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Rapid Molecular diagnosis of Phyllachora dalbergiicola in Dalbergia odorifera

降香黄檀黑痣病菌的快速分子检测



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  46(1): 135 ̄139(2016)
收稿日期: 2014 ̄12 ̄20ꎻ 修回日期: 2015 ̄08 ̄14
基金项目: 国家林业公益性行业科研专项(201304402)
通讯作者: 刘君昂ꎬ 教授ꎬ 主要从事森林健康经营ꎻ Tel: 13875889577ꎬE ̄mail:kjc9620@163.comꎮ
doi:10.13926 / j.cnki.apps.2016.01.017
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研究简报
降香黄檀黑痣病菌的快速分子检测
刘倩丽ꎬ周国英ꎬ李 河ꎬ董文统ꎬ刘成锋ꎬ刘君昂∗
(中南林业科技大学ꎬ经济林培育与保护教育部重点实验室ꎬ长沙 410004)
Rapid Molecular diagnosis of Phyllachora dalbergiicola in Dalbergia odorifera   LIU
Qian ̄liꎬ ZHOU Guo ̄yingꎬ Li Heꎬ DONG Wen ̄tongꎬ LIU Cheng ̄fengꎬ LIU Jun ̄ang  (Key Laboratory of the
Ministry of Education for Non ̄timber Product Forest Silviculture and Protectionꎬ Central South University of Forestry﹠ Techno ̄
logyꎬ Changsha 410004ꎬ China)
Abstract: Tar spot of Dalbergia odoriferaꎬ caused by Phyllachora dalbergiicolaꎬ is a common diseaseꎬ and se ̄
riously affected the rate of photosynthesis. Here we developed a species ̄specific Nested ̄PCR approach for rapid
and accurate detection of P. dalbergiicolaꎬ based on the differences in internal transcribed spacer ( ITS) se ̄
quences of P. dalbergiicola and another P. spp.ꎬ an endophytic fungusꎬ from which a pair of species ̄specific
primers P1 / P2(P1:5 ̄ CGAGGTCAGAATCAAACG ̄3ꎬ P2:5 ̄ TGAAGAACGCAGCGAAAT ̄3)ꎬ was designed.
P1 / P2 amplified only a unique 273 bp band from the genomic DNA of P. dalbergiicola. A Nested ̄PCR proce ̄
dure using ITS4 / ITS5 as the first ̄round primersꎬ followed by P1 / P2 primersꎬ increased detection sensitivity
10 000 fold to 100 ag. Using the Fast DNA ̄kit to extract DNA from the diseased plant tissuesꎬ the detection of
the pathogen by Nested ̄PCR assay could be completed within 1 day. The results suggested that the PCR ̄based
methods here could simplify both plant disease diagnosis and pathogen detection.
Key words: Dalbergia odoriferaꎻ Phyllachora dalbergiicolaꎻ molecular detectionꎻ conventional PCRꎻ Nested ̄PCR
文章编号: 0412 ̄0914(2016)01 ̄0135 ̄05
    黄檀黑痣菌(Phyllachora dalbergiicola)能引
起降香黄檀黑痣病ꎬ该病菌在世界分布十分广泛ꎬ
且寄主植物种类繁多ꎬ除了降香黄檀以外ꎬ还可侵
染大果紫檀、檀香紫檀等多种紫檀属植物ꎮ 该菌所
致病害会在寄主表面形成黑色凸起的盾片ꎬ严重影
