A fitoplazma (Phytoplasma) baktériumok egy nemzetségének a neve; az ide tartozó növényeket fertőző fajok a növényi háncsban, illetve a hordozó (vektor) rovarokban található élősködők. Bár vírusfertőzéshez hasonló tüneteket produkálnak a növényeken, mégis a Gram-pozitív baktériumok közé tartoznak. Először 1967-ben fedezték fel őket, a tudósok mikoplazmaszerű szervezeteknek, vagy MLO-knak (mycoplasma-like organism) nevezték el őket.
Sejtmentes közegben, táptalajon (in vitro) nem szaporíthatóak. Jellemző rájuk a sejtfal hiánya (háromrétegű membránnal határoltak), a pleiomorfia (sokalakúság), továbbá nem tartalmaznak kromoszomális struktúrával rendelkező sejtmagot. Átmérőjük normálisan 1 mikrométernél kisebb, genomjuk is igen kicsi.
A fitoplazmák fontos haszonnövények, köztük a kókuszpálma, a cukornád, a szőlő, a rizs és a Prunus nemzetség gyümölcsfáinak kártevői, a kártétemények az enyhe sárgulástól az ellevelesedésen át a fertőzött növény pusztulásáig terjednek. A trópusi és szubtrópusi éghajlat alatt a legelterjedtebbek. A fitoplazmáknak szükségük van terjesztő vektorra, ez leggyakrabban a kabócafélék közül kerül ki, melyekben szintén képesek a sokszorozódásra, de a növényi élősködő aranka is képes átvinni a fertőzést.
Története
Fitoplazma-okozta növénybetegségről már régről vannak írásos emlékek, az egyik legkorábbi az 1603-as eperfa-törpeségről Japánból. Először ezeket a betegségeket vírusoknak tulajdonították, melyek terjedéséhez éppúgy szükség van rovarvektorra, nem lehet kultúrában tenyészteni őket, és az okozott tünetek is hasonlóak, mint a fitoplazmáknál. 1967-ben találták meg a fitoplazmákat a növényi floémszövet ultravékony metszeteiben, és mikoplazmaszerű szervezeteknek, vagy MLO-knak (mycoplasma-like organism) nevezték el őket, mivel hasonlítottak a mikoplazmákra. Azóta több száz sárgulásos, törpüléses, seprűsödéses tünetet mutató növényben mutatták ki jelenlétüket. Az élőlények 1994-ben, a Nemzetközi Mikoplazmológiai Szervezet 10. kongresszusán kapták meg a fitoplazma nevet, ami egyértelműen jelzi növénykórokozó mivoltukat.
Morfológiája
Mivel a baktériumok „lágy bőrű” Mollicutes osztályához tartoznak, a fitoplazmákat sejtfal helyett csak háromrétegű, kb. 10 nm vastag sejthártya határolja. Az eddig tanulmányozott fitoplazmák sejthártyája egyetlen immundomináns, ismeretlen funkciójú fehérjét tartalmaz, ami a sejthártya fehérjetartalmának nagyobb részét teszi ki.
Morfológiailag nagyon sokrétűek, vannak kicsiny gömbölyű (60-100 nm átmérő), nagyobb (150-1100 nm átmérő), gömbös vagy hengeres, szabálytalan, elágazó, filamentumos (1-2 µm-es vagy hosszabb), lehetnek nyúlványaik és sarjadzó részeik is. Később pásztázó elektronmikroszkópos felvételeken felfedeztek elágazó, súlyzó alakú, sarjadzó és hasadással osztódó alakokat is.Marwitz, R., Petzold, H. (1978): Examination of mycoplasma-like organisms in yellows diseased plants by scanning electron microscope. 3rd Int. Congress of Plant Pathol., München, 16-23 Aug., 78. p.
A fitoplazmák egyszerű metszetekben többnyire 200-800 nm átlagos átmérőjű, kerek vagy tojásdad, változatos alakú (pleomorf) testeknek látszanakSeliskar, C.E. and Wilson, C.L. (1981): Yellows diseases of trees. 35-96. p. In: K. Maramorosch and S. P. Raychaudhuri (editors), Mycoplasma Diseases of Trees and Shrubs, Academic Press, New York (ám a vékony metszetekben megfigyelt gömbölyded alakok komplexen elágazó formák látszólagos alakjai is lehetnek), más vizsgálatok elágazó, filamentszerű morfológiájúnak írják le őket.Lee, I-M. and Davis, R.E. (1992): Mycoplasmas which infect plants and insects. 379-390. p. In: Maniloff, J, McElhaney, R. N., Finch, L. R., Baseman, J. B. (Editors): Mycoplasmas: molecular biology and pathogenesis , A még élő fitoplazmák in situ, inkubált rostasejtekben történő megfigyelésekor a fonálszerű alakokat látták uralkodónak.
