Opracowanie i walidacja konwencjonalnego oraz TaqMan PCR w czasie rzeczywistym do wykrywania Trichoderma afroharzianum powodującej zgorzel kolb kukurydzy

Ukryte zagrożenie na polach kukurydzy

Kukurydza jest podstawowym pokarmem i paszą na całym świecie, lecz nowo pojawiająca się choroba cicho niszczy kolby kukurydzy w Europie i poza nią. Sprawcą jest grzyb Trichoderma afroharzianum, który powoduje gnicie kolb i obniża plony. Ponieważ objawy mogą być mylone z innymi powszechnymi chorobami kolb, rolnicy i doradcy potrzebują szybkiego i niezawodnego sposobu, by ustalić, czy ten konkretny grzyb jest obecny. W badaniu opisano, jak naukowcy zbudowali i przetestowali precyzyjny test oparty na DNA, pozwalający wykryć grzyba wcześnie, jeszcze przed pojawieniem się widocznych uszkodzeń.

Dlaczego pożyteczny grzyb stał się problemem

Gatunki z grupy Trichoderma są zwykle postrzegane jako pomocne: żyją w glebie i na roślinach oraz są szeroko stosowane jako środki biologicznej ochrony roślin przed innymi chorobami. W 2018 r. jednak w południowych Niemczech odkryto nowy typ zgorzeli kolb, a dokładne badania wykazały, że przyczyną był T. afroharzianum. Od tego czasu podobne ogniska zgorzelii kolb zgłaszano w kilku krajach europejskich oraz w Chinach. Niektóre blisko spokrewnione gatunki Trichoderma powiązano także z gnicie łodyg kukurydzy. Ponieważ objawy wizualne pokrywają się z innymi zgorzeliami kolb, opieranie się wyłącznie na obserwacji w polu grozi przeoczeniem tej nowej choroby lub pomyleniem jej z lepiej znanymi problemami.

Budowa testu „odcisku palca” DNA

Aby rozwiązać ten problem, zespół zaprojektował dwa testy laboratoryjne oparte na PCR, standardowej metodzie powielania i wykrywania DNA. Jeden to konwencjonalny test PCR, którego wynik widoczny jest jako pasmo na żelu; drugi to bardziej czuły PCR w czasie rzeczywistym „TaqMan”, monitorujący amplifikację DNA w czasie rzeczywistym. Badacze wybrali dwie geny szczególnie przydatne do rozróżniania blisko spokrewnionych gatunków Trichoderma. Dla testu konwencjonalnego celem był gen znany jako TEF1α, a dla testu w czasie rzeczywistym użyto innego genu o nazwie RPB2. Następnie stworzyli specyficzne krótkie fragmenty DNA (primery i sondę), które pasują wyłącznie do DNA T. afroharzianum, jak zamek zaprojektowany dla jednego klucza.

Testowanie metody w praktyce

Naukowcy zgromadzili dużą kolekcję próbek grzybów z kolb, łodyg, gleby, innych roślin i produktów komercyjnych, głównie z Niemiec, ale także z Francji, Włoch, Peru i innych miejsc. Kolekcja zawierała wiele szczepów T. afroharzianum — niektóre znane jako patogeny kukurydzy, inne nieszkodliwe — oraz liczne inne gatunki Trichoderma i niespokrewnione grzyby. Oba testy PCR prawidłowo wykryły wszystkie próbki T. afroharzianum i wykluczyły niemal wszystkie gatunki niebędące celem. Test konwencjonalny wykrywał niezawodnie już jedną bilionową część grama DNA docelowego na mikrolitr, podczas gdy test w czasie rzeczywistym był tysiąc razy bardziej czuły — do jednej biliardowej części grama. Co ważne, oba testy działały nie tylko na czystych hodowlach grzybów, ale także bezpośrednio na DNA wyekstrahowanym z zakażonych ziaren kukurydzy, w tym z kolb, które wciąż wyglądały zdrowo gołym okiem.

Jak test pomaga rolnikom i badaczom

Nowe narzędzie diagnostyczne spełniło surowe standardy wydajności, wykazując wysoką precyzję, powtarzalność i odporność w różnych aparatach oraz warunkach reakcji. Wersja w czasie rzeczywistym okazała się szczególnie przydatna do wczesnego wykrywania i stosowania w bardziej szczegółowym monitoringu, na przykład przy badaniu próbek gleby z pól kukurydzy w celu oszacowania ryzyka choroby przed siewem. Testy nie potrafią jednak jeszcze rozróżnić szczepów T. afroharzianum szkodliwych dla kukurydzy od tych nieszkodliwych lub korzystnych w innych zastosowaniach, takich jak produkty biologicznej ochrony. Oznacza to, że pozytywny wynik w bezobjawowej kukurydzy należy interpretować ostrożnie i w razie potrzeby uzupełnić testami sprawdzającymi, czy dany szczep rzeczywiście wywołuje chorobę.

Znaczenie dla ochrony kukurydzy

Mówiąc prosto, badania dostarczają wyraźnego „lupy” do wykrywania trudno zauważalnej choroby kukurydzy. Dzięki bezpośredniemu odczytowi kodu genetycznego grzyba w próbkach roślinnych lub glebowych, oba testy PCR pozwalają specjalistom szybko i dokładnie zidentyfikować T. afroharzianum, bez opóźnień spowodowanych hodowlą grzyba lub poleganiem na podobnych objawach. Wczesne i rzetelne wykrycie ułatwia odróżnienie tej choroby od innych zgorzeli kolb i skuteczniejsze zaplanowanie środków ochronnych, pomagając rolnikom zmniejszyć straty plonów i ograniczyć rozprzestrzenianie się choroby. W miarę jak naukowcy dowiedzą się więcej o tym, co sprawia, że niektóre szczepy tego grzyba są szkodliwe, a inne nie, narzędzia tego typu będą także wspierać bezpieczniejsze stosowanie produktów na bazie Trichoderma w rolnictwie zrównoważonym.

Cytowanie: Douanla-Meli, C., Pfordt, A., von Tiedemann, A. et al. Development and validation of conventional and TaqMan real-time PCR for the detection of Trichoderma afroharzianum causing corn ear rot. Sci Rep 16, 14427 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51199-2

Słowa kluczowe: zgorzel kolb kukurydzy, Trichoderma afroharzianum, diagnostyka chorób roślin, testy PCR, zdrowie kukurydzy