Ultrastructure of tissue disintegration and host reactions in potato tubers infected byErwinia carotovora var.atroseptica

Summary

An electron microscope study has shown that the spread ofErwinia through potato tuber tissue occurs primarily via the intercellular spaces of the storage parenchyma. Restricted infection of the xylem and phloem elements also occurs, leading to localised pectolysis and melanin formation limited by the suberised vascular parenchyma. As well as maceration of the cell wall tissue, degradation involves the disorganization of the cytoplasm, in which the rupturing of various cell membranes is associated with the enlargement of the microbodies.

The effects of temperature and oxygen supply on the physical barriers and hence on bacterial spread are complex. Observations on the formation of suberin and melanin at the infection interface have shown that the former may hinder bacterial spread: the role of the latter is more obscure.

Zusammenfassung

Eine Untersuchung im Elektronenmikroskop hat gezeigt, dass die Ausbreitung vonErwinia im Kartoffelknollengewebe in erster Linie durch die interzellularen Räume des Speichergewebes vor sich geht. Die einzige intrazellulare Infektion wurde in den Kalziumoxalat-Zellen (Abb. 1A) und im Xylem (Abb. 1B) gefunden. Beschränkter Befall der Xylem- und Phloem-Elemente führte zu lokaler Pektolyse- und Melanin-Bildung, begrenzt durch das verkorkte Gefässparenchym. Erweichung der Zellwand (Abb. 1C, D, E) führte zum Abbau von Pektin-Substanzen (demonstriert durch Anwendung der Albersheim-Färbe-Methode) (Abb. 2A, B). Bei älteren Befallsstadien war die Zellwand stark geschwollen, und die interzellularen Räume waren vergrössert (Abb. 2C). Die Plasmodesmen waren weniger verändert als andere Teile der Zellwand (Abb. 2D, E), aber die Plasmodesmen-Porenkanälchen wurden erweitert (Abb. 3A, B). Abbauerscheinungen führten auch zur Desorganisation des Cytoplasmas: der Kern schwoll stark an, blieb aber relativ intakt; das Brechen der Zellmembranen war verbunden mit der Verbreitung der Mikrokörper (Abb. 3C, D, Fig. 4).

Beobachtungen über die Bildung von Suberin und Melanin an der Grenze des infizierten Bereiches zeigten, dass Suberin die Verbreitung der Bakterien hindern dürfte (Abb. 5A, B); die Rolle von Melanin, offenbar begrenzt auf das Zellinnere (Abb. 5C, D), ist viel unklarer. Der Einfluss der Temperatur und der Sauerstoffzufuhr auf die physikalischen Grenzen und damit auf die Verbreitung der Bakterien waren komplex (Fig. 6). Verschiedene abnormale Strukturen waren in verkorkenden Zellen, in besondern Myelin-Körpern und zahlreichen kleinen Vakuolen, wovon einige Melanin (Abb. 7A, B, C, D) enthielten, vorhanden.

Résumé

Une étude au microscope électronique a révélé que l'extension de Erwinia dans le tissu de tubercule de pomme de terre apparaît en premier lieu par les espaces intercellulaires du parenchyme de réserve. La seule infection intracellulaire trouvée est localisée dans les cellules avec oxalate de calcium (Fig. 1A) et dans le xylème (Fig. 1B). L'infection réduite du xylème et des éléments du phloème cause une pectolyse localisée et une formation de mélanine limitée par le parenchyme vasculaire subérisé. La macération de la paroi cellulaire (Fig. 1C, D, E) entraîne la décomposition des substances pectiniques révéleé par la méthode de coloration de Albersheim (Fig. 2A, B). A des stades plus avancés d'infection, la paroi cellulaire est beaucoup dilatée avec des espaces intercellulaires agrandis (Fig. 2C). Les plasmodesmes sont moins affectés que les autres parties de la paroi cellulaire (Fig. 2D, E), mais les canaux plasmodesmiques sont élargis (Fig. 3A, B). La dégradation entrîne également la désorganisation du cytoplasma: les noyaux sont fortement dilatés mais restent relativement intacts; la rupture des membranes cellulaires est associée avec l'agrandissement des microorganites (fig. 3C, D, Fig. 4).

Les observations sur la formation de subérine et de mélanine lors de l'infection des cloisons révèlent que la premiére peut empêcher l'extension bactérienne (Fig. 5A, B): le rôle de la derniére, apparemment confinée à l'intérieur des cellules (Fig, 5C, D) est beaucoup plus obscur. Les effets de la température et de l'apport d'oxygène sur les barrières physiques et de là sur l'extension bactérienne sont complexes (Fig. 6). Diverses structures anormales sont présentes dans les cellules en voie de subérisation, en particulier les corps mycéliniques et de nombreuses petites vacules, quelques-unes contenant de la mélanine (Fig, 7A, B, C, D).