RU2735911C1 - Method of identifying heterobasidion annosum fungus - Google Patents
Method of identifying heterobasidion annosum fungus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2735911C1 RU2735911C1 RU2020118957A RU2020118957A RU2735911C1 RU 2735911 C1 RU2735911 C1 RU 2735911C1 RU 2020118957 A RU2020118957 A RU 2020118957A RU 2020118957 A RU2020118957 A RU 2020118957A RU 2735911 C1 RU2735911 C1 RU 2735911C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fungus
- dna
- temperature
- heterobasidion annosum
- cycles
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области лесного хозяйства, в частности, к способам измерения, использующим микроорганизмы, а именно, нуклеиновые кислоты, и может быть использовано в лесной промышленности при идентификации патогенного гриба Heterobasidion annosum.The invention relates to the field of forestry, in particular, to measurement methods using microorganisms, namely nucleic acids, and can be used in the forestry industry to identify the pathogenic fungus Heterobasidion annosum.
Heterobasidion annosum (корневая губка) - видовой комплекс патогенных белогнилостных древесных грибов, вызывающих корневую и прикорневую гниль у хвойных и лиственных пород в Северном полушарии. Ежегодные потери лесоуправителей оцениваются в миллиарды долларов из-за гибели деревьев, снижения урожайности и гниения древесины (Pathogens, 2019, V. 8, №3, Р. 156).Heterobasidion annosum (root sponge) is a species complex of pathogenic white rotting woody fungi that cause root and root rot in conifers and deciduous trees in the Northern Hemisphere. Annual losses to forest managers are estimated at billions of dollars due to tree death, yield decline and wood decay (Pathogens, 2019, V. 8, No. 3, P. 156).
Болезнь хвойных насаждений характеризуется гнилью корневых систем и прогрессирующим усыханием деревьев. Возбудитель заболевания обитает повсеместно в хвойных и лиственных насаждениях вне зависимости от их состояния. Гриб беспрепятственно распространяется на живые деревья только при серьезных нарушениях в биогеоценозе, возникших в результате влияния природных и антропогенных факторов, в том числе ошибок в лесохозяйственной деятельности (часто при выращивании монокультур на нелесных землях) (Рекомендации по защите лесов от корневой губки в лесах Европейской части России. МПР РФ, ВНИИЛМ. Пушкино, 2001. 9 с). При усилении антропогенного влияния на экосистемы темпы развития корневой губки увеличиваются.The disease of conifers is characterized by root rot and progressive drying out of trees. The causative agent of the disease lives everywhere in coniferous and deciduous plantations, regardless of their condition. The fungus spreads freely to living trees only in case of serious disturbances in the biogeocenosis resulting from the influence of natural and anthropogenic factors, including errors in forestry activities (often when growing monocultures on non-forest lands) (Recommendations for the protection of forests from root sponges in the forests of the European part Russian Ministry of Natural Resources, VNIILM. Pushkino, 2001.9 p.). With the intensification of anthropogenic influence on ecosystems, the rate of development of the root sponge increases.
В настоящее время разрабатываются принципы и методики профилактики и лечения заболеваний растений, вызываемых данным патогеном. Проведенные финансовые анализы показали эффективность обработки пней в относительно здоровых древостоях с высоким содержанием споров Heterobasidion annosum на всей территории Финляндии. Кроме того, качество обработки пней оказывает существенное влияние на рентабельность вместе с ценой, уплачиваемой за гнилую древесину (Forest Policy and Economics, 2019, V. 105, P. 1-9). Данные методики осуществляются также и в России (Рекомендации по защите лесов от корневой губки в лесах Европейской части России. МПР РФ, ВНИИЛМ. Пушкино, 2001. 9 с). Возникает необходимость мониторинга и прогноза пространственно-временных рисков инфицирования при высококачественной обработке культи.At present, the principles and methods of prevention and treatment of plant diseases caused by this pathogen are being developed. Financial analyzes have shown the effectiveness of stump treatment in relatively healthy stands with a high content of Heterobasidion annosum spores throughout Finland. In addition, the quality of stump processing has a significant impact on profitability, together with the price paid for rotten wood (Forest Policy and Economics, 2019, V. 105, P. 1-9). These methods are also carried out in Russia (Recommendations for the protection of forests from root sponges in the forests of the European part of Russia. Ministry of Natural Resources of the Russian Federation, VNIILM. Pushkino, 2001. 9 p.). There is a need to monitor and predict the spatio-temporal risks of infection with high-quality processing of the stump.
