QIAcuity数字PCR系统助力现代化农业生产-dPCR

春种、夏长、秋收、冬藏

野桃含笑竹篱短，溪柳自摇沙水清。西崦人家应最乐，煮芹烧笋饷春耕。

春耕，不管是在传统农业还是在现代化农业中，都是欣欣向荣的景象。在现代化农业中，分子生物学等技术手段在分子育种、品质改良、病虫害防治等方面研究不断深入，以求培育出更加优良的品种，破解更奥秘的病虫害侵害机制。

近年来发展起来的数字PCR技术，鉴于其更高的灵敏度、精确度、抑制剂耐受度等特点，已被应用于农业研究中。接下来小编带您一起探究QIAGEN推出的QIAcuity数字PCR系统在农业研究中的实际应用案例。 

玉米是世界3大主粮之一，其产量、品质、抗病性都是科研工作者研究的热点。该项研究由米兰大学农业与环境科学系完成，作者通过对5个玉米地方品种和一个商业化杂交种子的玉米胚中共生菌菌群进行分离鉴定，分析该菌群的组成及对穗腐病的敏感性关系。

作者利用16S rRNA基因的部分编码元件来研究目标玉米样本中的细菌种群。作者首先利用NGS技术分析该菌群的组成，但是由于reads较少，NGS数据结果存在不确定性，所以作者使用QIAGEN QIAcuity dPCR技术对NGS结果进行了验证。结果表明，dPCR的检测结果与NGS结果相关性为R²=0.94。多变量统计分析表明，该品种胚的微生物群可分为两个不同的群体：一个是由3个地方品种组成的群体，另一个是由另外2个地方品种组成的群体，该群体在田间对镰刀菌穗腐病的敏感性较低。这些群体之间的主要区别为厚壁菌门的频率，第二群体较高。

Figure 1. Scatter plot reporting the percentage of Firmicutes on all bacteria obtained by two differentmethods: the Y-axis reports the results of quantification with digital PCR, reporting the percentage of the target copy number identified when using specific primers for Firmicutes compared to a general eubacteria primer pair; the X-axis reports the percentage of reads belonging to Firmicutes compared to total bacterial reads obtained by NGS sequencing. The graph also reports the trendline and R2 value.

核桃枯萎病 (WB) 是由γ变形菌属（gamma - proteobacterium 黄单胞杆菌）引起的一种严重威胁世界各地果树的病害。在提高果树抗病性研究的同时，病原菌侵染的相关机制、代谢路径等也是研究的热门。精氨酸是细菌氮代谢的一种必需氨基酸，可由植物宿主合成或提供。精氨基琥珀酸合酶 (Argininosuccinate synthase, argG) 在精氨酸生物合成途径中具有重要作用，并与细菌毒性有关。

本案例中，美国加州大学戴维斯分校等科研人员利用QIAGEN QIAcuity数字PCR系统对核桃皮接种精氨酸营养缺陷型（argG^-突变型）菌株和野生型菌株的细菌总数进行定量分析，并利用蛋白质组学方法分析上述两种菌株的蛋白质组功能及其对宿主细胞编码蛋白功能的影响。最终发现，黄单胞杆菌argG^-突变会导致精氨酸缺乏，该状态下细菌在核桃壳中可以存活，但与野生型相比，生长速度会降低2.5倍，同时该突变体在感染组织上引起的症状更少。

Figure 2: Symptomsobservation in the whole experiment. a) Nut inoculations. b) Bacterial cellsquantification by dPCR using XAJ1 primers.

参考文献：

Bacterial Communities in the Embryo of Maize Landraces: Relation with Susceptibility to Fusarium Ear Rot. Alessandro Passera ¹, Alessia Follador ¹, Stefano Morandi ², Niccolò Miotti ¹, Martina Ghidoli ¹, Giovanni Venturini ¹, Fabio Quaglino ¹², Milena Brasca ², Paola Casati ¹ , Roberto Pilu ¹ and Davide Bulgarelli ³

Role of Argininosuccinate 1 Synthase in Walnut Bacterial Blight Revealed by Proteomic Analysis .Cintia H. D. Sagawa ¹, Renata DE A. B. Assis ^1,2, Paulo A. Zaini ¹, Phillip A. Wilmarth ³, Brett S. Phinney ⁴ and Abhaya M. Dandekar