马铃薯疮痂病菌定量分子检测方法
技术领域
[0001] 本
发明属于分子检测方法的发明,特别指马铃薯疮痂病致病菌的定量分子检测方法的建立。
背景技术
[0002] 马铃薯疮痂病对生产的影响日益严重,已经引起国内外研究者的高度关注,该病的病原菌组成具有明显的多样性,国内已发现存在S. scabies、S. acidiscabies、S. turgidiscabies、S. galilaeus 等四种病原(赵伟全等,2006),对各病原菌进行系统分析后发现,不同种的菌株间
生物学特点有较大差别(张萌等,2010)。因此对其建立特异性的定量检测方法十分必要。
[0003] 对马铃薯疮痂病菌基因组的深入研究发现合成毒素的致病基因聚集在一个大的
染色体区域,作为一个致病岛存在于链霉菌中,包含txtA、txtB、txtC、txtD等多个基[77]因。疮痂病菌的致病性是和致病岛密切相关的 。致病岛包含了比较大的染色体区域[75,76]
(10~200kb),仅仅出现在致病株的染色体中,而在非致病株不存在 。引起疮痂病的thaxtomin A的生物合成是在疮痂病致病种的单基因座(txt)上,txtA和 txtB编码合成的
4-硝基吲哚和L-苯丙
氨酸具有甲基化和环化二肽合成酶的功能。
[0004] SYBR Green I染料是一种非饱和菁类
荧光素,能非特异性嵌合于DNA双螺旋结构的小沟内,当DNA处于游离状态时,荧光
信号弱,但是当与dsDNA结合后荧光强度明显增强,可被荧光探测系统检测到,荧
光信号的强弱与初始模板的dsDNA是成比例的,因此可进行核酸的定量分析。在病原菌检测方面,荧光定量对模板能快速、准确的定量。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一对定量检测马铃薯疮痂病菌的引物RTA1/RTA2。
[0006] 本发明的第二个目的在于提供一种马铃薯疮痂病菌的定量检测方法。
[0007] 本发明的整体技术构思是:在此研究中对我国存在的四种模式菌株进行了孢子基因组DNA的提取。根据上述致病岛中的不同基因序列设计了4对引物,筛选到qPCR引物后通过对建立各菌株标准曲线条件的摸索,建立了马铃薯疮痂病菌不同菌株孢子的定量检测方法。应用标准曲线对提取的病组织及带菌
土壤进行检测,证明了所建立标准曲线的重复性强,可用性高。同时可以根据DNA的浓度计算孢子数。
[0008] 以我国发现的具有代表性的致病菌株CPS-1(S. scabies)、CPS-2(S. galilaeus)、CPS-3(S. acidiscabies)、CPS-4(S. turgidiscabies)为模式菌株,首先建立模式菌株中DNA浓度和孢子量的关系,然后根据疮痂病菌特有的毒素合成基因簇序列txtA、txtB设计引物。以各菌株孢子基因组DNA为模板筛选疮痂致病链霉菌qPCR的通用引物。对模式菌株定量孢子提取的DNA进行多次的浓度梯度条件摸索,最终筛选到合适的浓度梯度,为标准曲线建立点的筛选奠定
基础;建立标准曲线,提取马铃薯疮痂病组织以及带有疮痂病菌的土壤DNA对建立的标准曲线进行
稳定性验证。
[0009] 本发明的研究方法包括:A、平板计数法定量各菌株孢悬液浓度,提取定量孢子的基因组DNA,建立孢子数量和DNA浓度的关系;
B、qPCR引物的设计及引物的筛选;
C、标准曲线建立点的筛选;
D、标准曲线的建立及应用。
[0010] 设计的全部引物序列见下表:表1 本研究设计的引物序列
各菌株不同浓度DNA下的Ct值和换算的孢子数见下表:
步骤A是用平板计数法将燕麦固体培养基(OMA)上培养的菌株CPS-1(S. scabies)、CPS-2(S. galilaeus)、CPS-3(S. acidiscabies)、CPS-4(S. turgidiscabies)培养10天
1 2 10
的孢子用无菌
水洗下,把孢悬液进行10,10…10 倍梯度稀释,取稀释好的孢悬液50 mL涂布于燕麦固体培养基上,生长7 d后进行平皿计数,计算出样品的孢子总数。用CTAB法提取一定量菌株孢子的基因组DNA,所提基因组DNA的浓度及各项参数由紫外分光光度仪测得,知道浓度后建立孢子数和浓度之间的关系。
