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    南洋楹潰瘍病菌巢式PCR快速檢測(cè)

    2020-03-23 06:07:38敖莉絲王偉任董董李慧靜黃嘉琪紀(jì)春艷
    熱帶作物學(xué)報(bào) 2020年2期

    敖莉絲 王偉 任董董 李慧靜 黃嘉琪 紀(jì)春艷

    摘? 要:由可可毛色二孢菌(Lasiodiplodia theobromae)引致的潰瘍病是目前威脅南洋楹健康生產(chǎn)和品質(zhì)的重要病害??焖?、準(zhǔn)確檢測(cè)病原菌是進(jìn)行病害有效防控的基礎(chǔ)。本研究用南洋楹潰瘍病菌翻譯延伸因子(EF 1-α)編碼基因上保守靶基因區(qū)域的序列設(shè)計(jì)特異性引物EF-AF/AR。利用EF 1-α編碼基因通用引物EF-688F/986R和特異性引物EF-AF/AR組合進(jìn)行巢式PCR擴(kuò)增,獲得264 bp的單一條帶,靈敏度檢測(cè)最低限度為1 fg/?L。利用建立的巢式PCR方法對(duì)林間疑似潰瘍病的病樣進(jìn)行檢測(cè),能夠特異性地檢測(cè)到L. theobromae。本研究建立的巢式PCR檢測(cè)方法準(zhǔn)確、特異且靈敏性高,可為南洋楹潰瘍病的早期診斷和及時(shí)防控提供基礎(chǔ)的理論和實(shí)踐依據(jù)。

    關(guān)鍵詞:南洋楹潰瘍病;可可毛色二孢;巢式PCR

    中圖分類(lèi)號(hào):S432.4????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

    Abstract: A rapid nested-PCR detection system for Falcataria moluccana stem canker disease was established. The outer pair of primers EF-688F/986R and the inner pair of primers EF-AF/AR were designed based on the EF 1-α gene sequences of Lasiodiplodia theobromae. The established specific nested-PCR could amplified a single product of 264 bp with annealing temperature of 63?℃, reaction cycles of 37. The lowest detectable concentration was 1 fg/?L. L. theobromae could be specifically detected by nested-PCR from the diseased plant samples. The establishment of rapid, sensitive nested-PCR detection system of L. theobromae might have significance in early diagnosis, and disease control of F. moluccana stem canker.

    Keywords: Falcataria moluccana stem canker; Lasiodiplodia theobromae; nested-PCR

    南洋楹(Falcataria moluccana)是世界著名的熱帶速生樹(shù)種,樹(shù)形美觀,木質(zhì)纖維豐富,韌性強(qiáng),材質(zhì)輕,經(jīng)營(yíng)周期短,是家具、造紙制漿等的優(yōu)良原料。此外,其用途十分廣泛,經(jīng)濟(jì)效益和景觀價(jià)值高。南洋楹原產(chǎn)地為馬來(lái)西亞馬六甲和印尼馬魯古群島,我國(guó)于1940年前后引種該樹(shù)種。目前,在廣東、廣西、海南和福建等地廣泛種植[1]。有關(guān)南洋楹病害的相關(guān)研究報(bào)道較少。Colletotrichum truncatum和C. capsiciaa能夠侵染南洋楹1年生的小樹(shù),引起炭疽病[2]。由Urom?ycladium tepperianum引起的瘤銹病對(duì)馬來(lái)西亞、印尼等地的南洋楹健康生產(chǎn)造成威脅,病樹(shù)的枝葉形成眾多癭瘤,樹(shù)冠大量落葉落枝,植株生長(zhǎng)受阻[3]。南洋楹叢枝病由類(lèi)菌原體(MLO)引起,既為害幼樹(shù),也為害老樹(shù),病樹(shù)腋芽或側(cè)芽大量萌發(fā),節(jié)間縮短,叢枝狀,發(fā)病后期,枝條干枯,植株死亡[4]。廣東已建成我國(guó)最大的南洋楹用材林基地,隨著廣東省內(nèi)南洋楹無(wú)性系的大面積推廣種植,南洋楹病害的發(fā)生有所增加。近年,由可可毛色二孢(Lasiodiplodia theobromae)引起的潰瘍病在廣東博羅等地的南洋楹種植區(qū)普遍發(fā)生,嚴(yán)重影響南洋楹的健康生產(chǎn)和品質(zhì)??煽擅咧饕獮楹?~2年生的南洋楹幼樹(shù),早期癥狀不明顯,有的葉黃;隨著病原菌侵染、擴(kuò)展,病樹(shù)莖干呈現(xiàn)典型的黑褐色凹陷、潰瘍大病斑,病樹(shù)明顯生長(zhǎng)不良,頂枯,嚴(yán)重時(shí)整株死亡[5]。