响寄主光合作用ꎬ致使其提前落叶[1]ꎮ 通过对黄
檀黑痣菌进行早期检测ꎬ可以及时采取防治措施ꎬ
控制病害的进一步发展ꎮ 而黄檀黑痣菌是活体营
养真菌ꎬ不能离体培养ꎬ使用常规的病害诊断技术
难以准确快速鉴定该病原菌ꎮ 因此ꎬ建立一种快
速、灵敏、准确的黄檀黑痣菌分子检测技术具有重
要的实际意义ꎮ
    随着分子生物学技术的发展ꎬPCR 技术在灵
敏度、检出率及专一性方面均有了很大的提高ꎬ且
具有不需要进行病原菌分离培养等特点[2]ꎮ 本文
分析比较了黄檀黑痣菌和其他黑痣菌的 ITS序列ꎬ
旨在通过设计检测黄檀黑痣菌的特异性引物ꎬ结合
PCR技术ꎬ建立一套快速、灵敏、准确的黄檀黑痣
菌分子检测技术ꎮ
1  材料与方法
1.1  供试样本及菌株
    供试样本:于 2013 ̄2014 年间采自海南省 9 个
市县ꎬ供试样本及菌株相关信息见表 1ꎮ

 
植物病理学报 46卷
Table 1  Codes of samples used for clone and PCR reactions
Code Species Host Source
No. of
isolates
PCR products by
primer P1 / P2
B01 Phyllachora dalbergiicola Dalbergia odorifera T. Chen. Ledong 1 +
B02 Phy. dalbergiicola D. odorifera T. Chen. Chengmai 2 +
B03 Phy. dalbergiicola D. odorifera T. Chen. Tunchang 2 +
B04 Phy. dalbergiicola D. odorifera T. Chen. Dongfang 1 +
B05 Phy. dalbergiicola D. odorifera T. Chen. Dingan 1 +
B06 Phy. dalbergiicola D. odorifera T. Chen. Wuzhi Mountain 1 +
B07 Phy. dalbergiicola D. odorifera T. Chen. Haikou 1 +
B08 Phy. dalbergiicola D. odorifera T. Chen. Qiongzhong 1 +
B09 Phy. dalbergiicola D. odorifera T. Chen. Danzhou 1 +
B10 Phy. graminis Pennisetum centrasiaticum Tzvel. Chengmai 2 -
B11 Phy. graminis Roegneria C. Koch Dingan 2 -
B12 Phy. graminis Pen. alopecuroides Tunchang 2 -
B13 Phy. phyllostachydis hara. Phy. viridis Tunchang 2 -
B14 Colletotrichum gloeosporioides D. odorifera T. Chen. Chengmai 2 -
B15 Phomopsis sp. D. odorifera T. Chen. Chengmai 1 -
B16 Endomelanconiopsis endophytica D. odorifera T. Chen. Chengmai 1 -
B17 Fusarium oxysporum D. odorifera T. Chen. Chengmai 1 -
B18 Nigrospora sphaerica Pterocarpus macarocarpus Kurz Chengmai 1 -
B19 Colletotrichum boninense Phy. macarocarpus Kurz Chengmai 1 -
B20 Alternaria brassicicola Phy. macarocarpus Kurz Chengmai 1 -
B21 Pestalotiopsis scirpina Phy. macarocarpus Kurz Chengmai 1 -
B22 Fusarium concentricum Phy. macarocarpus Kurz Chengmai 1 -
  “+” : 273 bp products amplified by primer P1 / P2ꎻ  “-” : No amplified products.
1.2  方法
1.2.1  基因组 DNA 提取  DNA 提取参照 Denise
等方法[3]ꎮ
1.2.2  PCR 扩增   选用真菌通用引物 ITS4 / ITS5
( ITS4:5 ̄TCCTCCGCTTATTGATATGC ̄3ꎬ ITS5:5 ̄
GGA AGGTAA AAG TCA AGG ̄3)扩增 ITS 基
因[4]ꎮ PCR 反应体系(25 μL):模板 1 μLꎬ引物
ITS4 / ITS5 各 1 μLꎬ2 ×PCR master mix 12. 5 μLꎬ
ddH2O 9.5 μLꎮ PCR反应程序:94℃预变性 4 minꎻ