Известны способ определения вирулентности, агрессивности и патогенности корневой губки (Заявка на изобретение РФ №96115783; МПК A01G 7/00; опубл. 27.01.1999) и способ оценки санитарного и лесопатологического состояния лесных площадей на наличие корневых патогенов (Пат.РФ №2619987; МПК A01G 23/00; опубл. 28.04.2017), которые основаны на опосредованном анализе морфологических проявлений заражения растений грибом-патогеном - учете приживаемости черенков, сохранности, появления на них мицелия (ризоморф) и (или) плодовых тел опенка. Для анализа распространения корневой губки предлагается использовать формулу расчета, в которой учитываются общая условная фаутность на 1 дерево, коэффициент категорий очагов усыхания, фактический сырорастущий запас восприимчивой породы и другие коэффициенты.A known method for determining the virulence, aggressiveness and pathogenicity of the root sponge (Application for the invention of the Russian Federation No. 96115783; IPC A01G 7/00; publ. 27.01.1999) and a method for assessing the sanitary and forest pathological state of forest areas for the presence of root pathogens (Pat.RF No. 2619987; IPC A01G 23/00; publ. 04/28/2017), which are based on an indirect analysis of the morphological manifestations of plant infection with a pathogenic fungus - taking into account the survival rate of cuttings, preservation, the appearance of mycelium (rhizomorphs) and (or) the fruiting bodies of the fungus. To analyze the spread of the root sponge, it is proposed to use the calculation formula, which takes into account the total conditional faulty per 1 tree, the coefficient of the categories of foci of drying out, the actual damp growing stock of the susceptible species, and other coefficients.
Недостатком данных способов является невозможность видовой идентификации возбудителя, в частности гриба Heterobasidion annosum, в растениях.The disadvantage of these methods is the impossibility of species identification of the pathogen, in particular the fungus Heterobasidion annosum, in plants.
Известен способ определения грибковых патогенов с использованием полимеразной цепной реакции (ПЦР) (Пат.РФ №2161196; МПК C12N 1/14, C12Q 1/68, C12N 15/80, A01N 63/04, С12Р 19/34; опубл. 27.12.2000), позволяющий идентифицировать широкий круг инфекции грибной природы и включающий выделение ДНК из растительного субстрата, проведение амплификации ПЦР в реальном времени, заключающейся в денатурации ДНК, присоединении праймеров и элонгации цепи ДНК. Для этого на основе ДНК в области внутреннего транскрибирующегося спейсера (ITS) гена рибосомной РНК конструируются праймеры, специфичные различным патогенным грибам. Последовательности ITS-ДНК из различных патотипов видов или родов патогенов могут быть разными для различных представителей видов или родов. Если определить ITS-последовательности патогена, то эти последовательности могут быть сопоставлены с другими ITS-последовательностями. Таким образом, из ITS-последовательностей могут быть получены праймеры. Праймеры, основанные на этих последовательностях, могут применяться для идентификации конкретных представителей патогенов в ходе полимеразной цепной реакции в растительных образцах. Принят за прототип.A known method for determining fungal pathogens using polymerase chain reaction (PCR) (Pat.RF No. 2161196; IPC C12N 1/14, C12Q 1/68, C12N 15/80, A01N 63/04, C12P 19/34; publ. 27.12. 2000), which makes it possible to identify a wide range of fungal infections and includes the isolation of DNA from the plant substrate, real-time PCR amplification, which consists in DNA denaturation, primer attachment and DNA strand elongation. For this, primers specific to various pathogenic fungi are designed on the basis of DNA in the region of the internal transcribing spacer (ITS) of the ribosomal RNA gene. The ITS DNA sequences from different pathotypes of pathogen species or genera may be different for different representatives of the species or genera. If the ITS sequences of the pathogen are determined, these sequences can be compared with other ITS sequences. Thus, primers can be obtained from the ITS sequences. Primers based on these sequences can be used to identify specific pathogens during the polymerase chain reaction in plant samples. Taken as a prototype.
Задачей настоящего изобретения является разработка высокоспецифичного и оперативного способа идентификации гриба Heterobasidion annosum.The objective of the present invention is to develop a highly specific and operational method for identifying the fungus Heterobasidion annosum.
