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利用基因组特异性引物和Cas12a介导技术快速检测稻瘟菌小麦致病型丨Engineering

时间：2023-04-14 来源： 浏览：

利用基因组特异性引物和Cas12a介导技术快速检测稻瘟菌小麦致病型丨Engineering

原创 康厚祥 等 Engineering
Engineering

engineering2015

《Engineering》是中国工程院院刊主刊，工程类综合性期刊，旨在为全球提供一个高水平的工程科技重大成果发布交流平台，报道全球工程前沿，促进工程科技进步，服务社会、造福人类。中国科技期刊卓越行动计划领军期刊。 中英文出版，全文开放获取。

收录于合集

半活体营养型真菌稻瘟菌侵害许多谷物，包括两种最 重要的主要粮食作物——水稻和小麦。稻瘟病是由稻瘟菌（ M.oryzae Oryza , MoO）致病型引起的，近三个世纪前在中国和日本有报道，目前已在超过85个国家发现。1985年，由稻瘟菌小麦致病型（ M.oryzae Triticum , MoT）引起的小麦麦瘟病在巴西巴拉那州的6 个市被首次发现，并且20世纪90年代初其在南美洲的分布逐渐扩大到约 3×10 6 hm 2 。2016年，这种病害首次在南美洲以外被发现，麦瘟病暴发于孟加拉国的8个地区，并迅速成为对小麦生产的严重威胁。2017 年年初，多家报纸报道，在印度-孟加拉国边境附近的印度麦田首次观察到类似麦瘟病的症状。2016—2019年间，该病害蔓延至孟加拉国的20个区，并继续对孟加拉国的粮食营养安全构成严重威胁。根据2016年在孟加拉国首次发现麦瘟病的地区的农业气候条件，最近的一项研究报告称，印度、巴基斯坦和孟加拉国多达7 ×10 6 hm 2 的麦田容易受到MoT感染 。保守估计产量损失5%~10%，每年潜在经济损失可能 为1.32亿~2.64亿美元。因此， 迫切需要一种综合的方法 来控制孟加拉国麦瘟病发生，并防止这种病害传播到世界 其他地区 。
MoT如何感染小麦植株，其宿主的替换，以及那些 有利于麦瘟病流行的气候因素目前还不清楚。 虽然MoT 既可以侵染小麦植株的叶片，也可以侵染小麦植株的穗 部，但穗部感染会造成更大的经济影响 。叶轴或花梗的感 染会阻碍光合作用产物的运输，杀死穗状花序的上部。在 对病原菌有利的条件下，该病可造成高达100%的产量损 失。然而，由于穗部麦瘟病是在没有叶瘟病视觉症状 的田野中发生的，两者之间的相关性尚不明确。因此，通 过使用杀菌剂来控制麦瘟病穗部发生可能是困难的，因为 农民不能在抽穗期之前根据观察叶片病斑来使用杀菌剂。 此外，麦瘟病也是一种通过种子传播的病害。对种子 进行筛选并对其进行MoT鉴定将降低病害进一步传播到 其他国家的风险。因此， 中国农业科学院康厚祥研究团队、孟加拉国 班加班杜谢赫穆吉布尔拉赫曼农业大学Md Tofazzal Islam研究团队以及 美国俄亥俄州立大学王国梁研究团队 开发一种了快速、灵敏、低成本的 方法检测田间小麦幼苗、邻近麦田的其他寄主、商业运输 中的小麦种子中的MoT （ 图 1 ） 。该研究对控制南美洲和孟加拉国的小 麦麦瘟病至关重要。

图1.  识别两个MoT特定序列的途径。图左上角的省略号表示不同的麦瘟病菌基因组和基因1,2,3,4,…。 N 代表测序基因组中的所有预测基因。两个基因组中两个基因之间的箭头表示双向成对的基因序列比对，菌株之间的拱形箭头表示两个基因组中单个基因的序列比对。nr：非冗余蛋白序列。

在本研究中，研究人员首先用 聚合酶链反应（ PCR ） 和 环介导等温扩增（ LAMP ） 方法在等温 条件下测定了引物的灵敏度。随后，他们在第一次RPA 反应中加入Cas12a蛋白和一个随机DNA片段，用 MoT-6098 或 MoT-6099 引物对MoT中的靶序列在37 ℃下进行 扩增，在第二次RPA反应中，使用生物素和FAM标记引 物扩增了随机DNA片段并进行了PCRD检测。用从MoT 菌丝组织和感染MoT小麦叶片中分离的DNA为模板，他 们获得了阳性结果。整个过程在25~40 ℃下进行，只需约 半个小时，无需任何实验室设备。使用商品化PCRD条带 时，每份样品的检测总费用约为6美元。如果采用非专利 的方法进行大规模生产，每份样品的成本可以降低到4美 元以下。 植物病理学家、检疫专家和农业推广工作者很容 易采用本研究开发的简单方法，在受感染的植物、种子批 和其他寄主中快速检测MoT 。

关键词： 麦瘟病；稻瘟菌小麦致病型；Cas12a；核酸侧流免疫分析；田间检测

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原文链接：http://www.engineering.org.cn/ch/10.1016/j.eng.2020.07.016

以上内容来自：Houxiang Kang, Ye Peng, Kangyu Hua, Yufei Deng, Maria Bellizzi, Dipali Rani Gupta, Nur Uddin Mahmud, Alfredo S. Urashima, Sanjoy Kumar Paul, Gary Peterson, Yilin Zhou, Xueping Zhou, Md Tofazzal Islam, Guo-Liang Wang. Rapid Detection of Wheat Blast Pathogen Magnaporthe Oryzae Triticum Pathotype Using Genome-Specific Primers and Cas12a-mediated Technology [J]. Engineering, 2021, 7(9): 1326-1335.

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