توصيفگر ها :
ساق سياه , پوسيدگي نرم , P.atrosepticum , LAMP , زيست حسگر , طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي , Lab-on-a-chip
چكيده فارسي :
بيماري¬هاي ساق سياه و پوسيدگي نرم سيب زميني از جمله بيماري¬هاي باكتريايي مهمي هستند كه با انتشار جهاني خسارت اقتصادي زيادي به توليد سيب¬زميني وارد مي¬كنند. گونه و زير گونه¬هاي مختلفي از دو جنس Pectobacterium spp. و Dickeya spp. متعلق به Enterobacteriaceae مي¬توانند در بروز اين بيماري دخيل باشند. طي ساليان طولاني(Pba) P.atrosepticum و(Pcc) P.carotovorum subsp. carotovorum به عنوان عوامل اصلي بروز ساق سياه و پوسيدگي نرم سيب¬زميني شناخته مي¬شدند، ولي پيدايش و حضور باكتري هاي (Dch) D.chrysanthemi، D.solani، P. carotovorum subsp. brasiliense (Pcb) و (Pp) P.parmentieri طي سال¬هاي اخير در مزارع سيب¬زميني دنيا كه احتمالا به دليل افزايش گرمايش زمين و قدرت نوتركيبي زياد پكتوباكتريوم¬ها است، نشان داد كه گونه و زيرگونه-هاي ديگري از پكتوباكتريوم¬ها مي¬توانند در وقوع ساق سياه و پوسيدگي نرم سيب¬زميني دخالت داشته باشند. از سال¬ها قبل، در ايران نيز Pba به طور محدود و Pcc در حد گسترده¬اي به عنوان دو عامل اصلي ساق سياه و پوسيدگي نرم سيب¬زميني شناخته شده¬ بودند، ولي با گزارش Dch ، D.solani و Pp از مزارع سيب زميني اصفهان، كه احتمالا ازطريق واردات غده¬هاي بذري از اروپا به كشور وارد شده اند و با شرايط گرم فصل رشد سيب¬زميني در اصفهان سازگاري داشتند، پيش بيني شد كه احتمالا ساير گونه¬ها و زيرگونه¬هاي پكتوباكتريومي نيز ممكن است در مزارع اصفهان انتشار داشته باشند. براي تعيين وضعيت انتشار پكتوباكتريوم¬ها در منطقه ، طي ماه¬هاي خرداد تا مهر سال¬هاي1397-1394 از نواحي سيب¬زميني كاري استان اصفهان بازديد¬هايي به¬عمل آمد و از ساقه، ريشه و غده¬هاي داراي علائم ساق سياه و پوسيدگي نرم نمونه-برداري شد. پس از جداسازي باكتري از بافت¬هاي گياهي آلوده، با استفاده از آزمون¬هاي مورفولوژيكي، فيزيولوژيكي و بيوشيميايي، جدايه-هاي متعلق به گروه¬هاي پكتوباكتريومي مشخص شدند. بر اساس انگشت نگاري ژنتيكي با استفاده از جفت آغازگر ¬هاي BOXIR وERIC1R/ ERIC2F، جدايه¬ها در چهار گروه طبقه بندي شدند. سپس، طي آزمايشات PCR با جفت آغازگر¬هاي اختصاصي و تعيين توالي نوكلئوتيدي محصولات PCR، مشخص شد كه از 202 نمونه¬ي باكتريايي به¬دست آمده در اين پژوهش، 4 جدايه Pba ، 12 جدايه Pcb، 76 جدايه Pcc و 110 جدايه Pp هستند، ولي هيچكدام متعلق به جنس Dickeya نبودند. تعداد كم جدايه ¬هاي باكتري Pba از منطقه سردسير استان اصفهان (چادگان) و همچنين شيوع Pcb، Pcc و Pp به عنوان عوامل ساق سياه و پوسيدگي نرم سيب¬زميني در مناطق معتدل و گرم اصفهان دور از انتظار نبود. به دليل عدم وجود يك جفت آغازگر اختصاصي براي شناسايي Pp براي غربال گري مزارع و غده هاي بذري، بر اساس مقايسه توالي كل ژنوم گونه¬هاي مختلف Pectobacterium spp. و Dickeya spp. ثبت شده در بانك جهاني ژن، يك ناحيه¬ي نوكلئوتيدي منحصر به¬فرد بين ژني bp 3036 در جدايه WPP161 Pp شناسايي و بر اساس آن، يك جفت آغازگر اختصاصي از اين ناحيه بين ژني طراحي شد. با بكارگيري يك سري از آزمون¬هاي PCR و تعيين توالي نوكلئوتيدي، اختصاصيت و حساسيت اين جفت آغازگر براي تشخيص انتخابي جدايه¬هاي Pp تاييد گرديد. با انجام آزمون بيماري¬زايي جدايه¬هاي شاخص هر گروه در شرايط آزمايشگاهي و گلخانه¬اي، بيماري¬زا بودن جدايه¬ها ثابت گرديد. همچنين، طي آزمون لهيدگي روي برش¬هاي سيب¬زميني معلوم شد كه جدايه هاي شاخص از نظر فعاليت هاي پكتوليتيكي تحت دماهاي مختلف °C 4،°C 10،°C 20، °C 27 و°C 37 با هم تفاوت دارند. با توجه به رديابي گونه Pba به عنوان يك بيمارگر قرنطينه اي در اين پژوهش، از روش LAMP جهت رديابي سريع آن استفاده شد. بر اساس نتايج بدست آمده، اين روش براي شناسايي باكتري Pba در حد Cfu/ml 102 قابل اعتماد بود. در مقابل، تهيه آنتي بادي پلي كلونال عليه Pba و استخراج گاماگلوبولين استخراج شده (IgG) طي آزمون ELISA غير مستقيم براي تشخيص اختصاصي Pba به دليل واكنش هاي تقاطعي با ساير پكتوباكتريوم ها، موفقيت آميز نبود. براي توسعه يك روش تشخيصي دقيق، حساس و مقرون به صرفه براي رديابي Pba، يك زيست حسگر مبتني بر آنتي بادي و طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي بر اساس فناوري آزمايشگاه روي تراشه (Lab-on-a-chip) ساخته شد. تثبيت آنتي بادي روي سطح الكترود با استفاده از لايه هاي خود آرا SAMs (Self-assembled monolayers) انجام گرفت. به اين روش، باكتري Pba بر اساس افزايش در مقاومت انتقال بار زيست حسگر به دليل بر همكنش آنتي¬بادي- آنتي ژن و اندازه گيري امپدانس الكتروشيميايي (EIS) با حساسيت Cfu/ml 104 ،بطور اختصاصي شناسايي شد.......
