Оценка метода экстремальной амплификации ДНК для быстрой идентификации фитопатогенных грибов.
Основное содержимое статьи
Оксана Хапилина
Лаборатория геномики растений и биоинформатики, ТОО «Национальный центр биотехнологии» г. Астана, Казахстан.
oksfur@mail.ru
Айнур Туржанова
Лаборатория геномики растений и биоинформатики, ТОО «Национальный центр биотехнологии» г. Астана, Казахстан.
turzhanova.ainur93@gmail.com
Асем Туменбаева
Лаборатория геномики растений и биоинформатики, ТОО «Национальный центр биотехнологии» г. Астана, Казахстан.
asem.tumenbaeva2016@mail.ru
Руслан Календарь
ЧУ «National Laboratory Astana», Назарбаев Университет, г. Астана, Казахстан.
ruslan.kalendar@nu.edu.kzАннотация
Данное исследование представляет новую технологию экстремальной амплификации ДНК фитопатогенных грибов, позволяющую генерировать целевые продукты размером свыше 2000 п.н. Специально разработанные праймеры позволяют совмещать этапы отжига и элонгации, что значительно сокращает общее время амплификации. В результате последующего рестрикционного анализа ПЦР-продуктов была создана рестрикционная карта с предложенным набором из шести рестриктаз, позволяющая проводить видовую идентификацию фитопатогенов. Разработанный метод экстремальной амплификации является высокоэффективным и чувствительным вариантом ПЦР, отличающимся тем, что реакция проходит без полной денатурации геномной ДНК. Время элонгации определяется длиной целевого продукта, а сокращение трехэтапного цикла (денатурация, отжиг и элонгация) до двухэтапного (денатурация и отжиг/элонгация) значительно повышает эффективность. Данный метод идентификации может быть использован как экспресс-метод диагностики в фитопатологических лабораториях, не обладающих оборудованием для секвенирования, что улучшает скорость и точность идентификации фитопатогенов.
Информация о статье
##plugins.generic.dates.accepted## 2025-03-31
##plugins.generic.dates.published## 2025-03-31
Библиографические ссылки
McMullen M., Bergstrom G., De Wolf E., Dill-Macky R., Hershman D., Shaner G., Van Sanford D. A Unified Effort to Fight an Enemy of Wheat and Barley: Fusarium Head Blight // Plant Dis. ‒ 2012. ‒ Vol. 96(12). ‒ P. 1712-1728. https://doi.org/10.1094/PDIS-03-12-0291-FE.
Singh M. P., DiFonzo C. D., Fusilier K. M., Kaur H., Chilvers M. I. J. C., Forage, Management T. Insect ear‐feeding impacts Gibberella ear rot and deoxynivalenol accumulation in corn grain // Crop, Forage & Turfgrass Management. ‒ 2024. ‒ Vol. 10(1). ‒ P. e20258. https://doi.org/10.1094/PDIS-03-12-0291-FE 10.1002/cft2.20258.
Ekom D.C., Benchekroun M.N., Udupa S.M., Iraqi D. Wheat Genetic Transformation as Efficient Tools to Fight against Fungal Diseases // Journal of Agricultural Science and Technology A 5. ‒ 2015. ‒ Vol. 5(3). ‒ P. 153-161. https://doi.org/10.17265/2161-6256/2015.03.001.
Juroszek P., von Tiedemann A. Climate change and potential future risks through wheat diseases: a review // European Journal of Plant Pathology. ‒ 2013. ‒ Vol. 136(1). ‒ P. 21-33. https://doi.org/10.1007/s10658-012-0144-9.
Narayanasamy P. Detection of Fungal Pathogens in Plants. In: Microbial Plant Pathogens-Detection and Disease Diagnosis:. Springer, Dordrecht. ‒ 2011. ‒ P. 5-199. https://doi.org/10.1007/978-90-481-9735-4_2.
Hashmi M.H.F., Ghaffar A. Seed-borne mycoflora of wheat, sorghum and barley // Pakistan Journal of Botany. ‒ 2006. ‒ Vol. 38(1). ‒ P. 185-192.
Taylor E., Bates J., Kenyon D., Maccaferri M., Thomas J. Modern molecular methods for characterisation and diagnosis of seed-borne fungal pathogens // Journal of Plant Pathology. – 2001. – Vol. 83. - P. 75–81.
Kulik T. Detection of Fusarium tricinctum from cereal grain using PCR assay // J. Appl. Genet. ‒ 2008. ‒ Vol. 49(3). ‒ P. 305-311. https://doi.org/10.1007/BF03195628.
Schoch C.L., Seifert K.A., Huhndorf S., Robert V., Consortium F.B. Nuclear ribosomal internal transcribed spacer (ITS) region as a universal DNA barcode marker for // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. ‒ 2012. ‒ Vol. 109(16). ‒ P. 6241-6246. https://doi.org/10.1073/pnas.1117018109.