Ahogy más prokariótáknál is tapasztalható, a DNS nem tömörül sejtmagba, szabadon található a sejtplazmában.
Tünetei
A fitoplazma-fertőzés gyakori tünete az ellevelesedés (fillódia), azaz a virágok helyén levélszerű képletek kialakulása. Az eddigi bizonyítékok arra mutatnak, hogy a fitoplazma leszabályozza a párta kialakulásában közreműködő (AP3 és ortológjai) és a csúcsmerisztéma karbantartásáért felelős (Wus és CLV1) géneket. Ennek következménye, hogy csészelevél fejlődik ki párta helyett. Más tünetek, mint a levelek elsárgulása, annak a számlájára írhatók, hogy a fitoplazma puszta jelenléte a floémban befolyásolja annak funkcióját, akadályozhatja a szénhidrátok transzportját.Muast et al. (2003) Changes in carbohydrate metabolism in coconut palms infected with the lethal yellowing phytoplasma Phytopathology 93 976-981.
A fitoplazmával fertőzött növényeken előfordul még a párta sejtjeiből hiányzó pigmentek miatt zöld virágok kifejlődése (virescenceDictionary definition) és időnként a virágok sterilitása is.
A fitoplazma-fertőzött növények gyakran bokros vagy boszorkányseprű-megjelenésűek, mivel a fertőzéstől a normális növekedési minták megváltoznak. A legtöbb növény csúcsdominanciát mutat, de a fitoplazmától elburjánozhatnak az oldalirányú hajtások, és megnőhet a szártagok mérete. Ezek a tünetek néha előnyösek is lehetnek, például a mikulásvirág (poinsettia) termesztésekor. A fertőzés miatt megnő az oldalirányú hajtások száma, ami lehetővé teszi az egynél több virágú mikulásvirágok termesztését.
Sok, a fitoplazmák által okozott tünetet valójában nem a fitoplazma valamely specifikus patogén hatása váltja ki, hanem a fertőzés okozta stressz. A fotoszintézis, különösen a II. fotokémiai rendszer sok fitoplazma-fertőzött növényben blokkolva van. A fitoplazmával fertőzött növények gyakran elsárgulnak, amit a klorofill lebomlása okoz, mivel annak bioszintézise is gátolt.
Transzmissziója Növények közötti továbbítása
A fitoplazmákat nagyrészt a Cicadellidae (mezeikabóca-félék), Psyllidae (levélbolhák) és Fulgoridae családokba tartozó rovarok terjesztik,Phyllis G. Weintraub and LeAnn Beanland Insect vectors of phytoplasmas Annual Review of Entomology; Vol. 51: 91-111 (2006); (doi:10.1146/annurev.ento.51.110104.151039) melyek a fertőzött növények floémszövetéből táplálkoznak, így felvéve a fitoplazmákat és továbbítva őket a következő tápnövényükhöz. Ezért a fitoplazmák által fertőzött növények köre nagyban függ a terjesztő rovartól is. A fitoplazmák sejtjeinek felületén a fehérjék nagy részét egyetlen, antigén hatású protein alkotja. Ez a fehérje bizonyítottan kapcsolatba lép a rovarok mikrofilamentum-komplexeivel, és valószínűleg a meghatározó tényezők a rovar és a fitoplazma közötti interakcióban.Suzuki et al. (2006) Interactions between a membrane protein of a pathogen and insect microfilament complex determines insect vector specificity. Proceedings of the National Academy of Sciences 103: 4252-4257 A fitoplazmák áttelelhetnek a rovarban, vagy évelő növényekben. A fitoplazma-fertőzés különböző hatásokkal járhat a hordozó rovarra nézve; csökkent és megnövekedett fitnesz egyaránt előfordul.Christensen et al. (2005) Phytoplasmas and their interactions with their hosts. Trends in Plant Sciences 10 526-535. PDF
A fitoplazmák a szipókán (serteköteg, szurony, stylet) keresztül lépnek be a rovar testébe, majd az emésztőrendszeren végighaladva a hemolimfába kerülnek. Innen jutnak át a nyálmirigyekbe, ez akár három hétig is eltarthat. A folyamat végére a fertőzött gazdaállat minden szervében megtalálhatók. A szájszervbe való bejutás és a fertőzésre képes állapot közötti időt látens időszaknak nevezik.
A fitoplazmákat terjesztheti a szulákfélékhez tartozó aranka nevű parazita növény is,Carraro, L.; Loi, N. and Favali, M. A. 1991. Transmission characteristics of the clover phyllody agent by dodder. J. Phytopathol. 133:15-22 de terjedhetnek vegetatív úton is, pl. a fertőzött növény egészségesbe való oltásával.