94℃变性 30 sꎬ55℃退火 30 sꎬ72℃延伸 1 minꎬ35个
循环ꎻ最后 72℃延伸 10 minꎮ 反应结束后取以上扩
增产物 4 μLꎬ采用 1.0%琼脂糖凝胶进行电泳检测ꎬ
在凝胶成像系统的紫外光照射下拍照ꎮ
    巢式 PCR反应体系以引物 ITS4 / ITS5 作为第
一轮反应引物ꎬ取 1 μL第一轮 PCR反应产物作为
模板ꎬ结合黄檀黑痣菌特异性引物进行第二轮
PCR扩增ꎬ反应程序及检测方法同上ꎮ
1.2.3  特异性引物的设计  利用测序得到的黄檀
黑痣菌(P. dalbergiicola)序列及 GenBank 中已登
录的黑痣属其他种的 ITS 序列ꎬ使用 BioEdit 软件
比较其之间的差异ꎬ利用 Primer Premier 5 设计出
一对特异性引物 P1 / P2ꎮ 本文进行 ITS 序列比对
时使用了 P. graminis多个菌株的 ITS 序列进行比
较分析(图 1)ꎬ并将设计的引物在 GenBank 中进
行 BLAST分析验证其特异性ꎮ
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  1期 刘倩丽ꎬ等:降香黄檀黑痣病菌的快速分子检测
2  结果与分析
2.1  rDNA ̄ITS区扩增结果
    选用引物 ITS4 / ITS5进行 ITS区的扩增ꎬ结果
表明该对引物可以从 18 个供试(样本 B01 ~ B09
各 2份ꎬ见表 1)的黄檀黑痣菌 DNA中扩增出一条
长约 500 bp的条带ꎮ
    将条带进行切胶回收后送至公司测序ꎬ将得
到的18条测序结果进行同源性比较ꎬ发现其碱基
序列完全一致ꎬ大小为 525 bpꎬ且在序列中能找到
扩增时所用的引物ꎬ则可证明该序列属于目的序
列ꎮ 该 序 列 已 经 上 传 至 GenBankꎬ 获 登 录
号 KM875730ꎮ
2.2  引物特异性验证
    为验证引物的特异性ꎬ采用特异引物 P1 / P2
对采集自海南 9个市县的 P. dalbergiicola、P. gra ̄
minis、P. phyllostachydis hara.ꎬ以及分离自降香黄
檀、大果紫檀的真菌菌株为材料进行特异性扩增ꎮ
结果表明ꎬ特异性引物仅能从供试的 11 个(样本
B02、B03各提供 2份ꎬ样本 B01、B04 ̄B09各提供 1
份)P. dalbergiicola的 DNA 中特异地扩增出一条
长约 250 bp的条带ꎬ而其他 18 个(样本 B10~ B14
各提供 2份ꎬB15~B22 各提供 1 份)供试 DNA 均
无扩增条带ꎬ表明该引物具有特异性(图 2、图 3)ꎮ
Fig. 1  A pair of specific primers P1/ P2 based on partial ITS sequences for Phyllachora dalbergiicola
B01 ̄B05: P. dalbergiicola ꎻ B10 ̄1 ̄B12 ̄1: P. graminis.
Fig. 2  Electrophoresis of PCR ̄amplified products with specific primersP1 / P2
Lane M: 2 000 bp DNA markerꎻ Lane 1: B01ꎻ Lane 2 ̄3: B02ꎻ Lane 4 ̄5: B03ꎻ Lane 6: B04ꎻ Lane 7: B05ꎻ
Lane 8: B06ꎻ Lane 9: B07ꎻ Lane 10: B08ꎻ Lane 11: B09ꎬ respectively.
731

 
植物病理学报 46卷
2.3  引物灵敏度检测
    将 P. dalbergiicola 基 因 组 DNAꎬ从 100
ng􀅰μL  ̄1的浓度开始ꎬ逐步按 10 倍数量级向下稀
释至 10 ag􀅰μL  ̄1ꎬ从每一个浓度梯度的样品中取
1 μL 为模板进行常规 PCR和巢式 PCR扩增ꎮ 在
25 μL 的反应体系中ꎬ利用引物 P1 / P2 进行常规
PCR扩增ꎬ可从含有 1 pg 的基因组 DNA 中扩增
出一条长约 250 bp 的条带(图 4 ̄A)ꎮ 而先后利
用 ITS4 / ITS5 和 P1 / P2 进行巢式 PCRꎬ可以稳定
地检测到 100 ag 的基因组 DNAꎮ 这与单独使用
特异性引物扩增相比ꎬ使检测灵敏度提高了 104
倍(图 4 ̄B)ꎮ
Fig. 3  Electrophoresis of PCR ̄amplified products with specific primers P1 / P2
Lane M: 2000bp DNA markerꎻ Lane 1: dd H2Oꎻ Lane 2: B02ꎻ Lane 3 ̄4: B10ꎻ Lane 5 ̄6: B11ꎻ Lane 7 ̄8:
B12ꎻ Lane 9 ̄10: B13ꎻ Lane 11 ̄12: B14ꎻ Lane 13: B15ꎻ Lane 14: B16ꎻ Lane 15: B17ꎻ
Lane 16: B18ꎻ Lane 17: B19ꎻ Lane 18: B20ꎻ Lane 19: B21ꎻ Lane 20: B22ꎬ respectively.