[0011] 步骤B是以步骤A中的DNA为模板进行PCR扩增,根据疮痂病菌特有的毒素合成基因簇序列txtA、txtB设计四对特异性引物RT1/RT2、RTA1/RTA2、RTB1/RTB2、RTB3/RTB4。用设计的引物对模式菌株的基因组DNA进行扩增。先将引物稀释成10 μmol/L。扩增反应体系为50 mL,模板(基因组DNA):1 mL;引物:各1 mL;2×GC bufferⅡ:25 mL;dNTP(2 mM):1 mL;Taq酶:0.7 mL;ddH2O:20.3 mL。扩增条件为95℃预变性5 min,95℃变性30 s,
62℃
退火50 s,72℃延伸1 min,30个循环,最后72℃延伸5 min。扩增结束后,取4mL的扩增产物用1.5%的琼脂糖凝胶90 V /40 min
电泳检测。PCR产物在2.0%的琼脂糖凝胶电泳中进行检测,将PCR产物连接到克隆载体pGM-T载体上,并转化到大肠杆菌DH5α上,在含有氨苄青霉素的LB平板上37℃培养过夜,挑取3个阳性克隆进行测序,在国际基因库(GenBank)上进行序列分析,验证所得
片段并选取效果最好的扩增片段作为检测探针,RTA1/RTA2扩增的目的片段测序结果稳定正确,扩增的条带大小符合qPCR所要求的条件,并且没有引物二聚体情况。
[0012] 步骤C是根据步骤B确定好的反应条件将所提取的孢悬液DNA稀释成一样的浓度1 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 5
后进行10,10,4×10,8×10,10,4×10, 6×10,8×10,10,2×10,4×10,8×10,10倍不同梯度稀释。确定反应体系的最低检测浓度。并根据孢悬液和孢悬液DNA的稀释度计算引物对病原菌孢子的最低检测
阈值。
[0013] 步骤D是根据步骤B和C应用qPCR的反应条件进行标准曲线的建立,SYBR GreenⅠqPCR反应体系(10 mL)为:PCR Mix:51mL;引物:各0.2 mL;模板(孢子DNA):0.2 mL;ddH2O:4.4 mL。SYBR GreenⅠqPCR反应程序:预变性:94℃,5 min;40个循环:变性:94℃,5 s,复性:62℃,30 s 。对样品进行了12个点的稀释,但由于后面模板的稀释度越来越大,扩增曲线的线性关系不是很明显,因此,选择了其中线性关系比较好的五个点做标准曲线。采集接种有CPS-1、CPS-4菌株的土壤中提取的DNA进行检测:每土壤样品称取5 g加至装有5 ml无菌水的离心管中进行漩涡振荡10 min,静置待土壤颗粒沉淀后,取上清液离心富集菌体后,用CTAB法提取土壤样品的总基因组DNA,以其为模板进行qPCR以验证标准曲线的实用性。
[0014] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明利用qPCR方法筛选到了扩增结果稳定,片段大小符合要求,并且无引物二聚体形成,可以作为qPCR检测引物的RTA1/RTA2。应用此引物建立了中国马铃薯疮痂病菌比较常见的几种病原菌标准曲线,建立了马铃薯疮痂病菌的定量检测方法。该工作提高了病原菌检测的灵敏度,为以后
预防马铃薯疮痂病的工作奠定了基础,对马铃薯疮痂病的预防有较高的实际应用价值。
附图说明
[0015] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0016] 图1是对四种模式菌株CPS-1(S. scabies)、CPS-2(S. galilaeus)、CPS-3(S. acidiscabies)、CPS-4 (S. turgidiscabies)的PCR扩增结果;图2是菌株CPS-4标准曲线对样品的检测。
具体实施方式