    準(zhǔn)確、快速的檢測(cè)病原菌是制定病害有效防控措施的重要基礎(chǔ)。南洋楹潰瘍病早期林間自然發(fā)病不易被發(fā)現(xiàn),待其典型癥狀出現(xiàn)后,再采取防治措施往往為時(shí)已晚。采用常規(guī)組織分離、培養(yǎng)及病原菌形態(tài)鑒定的方法較費(fèi)時(shí),且對(duì)潰瘍病早期不顯癥病樣難以診斷。隨著潰瘍病為害的蔓延加重,南洋楹生產(chǎn)一線(xiàn)亟需快速的潰瘍病菌檢測(cè)體系的建立及應(yīng)用,但有關(guān)南洋楹病害的分子檢測(cè)尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。本研究基于真菌翻譯延伸因子(elongation factor 1-α, EF1-α)序列建立南洋楹潰瘍病菌的靈敏、特異的快速分子檢測(cè)體系,及時(shí)檢測(cè)南洋楹潰瘍病的發(fā)生及發(fā)展,為南洋楹的健康生產(chǎn)及病害防控提供基礎(chǔ)的理論依據(jù)和材料。

    1? 材料與方法

    1.1? 材料

    供試菌株:南洋楹潰瘍病菌可可毛色二孢菌株BL1331和HD1332,由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物病理生理學(xué)研究室分離、純化并保存。

    1.2? 方法

    1.2.1? 供試菌株的致病力測(cè)定? 將保存在?80?℃冰箱里的南洋楹潰瘍病菌菌株BL1331和HD1332接種在馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(potato dextrose agar, PDA)上,25 ℃恒溫培養(yǎng)。選取生長(zhǎng)良好、樹(shù)干筆直的健康南洋楹1年生小樹(shù)(無(wú)性系T18)為接種植株。在植株主干距地面50 cm以上部位選取3個(gè)點(diǎn)作為接種點(diǎn)(2點(diǎn)之間相距不少于30?cm),無(wú)菌水清潔樹(shù)皮表面,用滅菌的打孔器在樹(shù)干上打取接種孔(d=9 mm),去掉表皮。從PDA上培養(yǎng)3 d的供試菌株菌落的邊緣打取菌餅(d=9?mm)貼在接種孔上(帶有菌絲的一面向內(nèi)),每個(gè)菌株接種4棵樹(shù),每棵樹(shù)接種3個(gè)點(diǎn),以接種無(wú)菌PDA培養(yǎng)基塊為對(duì)照,接種后用無(wú)菌濕潤(rùn)棉外加保鮮膜包裹保濕。接種7?d后定期觀察記錄發(fā)病情況。

    1.2.2? 真菌基因組DNA提取? 將供試菌株在PDA上培養(yǎng)2?d后,切取菌落邊緣菌絲塊轉(zhuǎn)接于PDB培養(yǎng)液中,28?℃、120 r/min搖床培養(yǎng)3~5 d,真空抽濾收集菌絲體,置于研缽液氮研磨。采用OMEGA Fungal DNA Kit提取真菌菌絲DNA,?20?℃保存?zhèn)溆谩?/p>

    1.2.3? 特異性引物設(shè)計(jì)? 利用通用引物EF- 688F/986R(EF-688F:5-CGGTCACTTGATCTAC- ?AAGTGC-3和EF-986R:5-TACTTGAAGG?AA?C- CCTTACC-3)對(duì)供試菌株BL1331進(jìn)行擴(kuò)增并測(cè)序,將測(cè)序結(jié)果與GenBank中其他相關(guān)真菌的EF 1-α基因序列進(jìn)行比較分析,依據(jù)差異性位點(diǎn)設(shè)計(jì)特異性引物EF-AF/AR(EF-AF:5-GAG?AA?GTTC-GAGAAGGTCCGTGCAC-3和EF-AR:5- CGTTA-GCCATTGCTCGTACGACGAT-3),預(yù)期擴(kuò)增片段的大小為264 bp。引物由華大基因有限公司合成。

    1.2.4? 特異性引物EF-AF/AR的PCR反應(yīng)退火溫度優(yōu)化? 以供試菌株BL1331基因組DNA為模板,將反應(yīng)溫度依次設(shè)為55、59、63、67和71?℃進(jìn)行梯度實(shí)驗(yàn),反應(yīng)循環(huán)數(shù)為35個(gè)循環(huán),以確定特異性引物EF-AF/AR的PCR反應(yīng)的最佳退火溫度。