Fig. 4  Sensitivity of regular and Nested ̄PCR for detection of Phyllachora dalbergiicola
A: Sensitivity of PCR with primers P1 / P2 using different quantity of DNAꎬ B: Nested ̄PCR with primers ITS4 / ITS5 for the
first round of amplification and primers. P1 / P2 for the second round of amplification . Lane M: 2 000bp DNA markerꎻ
Lane 1: dd H2Oꎻ Lane 2 ̄12: Products amplified DNA at quantity of 100ngꎬ 10ngꎬ 1ngꎬ 100pgꎬ 10pgꎬ 1pgꎬ
100fgꎬ 10fgꎬ 1fgꎬ 100agꎬ 10ag in 25 μL PCR reaction system.
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  1期 刘倩丽ꎬ等:降香黄檀黑痣病菌的快速分子检测
2.4  降香黄檀发病组织的病原物检测
    分别采集降香黄檀叶片的发病组织及健康组
织共 23 份样品ꎬ利用巢式 PCR 进行检测ꎮ 结果
(图 5)表明ꎬ利用巢式 PCR 能从 12 个发病组织
(泳道 13~24)中稳定的扩增出一条约为 250 bp的
特异性条带ꎬ而 11 个健康植物组织(泳道 2 ~ 12)
中也有 6个扩增出条带ꎬ说明该健康植物组织已受
到 P. dalbergiicola 的侵染ꎬ暂未表现出明显的症
状ꎮ 对扩增出条带的泳道进行切胶回收测序ꎬ测序
结果 表 明 它 们 的 碱 基 序 列 一 致ꎬ 且 与 P.
dalbergiicola 的序列完全相同ꎬ则可排除假阳性结
果ꎮ 该技术在降香黄檀受到 P. dalbergiicola 侵染
未表现出明显症状之前即可将其检测出来ꎬ可用于
植物发病组织中 P. dalbergiicola的快速分子检测ꎮ
Fig. 5  Nested ̄PCR amplification of DNA extracted from plant samples with primers
ITS4 / ITS5 for the first round and primers P1 / P2 for the second round amplification
Lane M: 2000 bp DNA markerꎻ Lane 1: dd H2Oꎻ Lane 2 ̄12: Healthy Dalbergia odorifera tissuesꎻ
Lane 13 ̄24: Diseased D. odorifera tissues.
3  结果与讨论
    传统的植物病害检测方法大都是依靠对病原
物分离培养后形态学鉴定ꎬ但该方法耗时较长ꎬ且
不适用于病原物的早期快速鉴定[5]ꎮ 因此ꎬ传统
检测方法可能会贻误病害防治的最佳时期ꎮ
    本研究直接从降香黄檀黑痣病病叶组织中提
取黄檀黑痣菌基因组 DNAꎬ通过对其 rDNA ITS
区克隆后测序ꎬ所得序列与 GenBank 中已登录的
黑痣属其他种的序列进行比对ꎬ根据序列差异设计
出特异性引物 P1 / P2ꎮ 结合真菌通用引物 ITS4 /
ITS5对降香黄檀基因组 DNA 进行常规 PCR 扩
增ꎬ在 25 μL的反应体系中ꎬ其检测下限达到 1 pg
P. dalbergiicola基因组 DNAꎮ 在相同的体系条件
下ꎬ利用巢式 PCR技术可以使检测的基因组 DNA
下限达到 100 agꎬ使灵敏度提高了 104倍ꎬ从而能够
检测到处于潜伏期的黄檀黑痣菌ꎮ 本研究首次构
建出针对 P. dalbergiicola的快速分子检测技术ꎬ该
技术易操作、耗时短、且灵敏度高ꎮ 结合简单的
DNA提取方法ꎬ1 个工作日就可以检测出降香黄
檀是否已经受到 P. dalbergiicola的侵染ꎬ该技术可
用于由黄檀黑痣菌所致病害的早期快速分子检测ꎮ
参考文献
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责任编辑:曾晓葳
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