Технический результат заключается в разработке высокочувствительного (чувствительность способа составляет не менее 1 пг ДНК Heterobasidion annosum) и быстрого (в течение 2-3 часов в зависимости от способа выделения ДНК из растительного субстрата или мицелия гриба) способа анализа присутствия гриба Heterobasidion annosum.The technical result consists in the development of a highly sensitive (the sensitivity of the method is at least 1 pg of Heterobasidion annosum DNA) and fast (within 2-3 hours, depending on the method for isolating DNA from the plant substrate or fungal mycelium) method for analyzing the presence of the Heterobasidion annosum fungus.
Технический результат достигается тем, что в способе идентификации гриба Heterobasidion annosum, на основе ПЦР, включающем выделение ДНК из растительного субстрата или мицелия гриба, проведение амплификации ПЦР в реальном времени, заключающейся в денатурации ДНК, присоединении праймеров и элонгации цепи ДНК, согласно изобретению, при проведении амплификации ПЦР используют праймеры: прямой SEQ ID NO: 1 GAATATCGTGCAAGGTTG и обратный SEQ ID NO: 2 CGAAGAGTTTGTGAGAAG, а также TaqMan зонд SEQ ID NO: 3 FAM-CGCGGCTCGGAAGGGGTCAAAAGAACCC-BHQ1, при этом используют следующие температурные циклы: 1 цикл - температура 94°C в течение 5 мин. и 44 цикла - поочередно температура 94°C в течение 20 с и температура 59°С в течение 60 с, причем логарифмическое повышение уровня флюоресценции до 38 цикла в канале FAM амплификатора свидетельствует о наличии гриба Heterobasidion annosum в анализируемом образце.The technical result is achieved by the fact that in a method for identifying the fungus Heterobasidion annosum, based on PCR, including the isolation of DNA from a plant substrate or fungal mycelium, carrying out amplification of PCR in real time, which consists in DNA denaturation, attachment of primers and elongation of the DNA chain, according to the invention, when For PCR amplification, primers are used: forward SEQ ID NO: 1 GAATATCGTGCAAGGTTG and reverse SEQ ID NO: 2 CGAAGAGTTTGTGAGAAG, as well as TaqMan probe SEQ ID NO: 3 FAM-CGCGGCTCGGAAGGGGTCA ° BAHQ1ACCC-94 C for 5 min. and 44 cycles - alternately a temperature of 94 ° C for 20 s and a temperature of 59 ° C for 60 s, and the logarithmic increase in the fluorescence level to 38 cycles in the FAM channel of the amplifier indicates the presence of the Heterobasidion annosum fungus in the analyzed sample.
На фиг. 1 представлены кривые амплификации (канал FAM) ПЦР в реальном времени.FIG. 1 shows the amplification curves (FAM channel) of real-time PCR.
Предварительно проведен анализ нуклеотидной последовательности участка ДНК, включающего гены 18S рРНК, 5.8S рРНК и 28S рРНК и межгенные участки ITS1 и ITS2 для гриба Heterobasidion annosum. Установлены консервативные участки для данной таксономической группы, которые позволяют разработать способ идентификации гриба на основе ПЦР в реальном времени с использованием TaqMan зонда, который представляет собой олигонуклеотид, к которому присоединены молекула флуорофора и молекула гасителя флуоресценции. При проведении ПЦР гибридизованный с ДНК зонд расщепляется ДНК-полимеразой (вследствие ее экзонуклеазной активности), и высвобождается флуоресцентная метка. Таким образом, наблюдается повышение уровня флуоресценции.A preliminary analysis of the nucleotide sequence of a DNA region containing genes 18S rRNA, 5.8S rRNA, and 28S rRNA and intergenic regions ITS1 and ITS2 for the fungus Heterobasidion annosum was performed. Conservative regions for this taxonomic group have been established, which make it possible to develop a method for fungal identification based on real-time PCR using a TaqMan probe, which is an oligonucleotide to which a fluorophore molecule and a fluorescence quencher molecule are attached. During PCR, the probe hybridized with DNA is cleaved by DNA polymerase (due to its exonuclease activity), and a fluorescent label is released. Thus, an increase in the level of fluorescence is observed.
Способ идентификации гриба Heterobasidion annosum с помощью проведения ПЦР в реальном времени с использованием TaqMan зонда реализуется следующим образом.The method for identifying the fungus Heterobasidion annosum using real-time PCR using the TaqMan probe is implemented as follows.