چكيده انگليسي :
Potato blackleg and soft rot are the most serious bacterial diseases that inflict significant economic damage to the potato crop worldwide. Various species and subspecies of Pectobacterium spp. and Dickeya spp. (Enterobacteriaceae) are responsible for the outbreaks of these diseases. For a long time, P.atrosepticum (Pba) and P.carotovorum subsp. carotovorum (Pcc) have been identified as the causal agents of blackleg and potato soft rot; however, the recent emergence and presence of some bacteria including D.solani, P. carotovorum subsp brasiliense (Pcb), and P.parmentieri (Pp) in potato fields around the world demonstrated that other Pectobacterium species and subspecies can be involved in the occurrence of potato blackleg and soft rot. These changes most likely related to the global temperature rise and extensive genetic exchange among Pectobacteria. For years, Pba and Pcc have been known as the primary causes of blackleg and soft rot of potatoes in Iran. However, the later detection of D. chrysanthemi (Dch), D. solani, and Pp in the potato growing area of Isfahan province, led to presume that other species and subspecies of Pectobacteria might also spread in the region. These recent pathogens have been likely imported into Iran via the importation of seed tubers from Europe and adapted to the warm condition of potato growing season in Isfahan. To investigate the distribution status of Pectobacteria in Isfahan province, several field surveys were carried out in 2015-2018 to collect potato plants showing symptoms of blackleg and soft rot. Upon isolating bacteria from the samples, the isolates belonging to Pectobactrium spp. were categorized into four groups according on their morphological, physiological, biochemical characteristics and also DNA fingerprinting patterns with BOXIR and ERIC1R/ERIC1F primers. Polymerase chain reaction (PCR) assays using species-specific primer pairs in combination with the nucleotide sequence analysis of the amplified fragments were employed to identify of the isolates at species level. Accrdingly, four Pba, 12 Pcb, 67 Pcc and 110 Pp isolates were identified among the 202 isolates tested; however, none of them belonged to the Dickeya genus. The rare incidence of Pba and prevalence of Pcb, Pcc, and Pp as causes of blackleg and potato soft rot in temperate and warm regions of Isfahan was consistent with expectations. The pathogenicity of the isolates was confirmed by testing the representatives of each group under lab and greenhouse conditions. Moreover, the potato slices rot test revealed that the isolates have distinct pectolytic activity at 4°C, 10°C, 20°C, 27°C and 37°C. Due to lack of a certain primer pair for specific targeting of Pp isolates, a unique intergenic region of 3036 bp in length in Pp (isolate WPP161) was employed to develop a species-specific primer for Pp. The specificity and sensitivity of the primer pair for detection of Pp isolates were established through a series of PCR assays and nucleotide sequencing analysis of the amplified fragment. With the goal of selecting a reliable method for monitoring of Pba as a quarantine pathogen, the relative efficiency of three methods including PCR, enzyme-linked immunosorbent-assay (ELISA), loop-mediated isothermal amplification (LAMP) and antibody-based biosensor were evaluated in present study. Based on the results, LAMP effectively detected Pba at the concentration of 102 CFU/ml. However, due to the cross reactivity responses of the polyclonal antibodies produced against Pba in this study and its gamma globulin (IgG) extract with other Pectobacteria, the specific detection of Pba through indirect ELISA test was rated unsuccessful. In this study, we report on the optimization of an alternative approach based on an electrochemical impedance immunosensor combining a microfluidic module and a microelectrodes array, and having advantages in terms of low cost, ease of use and portability........