    1.2.5? 特異性引物EF-AF/AR的PCR反應(yīng)循環(huán)數(shù)優(yōu)化? 以供試菌株BL1331基因組DNA為模板,將反應(yīng)循環(huán)數(shù)依次設(shè)為22、27、32、37和42個(gè)循環(huán)數(shù)進(jìn)行梯度實(shí)驗(yàn),退火溫度為63?℃,以確定特異性引物EF-AF/AR的PCR反應(yīng)的最佳循環(huán)數(shù)。

    1.2.6? 巢式PCR反應(yīng)體系建立? 特異性引物EF-AF/AR與通用引物EF-688F/986R組成巢式引物。采用引物EF-688F/986R進(jìn)行第1輪擴(kuò)增。反應(yīng)體系為:DNA模板2?μL,10×PCR Buffer 5?μL,dNTPs混合液(2.5?mmol/L)4?μL,rTaq聚合酶(5?U/μL)0.25?μL,引物EF-688F/986R(10?μmol/L)各0.5 μL,滅菌超純水補(bǔ)足50 μL。反應(yīng)程序?yàn)?4?℃預(yù)變性5 min,94?℃變性30 s,54?℃退火30?s,72?℃延伸2 min,共25個(gè)循環(huán),72?℃延伸10 min。

    采用特異性引物EF-AF/AR進(jìn)行第2輪擴(kuò)增。反應(yīng)體系為:DNA模板2 μL,10×PCR Buffer 5?μL,dNTPs混合液(2.5?mmol/L)4 μL,rTaq聚合酶(5?U/μL)0.25?μL,引物EF-AF/AR(10?μmoL/L)各0.5 μL,滅菌超純水補(bǔ)足50 μL。反應(yīng)程序?yàn)?4?℃預(yù)變性5 min,94?℃變性30 s,63?℃退火30 s,72?℃延伸18 s,共37個(gè)循環(huán),72?℃延伸7 min。

    1.2.7? 巢式PCR特異性檢測(cè)? 以供試菌株BL1331和HD1332為靶標(biāo)菌,以南洋楹上常見(jiàn)真菌及林木上常見(jiàn)的病原真菌作為參考菌株:皺赤殼(Rugonectria rugulosa)、擬盤(pán)多毛孢(Pes?talotiopsis sp.)、膠孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)、假可可毛色二孢(Lasiodiplodia pseudotheobromae)、小新殼梭孢(Neofusicoccum parvum)、七葉樹(shù)殼梭孢(Fusicoccum aesculi)、炭角菌(Xylaria sp.)、荔枝霜疫霉(Peronophythora litchii)。以無(wú)菌水為空白對(duì)照。

    1.2.8? 巢式PCR靈敏性檢測(cè)? 以供試菌株BL?1331的基因組DNA為模板,DNA模板經(jīng)濃度測(cè)定后稀釋?zhuān)@得質(zhì)量濃度梯度依次為1?ng/μL、100?pg/μL、10 pg/μL、1 pg/μL、100 fg/μL、10 fg/μL、1 fg/μL、100 ag/μL、10 ag/μL的模板,進(jìn)行巢式PCR擴(kuò)增,以無(wú)菌水為空白對(duì)照。

    1.2.9? 林間疑似病樣的巢式PCR檢測(cè)? 隨機(jī)抽取5份林間采集的南洋楹潰瘍病疑似病樣,采用OMEGA E.Z.N.A.TM Plant DNA Kit提取植物組織DNA,以健康南洋楹植株樣本組織的DNA為陰性對(duì)照,以南洋楹潰瘍病菌菌株BL1331和HD1332基因組的DNA為陽(yáng)性對(duì)照,以無(wú)菌水為空白對(duì)照。

    1.2.10? PCR產(chǎn)物序列分析? PCR擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)2 %瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè),送至華大基因有限公司測(cè)序,將測(cè)序結(jié)果在GenBank中進(jìn)行BLAST分析。