1. Производят сбор биологического материала (растения, растительные остатки, мицелий гриба). Для анализа используют не более 1 г биологического материала.1. Collect biological material (plants, plant residues, fungal mycelium). No more than 1 g of biological material is used for analysis.
2. Производят выделение ДНК из биологического материала. Выделение ДНК можно осуществлять как с помощью коммерческих наборов («Био-Силика», «ДНК-технологии», «Qiagen», «Zymo Research)) и др.), так и методами органической экстракции с использованием ЦТАБ буфера.2. Produce DNA extraction from biological material. DNA isolation can be carried out using commercial kits (Bio-Silica, DNA Technologies, Qiagen, Zymo Research), etc.), and by organic extraction methods using CTAB buffer.
3. Проводят амплификацию ПЦР в реальном времени, заключающуюся в денатурации ДНК, присоединении праймеров и элонгации цепи ДНК. При этом используют следующие температурные циклы: 1 цикл - температура 94°C в течение 5 мин. и 44 цикла - поочередно температура 94°С в течение 20 с и температура 59°С в течение 60 с.3. Real-time PCR amplification is performed, which consists in DNA denaturation, primer attachment and DNA strand elongation. In this case, the following temperature cycles are used: 1 cycle - temperature 94 ° C for 5 minutes. and 44 cycles - alternately a temperature of 94 ° C for 20 s and a temperature of 59 ° C for 60 s.
Используют следующие праймеры и зонд:The following primers and probe are used:
прямой праймер SEQ ID NO: 1 GAATATCGTGCAAGGTTG;forward primer SEQ ID NO: 1 GAATATCGTGCAAGGTTG;
обратный праймер SEQ ID NO: 2 CGAAGAGTTTGTGAGAAG;reverse primer SEQ ID NO: 2 CGAAGAGTTTGTGAGAAG;
TaqMan зонд SEQ ID NO: 3 FAM-CGCGGCTCGGAAGGGGTCAAAAGAACCC-BHQ1.TaqMan probe SEQ ID NO: 3 FAM-CGCGGCTCGGAAGGGGTCAAAAGAACCC-BHQ1.
Данные праймеры амплифицируют продукт ПЦР, который содержит нуклеотидные полиморфизмы, характерные только для гриба Heterobasidion annosum, с которыми взаимодействует TaqMan зонд.These primers amplify the PCR product, which contains nucleotide polymorphisms characteristic only of the fungus Heterobasidion annosum, with which the TaqMan probe interacts.
4. Если наблюдается логарифмическое повышение уровня флуоресценции до 38 цикла в канале FAM амплификатора, это означает, что анализируемый образец содержит гриб Heterobasidion annosum.4. If there is a logarithmic increase in the fluorescence level up to 38 cycles in the FAM channel of the amplifier, this means that the analyzed sample contains the Heterobasidion annosum fungus.
Пример.Example.
После предварительного выделения ДНК из 12 образцов растений (табл. 1) была проведена амплификация ПЦР в реальном времени (фиг. 1).After preliminary isolation of DNA from 12 plant samples (Table 1), real-time PCR amplification was carried out (Fig. 1).
В двух пробах (№1 и №5) наблюдалось логарифмическое повышение уровня флуоресценции в канале FAM амплификатора до 38 цикла, при этом в других пробах (№№2-4 и №№6-12) не наблюдалось повышения флуоресценции, на основании чего был сделан вывод, что образцы №1 и №5 содержали гриб Heterobasidion annosum.In two samples (No. 1 and No. 5) there was a logarithmic increase in the fluorescence level in the FAM channel of the amplifier up to cycle 38, while in other samples (No. 2-4 and No. 6-12) no increase in fluorescence was observed, on the basis of which it was concluded that samples # 1 and # 5 contained the Heterobasidion annosum fungus.
