Multiplex real-time polymerase chain reaction for identifying potato cyst nematodes, Globodera pallida and Globodera rostochiensis, and the tobacco cyst nematode, Globodera tabacum

Abstract

Because the potato cyst nematodes (PCNs), Globodera rostochiensis and Globodera pallida, and tobacco cyst nematode (TCN), Globodera tabacum, may occur in the same geographic regions, their accurate identification is essential for implementing appropriate regulatory and crop loss mitigating strategies. Molecular methods for differentiating PCNs based on the internal genomic transcribed spacer (ITS) sequences have been developed but the potential of the many DNA amplification-based test formats have not yet been fully explored and most published work has not included TCN. In our study, the two PCN species and TCN could be distinguished by melting curve analysis of ITS amplicons generated in an EvaGreen-based real-time polymerase chain reaction (PCR) test. However, a multiplex real-time Taqman PCR test, which is also based on ITS sequences, was developed in this study with primers and probes modified with locked nucleic acids and proved to be superior for identification of one or more Globodera spp. in samples containing DNA from cysts and (or) second-stage juveniles. The test was specific for the PCN and TCN species with efficiencies of 0.91, 1.02, and 0.89 for G. rostochiensis, G. pallida, and G. tabacum tabacum, respectively. The multiplex, real-time PCR test was useful for distinguishing PCNs and TCN from other nematodes as well as their identification to species level in a single assay, correctly identifying each species in a DNA template from mixed populations. Key words: potato cyst nematode, golden cyst nematode, pale cyst nematode, tobacco cyst nematode, real-time PCR, melting curve analysis, locked nucleic acid, molecular identification. Étant donné que les nématodes à kystes de la pomme de terre (NKP) Globodera pallida et G. rostochiensis ainsi que le nématode à kystes du tabac (NKT) G. tabacum peuvent être présents dans une même zone géographique, il est essentiel de pouvoir les identifier avec précision afin d'appliquer les mesures adéquates relatives aux stratégies d'atténuation en cas de pertes de cultures. Des méthodes moléculaires permettant de différencier les NKP, basées sur les séquences de l'espaceur interne transcrit (ITS), ont été développées, mais le potentiel des nombreux tests d'amplification de l'ADN n'a pas encore été complètement exploré, et la plupart des travaux qui ont été publiés sur le sujet n'ont pas encore été faits sur les NKT. Dans notre étude, les deux espèces de NKP et les NKT pouvaient être caractérisés par l'analyse de la courbe de fusion des amplicons des ITS générée par PCR en temps réel faisant appel au marqueur EvaGreen. Toutefois, une PCR multiplex en temps réel Taqman basée également sur les ITS, conçue au cours de l'étude et faisant appel à l'utilisation d'amorces et de sondes modifiées à l'aide d'acides nucléiques bloqués (LNA), s'est avérée plus efficace quant à l'identification d'une ou de plusieurs espèces de Globodera dans les échantillons contenant de l'ADN extrait de kystes ou de plantules ayant atteint le deuxième stade de croissance. Le test était spécifique des espèces de NKP et NKT à des taux d'efficacité de 0,91, 1,02 et 0,89 pour G. rostochiensis, Globodera pallida et G. tabacum, respectivement. La PCR multiplex en temps réel s'est avérée utile pour distinguer les NKP et les NKT d'autres nématodes ainsi que pour les caractériser au niveau de l'espèce en effectuant qu'un seul biotest, tout en permettant d'identifier chaque espèce à partir d'une matrice d'ADN constituée d'un mélange de populations. Mots-clés : nématode à kystes de la pomme de terre, nématode doré, nématode blanc, nématode à kystes du tabac, PCR en temps réel, analyse de la courbe de fusion, acide nucléique bloqué, identification moléculaire.