    2? 結(jié)果與分析

    2.1? 供試菌株的致病力測(cè)定

    利用南洋楹潰瘍病菌菌株BL1331和HD1332接種南洋楹進(jìn)行致病力測(cè)定(圖1)。結(jié)果表明:2個(gè)菌株均具有較強(qiáng)的致病力,能夠引起健康的南洋楹發(fā)病,接種10 d后,接種孔附近褐變,接種40 d時(shí),菌株BL1331和HD1332分別在接種處形成(5.0~5.5)×(1.5~2.1)?cm及(3.5~4.1)×(1.2~ 1.6)?cm的大病斑,病斑暗褐色、長(zhǎng)橢圓形或不規(guī)則形。菌株BL1331的致病力稍強(qiáng)于菌株HD1332。病斑繼續(xù)擴(kuò)展,顏色變深至黑褐色,70 d后,黑褐色大病斑明顯凹陷,有的病斑表面縱裂,呈現(xiàn)爛皮(圖1)。挑選病斑進(jìn)行病組織的分離,純化獲得的病原菌經(jīng)鑒定與接種的病原菌一致。而對(duì)照處理無(wú)病斑擴(kuò)展,接種孔處的傷口很快愈合。

    A:對(duì)照;B:菌株BL1331接種70 d后發(fā)病癥狀;

    C:菌株HD1332接種70 d后發(fā)病癥狀。

    2.2? 特異性引物EF-AF/AR的PCR反應(yīng)退火溫度優(yōu)化

    以南洋楹潰瘍病菌菌株BL1331的基因組DNA為模板,在退火溫度為55、59、63、67、71?℃條件下,均能獲得單一目標(biāo)擴(kuò)增條帶(264?bp)(圖2),但在退火溫度為63?℃條件下擴(kuò)增條帶最亮,而在退火溫度為71?℃條件下擴(kuò)增條帶暗淡。為獲得穩(wěn)定擴(kuò)增,確定特異性引物EF-AF/AR的PCR反應(yīng)最佳退火溫度為63?℃。

    2.3? 特異性引物EF-AF/AR的PCR反應(yīng)循環(huán)數(shù)優(yōu)化

    以南洋楹潰瘍病菌菌株BL1331的基因組DNA為模板,在反應(yīng)循環(huán)數(shù)為22、27、32、37和42的條件下進(jìn)行優(yōu)化(圖3),在循環(huán)數(shù)為22~42的條件下均有單一目標(biāo)擴(kuò)增條帶(264 bp)產(chǎn)生,在循環(huán)數(shù)為37的條件下擴(kuò)增條帶最為明亮,故確定特異性引物EF-AF/AR的PCR反應(yīng)的最佳循環(huán)數(shù)為37個(gè)循環(huán)。

    2.4? 巢式PCR的特異性檢測(cè)

    利用引物EF-688F/986R和特異性引物EF- AF/AR對(duì)靶標(biāo)菌株及參考菌株進(jìn)行巢式PCR檢測(cè)(圖4),僅有南洋楹潰瘍病菌菌株BL1331和HD?1332(泳道1~2)擴(kuò)增到單一目標(biāo)條帶(264?bp),而其他參考真菌菌株樣本(泳道3~10)和空白對(duì)照(泳道11)均沒(méi)有目的片段。

    2.5? 巢式PCR的靈敏性檢測(cè)

    利用引物EF-688F/986R和特異性引物EF-AF/AR對(duì)可可毛色二孢菌供試菌株BL1331進(jìn)行巢式PCR靈敏性檢測(cè)(圖5),可可毛色二孢菌DNA濃度為1 ng/μL~1 fg/μL時(shí)均可穩(wěn)定擴(kuò)增出單一特異性條帶(264 bp),而在DNA濃度為100?ag/μL時(shí)無(wú)目標(biāo)條帶產(chǎn)生,巢式PCR可檢測(cè)到1 fg/μL的可可毛色二孢基因組DNA。

    2.6? 林間病樣的巢式PCR檢測(cè)

    以林間隨機(jī)抽選疑似病樣的基因組DNA為模板進(jìn)行巢式PCR檢測(cè)。結(jié)果表明(圖6),所有病樣均可擴(kuò)增出單一目的條帶(泳道1~5:264?bp)。以菌株BL1331和HD1332基因組DNA為陽(yáng)性對(duì)照的樣本也能夠擴(kuò)增出單一明亮目的條帶(泳道6和7),而以南洋楹健康組織樣本DNA(泳道8)及水對(duì)照(泳道9)為陰性對(duì)照均未獲得擴(kuò)增條帶,其說(shuō)明該巢式PCR體系能夠有效對(duì)林間南洋楹潰瘍病菌進(jìn)行檢測(cè)。