Предлагаемый способ идентификации гриба Heterobasidion annosum является высокочувствительным, хорошо воспроизводимым и экономичным. Анализ можно проводить в лабораториях, имеющих амплификатор в реальном времени, центрифугу и сопутствующие реактивы и расходные материалы.The proposed method for identifying the fungus Heterobasidion annosum is highly sensitive, well reproducible and economical. The analysis can be carried out in laboratories that have a real-time amplifier, centrifuge and associated reagents and consumables.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118957A RU2735911C1 (en) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | Method of identifying heterobasidion annosum fungus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118957A RU2735911C1 (en) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | Method of identifying heterobasidion annosum fungus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2735911C1 true RU2735911C1 (en) | 2020-11-10 |
Family
ID=73398471
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020118957A RU2735911C1 (en) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | Method of identifying heterobasidion annosum fungus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2735911C1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2161196C2 (en) * | 1994-04-25 | 2000-12-27 | Новартис Аг | Assay of fungal pathogens using polymerization chain reaction |
RU2261987C2 (en) * | 2002-02-26 | 2005-10-10 | Казаков Владимир Александрович | Method for stimulating bottomhole zone of productive formation |
-
2020
- 2020-06-01 RU RU2020118957A patent/RU2735911C1/en active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2161196C2 (en) * | 1994-04-25 | 2000-12-27 | Новартис Аг | Assay of fungal pathogens using polymerization chain reaction |
RU2261987C2 (en) * | 2002-02-26 | 2005-10-10 | Казаков Владимир Александрович | Method for stimulating bottomhole zone of productive formation |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JASOLOVICH C. et al., Detection and identification of decay fungi in spruce wood by restriction fragment length polymorphism analysis of amplified genes encoding rRNA, applied and Environmental microbiology, vol. 66, N11, Nov.2000, p.4725-4734. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sanzani et al. | Early detection of Botrytis cinerea latent infections as a tool to improve postharvest quality of table grapes | |
Retief et al. | Potential inoculum sources of Phaeomoniella chlamydospora in South African grapevine nurseries | |
Abedian et al. | Genetic diversity and population structure of mahaleb cherry (Prunus mahaleb L.) and sweet cherry (Prunus avium L.) using SRAP markers | |
CN109609686B (en) | Molecular marker for early sex identification of actinidia arguta seedlings and application of molecular marker | |
Van de Ven et al. | The use of RAPD markers for the identification of Sitka spruce (Picea sitchensis) clones | |
Hamberg et al. | The potential of the decay fungus Chondrostereum purpureum in the biocontrol of broadleaved tree species | |
Khanova et al. | Genetic and selection assessment of the scots pine (Pinus sylvestris L.) in forest seed orchards | |
Serra et al. | Molecular analysis in the differentiation of Colletotrichum gloeosporioides isolates from the cashew and mango trees | |
RU2735911C1 (en) | Method of identifying heterobasidion annosum fungus | |
ES2821751T3 (en) | Procedures and kits for the detection of powdery mildew | |
Salayeva et al. | Genetic diversity of Vitis vinifera L. in Azerbaijan | |
Hilmi et al. | Molecular PCR assays for detection of Ganoderma pathogenic to oil palm in Malaysia | |
CN106701917A (en) | Special primer for identifying gummy stem blight resistance of muskmelon and molecular marking method | |
Iram et al. | Analysis of variation in Alternaria alternata by pathogenicity and RAPD study | |
Mohamed et al. | Assessment of genetic diversity in some Egyptian cotton varieties based on molecular and technological characteristics | |
Gnanesh et al. | Molecular Diagnostics of Soil-Borne and Foliar Diseases of Mulberry: Present Trends and Future Perspective | |
El-Bermawy et al. | Biochemical and molecular characterization for three subspecies of honey bee worker, Apis mellifera L.(Hymenoptera: Apidae) in Egypt | |
Zahirović et al. | Causitive agents of decay of norway spruce/Picea abies (L.) Karst./on the mountain Zvijezda | |
Osman | Differentiation between resistance and susceptibility of Flax cultivars to Powdery Mildew by Molecular techniques | |
KR101288514B1 (en) | Microsatellite marker for identifying domestic species and foreign species of red mold pathogen and method for identifying domestic species and foreign species of red mold pathogen using the marker | |
KR102162805B1 (en) | Marker composition for discriminating anthracnose-resistant or sensitive grape cultivar and uses thereof | |
Werner et al. | The pathogenicity and DNA polymorphism of Fusarium oxysporum originating from Dianthus caryophyllus, Gypsophila spp. and soil | |
KR101748567B1 (en) | A method for identifying plum varieties using microsatellites markers | |
Hong-Min et al. | Rapid detection of Heterobasidion annosum using a loop-mediated isothermal amplification assay | |
Dariush et al. | Characterising the Genetic Diversity of Pseudomonas syringae pv. syringae Isolated from Rice and Wheat in Iran. |