämnts. Införandet av R. toxicus till andra regioner är ett aktuellt problem på grund av de ekonomiska kostnaderna för boskapsförlust, betesbehandling och boskapsinspektioner och underhåll.