马铃薯晚疫病、环腐病和青枯病同步分子检测技术的研究

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晚疫病、环腐病和青枯病是马铃薯生产上的主要真菌和细菌性病害,一般通过带菌种薯或田间病残组织传播。在马铃薯生产中,病害早期诊断和预报对防控病害发生有重要的作用和意义,而对种薯带菌状况及在发病早期进行快速准确检测就显得尤为重要。马铃薯病害的检测方法很多,由最初的症状观察和形态观察、生理生化分析、血清学和免疫学检测,发展到PCR检测,经历了由宏观到分子水平的过渡。传统的病原学检测方法多根据病症和病原培养,通过肉眼或借助显微镜查找病原体、观察其形态,以确定病害的类型。初感染的叶片和块茎并不表现出明显的发病症状,被感染新芽早期也不易察觉,存在检测周期长和准确性差的问题。由于病害的病原体株系多、血清类型多,漏检问题难以避免,而且血清学反应的特异性迄今仍不甚满意,从而使免疫技术在大范围内的实际应用受到制约。PCR及其相关技术以其快速、灵敏和准确等优点已广泛应用于病害的检测研究,但马铃薯病害的多样性及复杂性需要在同一反应中对多种病害实施同步检测,以满足病害快速检测的需要。在常规PCR基础之上发展起来的多重PCR(Multiplex Polymerase Chain Reaction,mPCR)技术,既保留了常规PCR方法所具有的特异性、敏感性,又减少了操作步骤及所使用的试剂用量,重要的是可以在同一反应中检测多种目标病原。目前,对于马铃薯细菌和真菌病害的mPCR分子检测,已有同步检测2种病害的报道,尚未见同时检测3种及多种病害病原的报道。为此,本研究以马铃薯生产上的主要病害晚疫病、环腐病和青枯病为研究对象,通过筛选并克隆病原菌基因组保守序列以及种属特异序列,设计引物并进行灵敏度和特异性鉴定,优化多重PCR反应体系和参数,用以建立起对这3种马铃薯细菌和真菌病害的分子检测体系。研究取得的主要结果有:1.确定并克隆用于检测马铃薯晚疫病、青枯病和环腐病病原的分子。根据目前国内外对3种马铃薯病害PCR检测的分子,检索美国国立生物信息中心(NCBI)中相应病原菌的分子序列,通过种属间序列对比,筛选进化上保守的特异性序列,最终确定检测分子为马铃薯晚疫病菌rDNA-ITS区、环腐病菌pCS1质粒上的纤维素酶A基因和青枯病菌质粒上Hrp(hypersensitive reaction and pathogenicity gene)基因簇的Hrpc基因片段。以3种病菌基因组或质粒DNA为模板,采用设计并合成的引物进行PCR扩增,得到马铃薯晚疫病菌rDNA-ITS区、环腐病菌pCS1质粒的纤维素酶A基因全长序列和青枯病菌质粒Hrpc编码区序列;分别将扩增片段连接到pMD19-T,获得目的片段的克隆。2.筛选并验证了用于检测马铃薯晚疫病、青枯病和环腐病病原的种子序列和引物。根据克隆的检测片段测序结果,采用DNAMan、Oligo、Primer等软件及NCBI-BLAST对各序列进行同源性比较,分别选取3种病原菌之间的高度保守区段,按照多重PCR设计原则设计了用于检测马铃薯晚疫病、环腐病和青枯病的三对引物(PHY1/PHY2、CMS1/CMS2、RSO1/RSO2),可分别扩增出363bp、879bp和245bp的特异性条带。通过对3种病原菌株及其它菌株检测,验证了引物的特异性及灵敏度。由此确定了用于检测马铃薯晚疫病、青枯病和环腐病病原的种子序列和引物。3.建立了一步法检测马铃薯晚疫病、青枯病和环腐病病原的mPCR体系。通过优化体系各参数,包括退火温度、循环周期、dNTP浓度、酶的量及各引物浓度比例等因素,获得的mPCR产物条带清晰,引物的特异性强,灵敏度高,可完成在一次PCR反应中同时检测马铃薯晚疫病、环腐病和青枯病。采用已建立的检测马铃薯晚疫病、青枯病和环腐病病原的mPCR体系,利用人工接种的马铃薯植株和田间采集样本对该检测体系的准确性和可靠性反复验证。应用这一检测技术对甘肃省马铃薯种业生产的20份种薯进行了检测,进一步证明了研究建立的技术的可靠性。
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