[0017] 以我国发现的具有代表性的致病菌株CPS-1(S. scabies)、CPS-2(S. galilaeus)、CPS-3(S. acidiscabies)、CPS-4(S. turgidiscabies)为模式菌株,首先建立模式菌株中DNA浓度和孢子量的关系,然后根据疮痂病菌特有的毒素合成基因簇序列txtA、txtB设计引物。以各菌株孢子基因组DNA为模板筛选疮痂致病链霉菌qPCR的通用引物。对模式菌株定量孢子提取的DNA进行多次的浓度梯度条件摸索,最终筛选到合适的浓度梯度,为标准曲线建立点的筛选奠定基础;建立标准曲线,提取马铃薯疮痂病组织以及带有疮痂病菌的土壤DNA对建立的标准曲线进行稳定性验证。
[0018] 依据上述的整体研究思路具体的研究方法包括:1、平板计数法定量各菌株孢悬液浓度,提取定量孢子的基因组DNA,建立孢子数量和DNA浓度的关系。用平板计数法将燕麦固体培养基(OMA)上培养的菌株CPS-1( S. scabies)、CPS-2(S. galilaeus)、CPS-3(S. acidiscabies)、CPS-4(S. turgidiscabies)
1 2 10
培养10天的孢子用无菌水洗下,把孢悬液进行10,10…10 倍梯度稀释,取稀释好的孢悬液50 mL涂布于燕麦固体培养基上,生长7 d后进行平皿计数,计算出样品的孢子总数。用CTAB法提取一定量菌株孢子的基因组DNA,所提基因组DNA的浓度及各项参数由紫外分光光度仪测得,知道浓度后建立孢子数和浓度之间的关系。
[0019] 2、qPCR引物的设计及引物的筛选。是以步骤1中的DNA为模板进行PCR扩增,根据疮痂病菌特有的毒素合成基因簇序列txtA、txtB设计四对特异性引物RT1/RT2、RTA1/RTA2、RTB1/RTB2、RTB3/RTB4。用设计的引物对模式菌株的基因组DNA进行扩增。先将引物稀释成10 μmol/L。扩增反应体系为50 mL,模板(基因组DNA):1 mL;引物:各1 mL;2×GC bufferⅡ:25 mL;dNTP(2 mM):1 mL;Taq酶:0.7 mL;ddH2O:20.3 mL。扩增条件为
95℃预变性5 min,95℃变性30 s,62℃退火50 s,72℃延伸1 min,30个循环,最后72℃延伸5 min。扩增结束后,取4mL的扩增产物用1.5%的琼脂糖凝胶90 V /40 min电泳检测。
PCR产物在2.0%的琼脂糖凝胶电泳中进行检测,将PCR产物连接到克隆载体pGM-T载体上,并转化到大肠杆菌DH5α上,在含有氨苄青霉素的LB平板上37℃培养过夜,挑取3个阳性克隆进行测序,在国际基因库(GenBank)上进行序列分析,验证所得片段并选取效果最好的扩增片段作为检测探针,RTA1/RTA2扩增的目的片段测序结果稳定正确,扩增的条带大小符合qPCR所要求的条件,并且没有引物二聚体情况。
[0020] 3、标准曲线建立点的筛选。根据步骤2确定好的反应条件将所提取的孢悬液DNA1 2 2 2 3 3 3 3 4 4
稀释成一样的浓度后进行10,10,4×10,8×10,10,4×10, 6×10,8×10,10,2×10,
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4×10,8×10,10倍不同梯度稀释。确定反应体系的最低检测浓度。并根据孢悬液和孢悬液DNA的稀释度计算引物对病原菌孢子的最低检测阈值。
[0021] 4、标准曲线的建立及应用。是根据步骤2和3应用qPCR的反应条件进行标准曲线的建立,SYBR GreenⅠqPCR反应体系(10 mL)为:PCR Mix:51mL;引物:各0.2 mL;模板(孢子DNA):0.2 mL;ddH2O:4.4 mL。SYBR GreenⅠqPCR反应程序:预变性:94℃,5 min;40个循环:变性:94℃,5 s,复性:62℃,30 s 。对样品进行了12个点的稀释,但由于后面模板的稀释度越来越大,扩增曲线的线性关系不是很明显,因此,选择了其中线性关系比较好的五个点做标准曲线。采集接种有CPS-1、CPS-4菌株的土壤中提取的DNA进行检测:每土壤样品称取5 g加至装有5 ml无菌水的离心管中进行漩涡振荡10 min,静置待土壤颗粒沉淀后,取上清液离心富集菌体后,用CTAB法提取土壤样品的总基因组DNA,以其为模板进行qPCR以验证标准曲线的实用性。