马铃薯晚疫病菌与早疫病菌的快速分子检测技术研究

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yan3134
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马铃薯晚疫病和早疫病是马铃薯生产上两种危害严重的病害,在各马铃薯种植区广泛发生。由卵菌的致病疫霉菌Phytophthora infestans侵染引起的晚疫病是马铃薯生产上一种最具毁灭性的病害,在病害大暴发年份可以造成绝产。该病原菌可为害马铃薯、番茄等多种茄科植物。马铃薯早疫病是由茄链格孢Alternaria solani引起的真菌性病害,茄链格孢可以侵染马铃薯、番茄等多种茄科植物以及一些芥菜。许多微生物可以引起植物病害,而快速、准确、有效地检测病原菌是诊断和监测植物病害的必要条件。近十年来,有效的扩增平台、探针开发和各种实时荧光定量PCR技术的出现,彻底改变了对病原菌的快速检测和鉴定技术。目前在许多实验室中,聚合酶链式反应(PCR),尤其是实时荧光定量PCR被认为是最灵敏、最准确的植物病原菌检测技术,但聚合酶链式反应(PCR)技术通常需要实验室设备和比较专业的技术人员。为了寻找快速、灵敏、特异、准确的马铃薯晚疫病菌和早疫病菌检测方法,本研究对常规PCR、巢式PCR、实时荧光定量PCR、双重PCR和环介导等温扩增(LAMP)等不同的检测方法对马铃薯晚疫病菌和早疫病菌进行了快速检测技术研究。首先,本研究以马铃薯晚疫病菌Ras相关结合蛋白基因(GTP-binding protein gene,Ypt1)(登录号JN678988)为靶标基因建立了环介导等温扩增(LAMP)方法、常规聚合酶链式反应(PCR)、巢套PCR和实时荧光定量PCR方法,并对其检测马铃薯晚疫病菌的特异性和灵敏度进行比较。对供试的43个致病疫霉菌株进行LAMP检测,结果均为阳性,并且与其它疫霉菌、卵菌及病原真菌无交叉反应,表明该建立的马铃薯晚疫病菌LAMP检测方法具有显著的特异性。LAMP方法检测灵敏度在DNA水平上可达1.28×10-4 ng/uL,较巢式PCR检测灵敏度(1.28×10-3 ng/uL)提高10倍,较实时荧光定量PCR检测灵敏度(1.28×10-2ng/uL)提高100倍,较常规PCR检测灵敏度(1.28×10-1 ng/uL)提高1000倍。相比较于PCR技术,LAMP技术具有更高的特异性和灵敏度,且设备简单。进一步采用上述方法对田间马铃薯晚疫病发病组织(叶片和茎)进行检测,结果表明,健康组织检测为阴性,上述方法均能检测出病组织中的马铃薯晚疫病菌,但是LAMP检测结果优于其他方法。总的来说,本研究提供了一种特异、灵敏、简单、有效检测马铃薯晚疫病菌的LAMP可视化检测方法,该方法适用于马铃薯晚疫病早期检测,可降低病害流行的风险,并可指导病害防控。其次,为了针对马铃薯早疫病建立更省时,更敏感,更准确的检测方法,本研究以马铃薯早疫病菌的组氨酸激酶基因(histidine kinase gene)保守区域序列(登录号FJ424058)为靶标位点建立了环介导等温扩增技术(LAMP)、常规聚合酶链式反应(PCR)、巢套PCR和实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测方法,并在灵敏度、特异性和操作性方面进行了比较分析。结果表明,LAMP检测方法可在63℃恒温条件下1小时内扩增目标DNA,其灵敏度比传统PCR提高10倍。所建立的巢式PCR检测灵敏度比LAMP提高100倍,比常规PCR提高1000倍。qPCR检测灵敏度在DNA水平上可达100 fg/μ L,比巢式PCR提高10倍,是所有评估方法中灵敏度最高的。LAMP检测方法在检测灵敏度上虽然不如巢式PCR和qPCR,但其反应时间短,对仪器设备无特殊要求,因此更为简便快捷。进一步采用LAMP方法对田间马铃薯早疫病叶片进行检测,结果均能检测出病原菌的存在,说明马铃薯早疫病菌LAMP检测方法具有一定的实用性。综上所述,针对马铃薯早疫病建立了一种快速、简便和可视化的LAMP检测方法,并且相较其他常规PCR在自然感染马铃薯早疫病的发病组织的检测具有更大的应用潜力。该方法适用于马铃薯早疫病早期检测,可降低病害流行的风险,并可指导病害防控。第三,建立了基于TaqMan(?)探针的实时荧光定量(PCR)检测方法,用于马铃薯叶片和块茎中致病疫霉(Phytophthora infestans)的定量检测。本研究根据致病疫霉Ypt1基因序列设计探针对梯度稀释浓度范围为108-101拷贝/μl的质粒DNA,以及梯度稀释浓度范围为126 ng至12.6 fg的马铃薯晚疫病菌基因组DNA进行扩增,结果显示,基于探针的实时荧光定量PCR检测方法对马铃薯晚疫病菌非常灵敏和特异,与其他疫霉菌和病原真菌无交叉反应,并且与传统的PCR检测方法相比,在感病的马铃薯叶片及其他部位的阳性检测中具有一定的优势。该方法的检测灵敏度为100拷贝质粒DNA和10 pg马铃薯晚疫病菌基因组DNA,其灵敏度比常规PCR提高了 100倍。采用qPCR方法对来自两个田间试验地的45个感染晚疫病的马铃薯叶片进行检测,结果表明,45个样品(100%)检测均为阳性,而常规PCR的阳性检出率仅为40/45(88%)。研发的qPCR检测方法可以替代现有的马铃薯晚疫病菌检测方法,特别是在大量检测植物样本准确检测病害发病率等方面。LAMP是近年来发展起来的一种新型核酸检测技术,已广泛应用于细菌、病毒、线虫、真菌等检测和诊断。在本研究中,首次建立了马铃薯晚疫病菌和早疫病菌的LAMP检测方法,其中对马铃薯晚疫病菌的检测是高度灵敏(1.28 ×10-4 ng/μL)和特异的,LAMP检测方法被证明其检测灵敏度较巢式PCR(1.28 × 10-3 ng/μLl)提高10倍,较实时荧光定量PCR(1.28 × 10-2 ng/μL)提高100倍,较常规PCR(1.28 ×10-1 ng/μL)提高1000倍。但在马铃薯早疫病检测方法中,LAMP检测方法的灵敏度仅较常规PCR提高10倍,并且远低于较巢式PCR和实时荧光定量PCR的,不过其特异性要优于其它方法。基于TaqMan探针的实时荧光定量PCR对马铃薯晚疫病菌基因组DNA的检测灵敏度为100拷贝质粒DNA和10pg,较常规PCR提高100倍,也具有一定的高灵敏性。总之,本研究探讨了马铃薯早疫病和晚疫病的早期检测方法,提供了一种特异、灵敏、简单、有效LAMP可视化检测方法,其可适用于这两种病害的田间早期检测,以降低病害流行的风险,及早采取防治措施从而减少病害造成的损失。
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