Lievens B., Thomma B.P. Recent developments in pathogen detection arrays: implications for fungal plant pathogens and use in practice // Phytopathology. ‒ 2005. ‒ Vol. 95(12). ‒ P. 1374-80. https://doi.org/10.1094/PHYTO-95-1374.
Hariharan G., Prasannath K. Recent Advances in Molecular Diagnostics of Fungal Plant Pathogens: A Mini Review // Front Cell Infect Microbiol. ‒ 2020. ‒ Vol. 10. ‒ P. 600234. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.600234.
Dehne H.-W., Adam G., Diekmann M., Frahm J., Mauler-Machnik A., Halteren P.V. Diagnosis and Identification of Plant Pathogens . Proceedings of the 4th International Symposium of the European Foundation for Plant Pathology, September 9–12, 1996, Bonn, Germany. https://doi.org/10.1007/978-94-009-0043-1.
Ryberg M., Kristiansson E., Sjokvist E., Nilsson R.H. An outlook on the fungal internal transcribed spacer sequences in GenBank and the introduction of a web-based tool for the exploration of fungal diversity // New Phytol. ‒ 2009. ‒ Vol. 181(2). ‒ P. 471-477. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2008.02667.x.
Galagan J.E., Henn M.R., Ma L.J., Cuomo C.A., Birren B. Genomics of the fungal kingdom: Insights into eukaryotic biology // Genome Research. ‒ 2005. ‒ Vol. 15(12). ‒ P. 1620-1631. https://doi.org/10.1101/gr.3767105.
Farrar J.S., Wittwer C.T. Extreme PCR: efficient and specific DNA amplification in 15–60 seconds // Clinical Chemistry. ‒ 2015. ‒ Vol. 61(1). ‒ P. 145-153. https://doi.org/10.1373/clinchem.2014.228304.
FLUORESENTRIC, Inc., assignee. DNA amplification technology. United States patent US WO/2016/007914. 2016.
Wittwer C.T. Rapid Cycle and Extreme Polymerase Chain Reaction // Clinical Applications of Nucleic Acid AmplificationSpringer. ‒ 2023. ‒ P. 257-266. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-2950-5_14.
EMBL-EBI. Unleashing the potential of big data in biology. http://www.ebi.ac.uk
PRABI-GERLAND RHONE-ALPES BIOINFORMATIC POLE GERLAND SITE. Institute of Biology and Protein Chemistry. https://npsa-prabi.ibcp.fr.
http://primerexplorer.jp/elamp4.0.0/
http://primerdigital.com/fastpcr.html
Turzhanova A., Rukavitsyna I., Khapilna O., Kalendar R. Optimization of DNA extraction from filamentous fungi Alternaria sp. and Fusarium sp. // Eurasian Journal of Applied Biotechnology. ‒ 2018. ‒ Vol. 3. ‒ P. 35-41.
Wan Rasni W. H. N., Yahaya N., Mohamed Rehan M. Recombinase polymerase amplification and their application in phytopathogen detection // Malaysian Journal of Science Health & Technology. ‒ 2022. ‒ Vol. 8(2). ‒ P. 14-24. https://doi.org/10.33102/mjosht.v8i2.254.
Hariharan G., Prasannath K. Recent advances in molecular diagnostics of fungal plant pathogens: a mini review // Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. – 2021. –Vol. 10. – P. 600234. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.600234.
Kauserud H. ITS alchemy: on the use of ITS as a DNA marker in fungal ecology // Fungal Ecology. – 2023. – Vol. 65. – P. 22. https://doi.org/10.1016/j.funeco.2023.101274.
Achilonu C.C., Gryzenhout M., Marais G.J., Ghosh S. Differential detection of Alternaria alternata haplotypes isolated from Carya illinoinensis using PCR-RFLP analysis of Alt a1 gene region // Genes. – 2023. – Vol. 14(5). – P. 1115. https://doi.org/10.3390/genes14051115.
Pramunadipta S., Widiastuti A., Wibowo A., Suga H., Priyatmojo A. Development of PCR-RFLP technique for identify several members of Fusarium incarnatum-equiseti species complex and Fusarium fujikuroi species complex // The Plant Pathology Journal. – 2022. – Vol. 38(3). – P. 254. https://doi.org/10.5423/PPJ.NT.12.2021.0184.
Branco I., Choupina A. Bioinformatics: new tools and applications in life science and personalized medicine // Appl. Microbiol. Biotechnol. ‒ 2021. ‒ Vol. 105(3). ‒ P. 937-951. https://doi.org/10.1007/s00253-020-11056-2.
Yang S., Rothman R. E. PCR-based diagnostics for infectious diseases: uses, limitations, and future applications in acute-care settings // Lancet Infect Dis. ‒ 2004. ‒ Vol. 4(6). ‒ P. 337-48. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(04)01044-8.