    3? 討論

    可可毛色二孢菌主要分布在熱帶、亞熱帶地區(qū),寄主十分廣泛,為害木本植物可引起潰瘍、枝枯、壞死、果腐等,造成經(jīng)濟(jì)損失[6-7]。國(guó)內(nèi)外已報(bào)道的可可毛色二孢侵染引起的林木病害主要有:橡膠速衰病、回枯病[8-9],杧果流膠病、頂枯病[10-11],毛葡萄穗軸褐腐病[12],黃山欒樹(shù)裂皮病[13],腰果枝枯病[14],肉桂枝枯病[15]等。近年來(lái),本研究組經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的病害調(diào)查表明,潰瘍病在廣東省博羅、惠州等地的南洋楹種植區(qū)普遍發(fā)生,危害嚴(yán)重,通過(guò)形態(tài)及分子鑒定其病原是可可毛色二孢[5],并研究了在不同的培養(yǎng)基、碳源、氮源、溫度、pH及光照等條件下對(duì)該病原菌菌絲生長(zhǎng)的影響[16]。國(guó)內(nèi)外有關(guān)可可毛色二孢快速分子檢測(cè)的研究鮮有報(bào)道。Xu等[17]基于ITS序列,針對(duì)藍(lán)莓冠腐病的3種病原菌L. theobromae,Neofusicoccum parvum及Botryosphaeria dothidea分別設(shè)計(jì)引物L(fēng)t347-F/R,Np304-FIR及FaF/Bt2b,能夠特異性地區(qū)分3種藍(lán)莓冠腐病菌,其中針對(duì)L. theobromae的特異性引物L(fēng)t347-F/R的檢測(cè)靈敏限度是1?ng。高靈敏度是病原菌快速分子檢測(cè)的重要指標(biāo)。巢式PCR技術(shù)由內(nèi)外2對(duì)引物先后對(duì)靶序列進(jìn)行擴(kuò)增,使其DNA拷貝數(shù)以指數(shù)增加,靈敏度顯著提高。陳杰等[18]依據(jù)核桃枝枯病菌小新殼梭孢(N. parvum)的幾丁質(zhì)合酶基因(CHS1)設(shè)計(jì)了特異性引物CT-WK3-S/CT-WK3- A和CT-N-S/CT-N-A,建立的巢式PCR對(duì)N. parvum的檢測(cè)靈敏度可達(dá)30 fg/μL,比常規(guī)PCR提高了10倍。王健生等[19]利用靶標(biāo)序列CYP51C建立的巢式PCR可檢測(cè)到1?pg的大豆枯萎病菌尖鐮孢菌(Fusarium oxysporum)的基因組DNA。翻譯延伸因子(EF)在tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)核糖體中發(fā)揮作用,是編碼蛋白質(zhì)的單拷貝核基因,具有高度的保守性和較豐富的種間變異,也是研究系統(tǒng)發(fā)育的重要分子標(biāo)記[20]。本研究利用EF 1-α編碼基因通用引物EF-688F/986R和特異性引物EF- AF/AR組合建立的巢式PCR靈敏性高,對(duì)南洋楹潰瘍病菌L. theobromae的檢測(cè)限度為1?fg/?L。研究結(jié)果也表明,如僅用特異性引物EF-AF/AR對(duì)南洋楹潰瘍病菌進(jìn)行常規(guī)PCR擴(kuò)增,檢測(cè)限度為10 pg/μL(未報(bào)道)。本研究建立的巢式PCR與常規(guī)PCR相比較,靈敏度提高了104倍。 Zhao等[21]報(bào)道從南洋楹、相思、桉樹(shù)、林生杧果及泡桐等病樣中經(jīng)過(guò)常規(guī)組織分離能夠獲得假可可毛色二孢(Lasiodiplodia pseudotheobromae)菌株,假可可毛色二孢與可可毛色二孢的種間形態(tài)差異小,序列比對(duì)差異小[22]。本研究基于EF 1-α建立的巢式PCR具有高度特異性,僅靶標(biāo)菌南洋楹潰瘍病菌可可毛色二孢獲得了單一目的條帶,而同屬不同種的假可可毛色二孢菌及其他參考真菌均無(wú)擴(kuò)增條帶。本研究建立的南洋楹潰瘍病菌的巢式PCR檢測(cè)快速、準(zhǔn)確和靈敏性高,對(duì)南洋楹病害的早期防控及監(jiān)測(cè)具有一定的實(shí)踐意義。

    致? 謝? 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保所莫賤友研究員和青島農(nóng)業(yè)大學(xué)植物醫(yī)學(xué)學(xué)院梁晨教授提供部分菌株,特此致以衷心的感謝!

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