Növényen belüli továbbítása
A fitoplazmák a floémen belül a forrástól a nyelő irányába tudnak haladni, és képesek átjutni a rostacsőelemeken. Vannak arra utaló jelek, hogy a passzív transzlokáció önmagában nem magyarázza meg a fitoplazma előrehaladását.Christensen et al. 2004. Distribution of phytoplasmas in infected plants as revealed by real time PCR and bioimaging. Molecular plant microbe interactions 17: 1175-1184
Észlelése, diagnosztizálása
A fejlett molekuláris technikák megjelenése előtt a fitoplazma-fertőzés diagnosztizálása nehéz volt, mivel kultúrában nem szaporíthatóak. Így a hagyományos diagnosztikai technikákra volt szükség, mint a tünetek megfigyelése. A floémszövetből készített ultravékony metszetek vizsgálatával is ki lehetett mutatni a jelenlétüket. A fertőzött növényeket antibiotikumokkal, pl. tetraciklinnel kezelték, ha ez segített a növényen, valószínűsíthető volt a fertőzés.
A fitoplazma észlelésének molekuláris technikái, ideértve az ELISA-alapú módszereket (Enzyme-linked immunosorbent assay, enzimhez kötött ellenanyag-vizsgálat) az 1980-as években kezdtek megjelenni. Az 1990-es évek elején jelentek meg a PCR-alapú, az ELISA-nál jóval érzékenyebb módszerek, az RFLP-analízis (Restriction fragment length polymorphism, restrikciós fragmentumhossz-polimorfizmus) lehetővé tette a fitoplazma különböző törzseinek és fajainak meghatározását is.Chen et al. (1992) Detection and identification of plant and insect mollicutes. In The Mycoplasmas, editor RF Whitcomb and JG Tully 5: 393-424
Az utóbbi években vált lehetővé a fitoplazma-fertőzés mértékének a kimutatása. A QPCR (quantitative real-time PCR, kvantitatív valós idejű PCR) és a bioimaging (biológiai képalkotás) eszközök hatékonynak bizonyultak a fitoplazma növénybeli mennyiségének meghatározására, titrálására.
Féken tartása
A fitoplazma-fertőzést általában a betegségnek ellenálló fajták kitenyésztésével, illetve ültetésével – ez a leggazdaságosabb ismert módszer –, vagy a betegséget hordozó rovarok irtásával lehet megakadályozni.
Lehetséges fertőzött növényekből egészséges szövetkultúra létrehozása. Ennek esélye növelhető krioterápia alkalmazásával: a növénymintákat folyékony nitrogénbe helyezik, mielőtt kultúraként felhasználnák azokat.Wang et al. (2007) Effective elimination of sweet potato little lead by cryotherapy of shoot tips. Plant Pathology online early edition.
Végeztek kutatásokat a fitoplazmák ellen bevetendő plantibody (genetikailag módosított növényekkel termeltetett antitestek) alkalmazására is.Chen, Y. D., and Chen, T. A. 1998. Expression of engineered antibodies in plants: A possible tool for spiroplasma and phytoplasma disease control. Phytopathology 88:1367-1371.
A tetraciklin-vegyületek bakteriosztatikus hatásúak, azaz akadályozzák a fitoplazma terjedését.Davies et al. (1968) Remission of aster yellows disease by antibiotics. Science 161: 793-794. Az antibiotikumok folyamat használata nélkül azonban a betegség tünetei újra megjelennek. Így a tetraciklin a mezőgazdaság számára nem hatékony szer, bár dísz-kókuszpálmák védelmére alkalmazzák.Drug for Humans Checks Palm Trees Disease. New York Times, July 19 1983
Genetikája
Ezidáig három fitoplazma genomjának fejezték be a szekvenálását: az őszirózsa sárgulását és boszorkányseprűsödését okozó fitoplazmáét (Aster Yellows Witches Broom),Bai et al. (2006) Living with genome instability: the adaption of phytoplasmas to diverse environments of their insect and plant hosts. Journal of Bacteriology 188 3682-3696 a hagymasárgulás-fitoplazmáét (Onion Yellows) (Ca. Phytoplasma asteris)Oshima et al. (2004) Reductive evolution suggested from the complete genome sequence of a plant-pathogenic phytoplasma. Nature Genetics 36:27-29 és a Ca. Phytoplasma australiense-étTran-Nguyen et al. (2008) Comparative genome analysis of "Candidatus Phytoplasma australiense" (subgroup tuf - Australia I; rp-A) and "Ca. P. asteris" strains OY-M and AY-WB. Journal of Bacteriology online early.