Snabb och säker detektion av Fusarim langsethiae med ”Loop-Mediated Isothermal Amplification” metod

Fusarium langsethiae produces the mycotoxins T2 & HT-2 in oat. The occurrence of this fungus is usually overlooked by conventional filter paper method since healthy looking seeds can be still infected. Development of a fast, cheap and reliable method for detection of this pathogen in seed, soil or plant material can be of great value for further epidemiological studies. LAMP-PCR is a simple, rapid and cheap technique which has become popular.The aim of this project is to develop LAMP species specific primers that can exclusively detect F. langsethiae in different samples. Fusarium spp will be isolated from kernels and oat seedlings and identified by morphological characters and DNA technique. A diverse collection of Fusarium spp will also be obtained from different laboratories for evaluating of the specificity of primers. The primer sets will be designed by Primer Explorer V. 4 software and their specificity will be checked using pure DNA of F. langsethiae as well as DNA from seeds.

LAMP-PCR är en enkel, snabb och billig diagnostisk metod som används för tidig detektion av mikroorganismer. Fusarium langsethiae producerar mykotoxiner T-2 & HT-2 framförallt i havre och dess epidemiologi är oklar. Med traditionella filtrerpappers metoder förbises svampen pga. tillsyents friska kärnor kan vara infekterade. I detta projekt vill vi utveckla specifika primrar för detektering av F. langsethiae med LAMP-metoden. Vi har för avsikt att använda dessa primrar i ett större projekt för att studera svampens epidemiologi. Fusarium spp isoleras från både kärnor och havreplantor . Vidare erhålls isolat av Fusarium spp från olika forskargrupper. Isolerade svampar identifieras med morfologiska karaktärer och med DNA- teknik. LAMP-PCR specifika primrar designas med Primer Explorer V. 4 software verktyg. Specificitet av de utvecklade primrarna testas först för att amplifiera ren DNA från F. langsethiae svampkulturer. LAMP-PCR utförs enligt protokoll som är publicerade i litteraturen.

Fusarium langsethiae är en viktig patogen i spannmålsproduktionen och är känd för att producera T-2 och HT-2 mykotoxiner. Biologi och epidemiologi hos denna patogen är oklar p.g.a. bristen på synliga symptom hos infekterade plantor och svårigheten att isolera svampen. Loop-Mediated Isothermal Amplification (LAMP-PCR) är en snabb och säker metod för detektion av mikroorganismer. Syftet med detta projekt var att utveckla en ny LAMP-metod för säker detektion av F. langsethiae. Fem primers designades baserade på genomiska regioner viktiga för trichothecence biosyntesen och utvärderades på några isolat. En primers, FL-LAMP, valts ut och undersökts vidare mot ett brett spektrum av F. langsehtiae och andra Fusariumarter. FL-LAMP amplifierad DNA från samtliga testade F. langsethiae och även F. sibiricum isolat som direkt visualiserades med färgförändring i LAMP PCR. Tillämpningen av denna metod för detektion av F. langsethiae eller F. sibiricum i plantor måste utvärderas i framtida studier.

Framtida klimatförändringar i Sverige förväntas att leda till ökad medeltemperatur och nederbörd, vilket innebär att vi kan förvänts få ännu större problem med axfusrios och mykotoxinproduktion i spannmålsodlingen. Förutom stora skördeförluster, producerar Fusarium-arter olika mykotoxiner som kan påverka djurs och människors hälsa negativt. Mykotoxiner tar sig främst in i livsmedelskedjan när de bildas på fält innan skörd eller under torkning och lagring särskilt vid höga vattenhalter, en situation som är vanlig när skörd och efterbehandling försvåras p.g.a. väderleks förhållanden. När mykotoxinhalter överskrider gränsvärde för livsmedel kan levererade varan nedklassas till foder eller bränsle. Detta medför stora ekonomiska förluster för svenskt lantbruk i mångmiljonklassen. F. langsethiae är en Fusarium-art som är vanligt förekommande i svenskodlad havre. Svampen infekterar havreplantor utan att producera synliga typiska axfusarios symptom på vippan, och producerar mykotoxinerna, T-2 och HT-2 som är mer toxiska än DON. Trots att gränsvärde saknas i dagsläget, ska dessa mykotoxiner övervakas. T-2 & HT-2 analyseras i mindre utsträckning jämfört med DON och rutinanalyser saknas. Epidemiologin hos denna Fusarium-art dvs. hur svampen sprids och hur plantan infekteras är fortfarande oklart. Vidare kan till synes friska spannmålskärnor vara infekterade, vilket gör att svampen förbises vid utsädesanalys. När epidemiologin är känd kan ett korrekt beslut tas om en lämplig växtskyddsåtgärd. För F. langsethiae och relaterade mykotxiner tyder erfarenheter på att effekten av fungicider är varierande i fält, däremot kan fungicider minska tillväxt av svampen och produktion av mykotoxiner i kontrollerad miljö. Detta innebär att man behöver träffa rätt med sprutning av fungicider i fält. Genom att utveckla en snabb och säker analysmetod kan man bringa klarhet om hur och när ske angrepp i fält och därmed optimera bekämpningstidpunkten. Bestämning av förekomst av olika patogener i mark och växter med konventionella metoder är en tidskrävande process. Dessutom har dessa metoder låg känslighet för att upptäcka patogener särskilt innan synliga symtom utvecklats på plantor. Användningen av molekylära tekniker har ökat våra möjligheter att rätt bestämma, kvantifiera och noggrant övervaka växtpatogener, vilket är viktigt för att bekämpa växtsjukdomar. PCR är den vanligaste molekylära metoden och kvantifiering av patogener görs med realtids-PCR. Realtids-PCR är en säker metod som kräver dyr utrusning. De senaste åren har andra metoder som Loop-mediated Isothermal Amplification (LAMP) utvecklats för säker bestämning och kvantifiering av en rad patogena svampar i mark och växtmaterial. LAMP är en snabb, säker och relativt billig molekylär metod som tar också mindre tid än andra PCR metoder. I det här projektet har en säker LAMP-metod utvecklats för att detektera F. langsethiae. DNA från 35 olika F. langsethiae isolat som erhållits från olika länder samt isolat isolerade från infekterade havrekärnor, amplifierades med de specifika primers som designades. För att säkra specificitet av metoden mot F. langsethiae, undersöktes 27 olika isolat av åtta närbesläktade Fusarium-arter. Denna utvecklade F. langsethiae LAMP-metod kan ge mjölighet att snabbt, säkert och billigt analysera havreutsäde samt att studera spridningsvägar för F. langsethiae och öka kunskapen om svampens epidemiologi.