Analys av flyktiga organiska ämnen för tidig detektion av Fusarium circinatum

Databeskrivning

Fusarium circinatum, en svampart som orsakar dödlig sjukdom på många tallarter, kan orsaka signifikanta ekonomiska och ekologiska förluster, särskilt om den skulle bli mer etablerad i Europa. Verktyg, som möjliggör tidig detektion och provtagning av många prover samtidigt, kan öka vår beredskap och initiera förebyggande åtgärder mot nya patogener. Den här studien syftade till att utveckla ett sådant verktyg baserat på analys av flyktiga organiska ämnen (VOCs) för att kunna detektera F. circinatum på olika tallarter. VOCs som utsöndrades från fyra olika Fusariumarter (Fusarium circinatum, Fusarium graminearum, Fusarium bulbicola och Fusarium oxysporum f.sp. pini) kultiverade på Elliott's media agar (in vitro), och tre tallarter (Pinus radiata, Pinus sylvestris, Pinus pinea) inokulerade med antingen i) Fusarium circinatum eller ii) steril lösning (in vivo). De fyra Fusarium-arterna kultiverades på identiskt media och analyserades för att jämföra deras respektive VOCs-profiler, medan tallplantorna analyserades med syfte att avgöra huruvida Fusarium circinatum-inokulerade plantors VOCs-profiler kunde urskiljas från de som inokulerats med steril lösning. VOCs-prover samlades med hjälp av statisk headspace-metod, där varje enskild svampkultur/planta innesluts i en relativt inert plastpåse (high-density poly-ethylene) ihop med en SPME fiber. Divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane SPME fibrer med en nålstorlek på 24 ga, 2 cm lång och täckt med 30 μm (CAR/PDMS lager), 50 μm (DVB lager) (Merck KGaA, Darmstadt, Germany) användes för denna studie. Omedelbart efter provsamling så injicerades fibern manuellt genom en ultra-inert, splitless, straight, 2 mm liner (Agilent, Santa Clara, USA) på en 6890N GC (Agilent Technologies, Santa Clara, USA) med en 5973 MS (Agilent Technologies, Santa Clara, USA). Kolonnen var en HP-5ms ultra inert 60m GC kolonn, 0.25 mm, 0.25 µm, 7 inch cage (Agilent, Santa Clara, USA). Programvaran för GC-MS var MSD ChemStation version E.02.02.1431 (Agilent Technologies, Santa Clara, USA) med en initial ugnstemperatur på 50°C, sedan en ökning på 8°C/min till 100°C, därefter en ökning med 4°C/min till 160°C, en slutlig ökning på 16°C/min to 280°C där temperaturen hölls konstant i 2.5 min. GC-MS data exporterades till .cdf files och processerades (ADAP chromatogram builder, chromatogram deconvolution, multivariate curve resolution) och aligned (ADAP aligner) med MZMine 2 (v 2.53). Randomforest användes för att se vilka (om några) ämnen kunde användas för att särskilja F. circinatum-inokulerade tallplantor från friska (in vivo), eller särskilja de olika Fusarium-arterna (in vitro). Dessa ämnen identifierades sedan tentativt identifieras genom att matcha respektive MS data mot standarder som finns i MS-databaserna Nist20 and Wiley12.

Denna beskrivna pipeline kunde särskilja sjuka från friska tallplantor av arterna Pinus radiata och Pinus sylvestris. I Pinus radiata kunde detta göras redan innan plantan visade några symtom, vilket understryker möjligheten för detta verktyg att identifiera latent infekterade men ännu visuellt symtomfria tallplantor. Pinus pinea, som anses vara relativt resistent mot F. circinatum, förblev symtomfri och visade inga förändringar i VOCs-profil under analysperioden på 28 dagar. I en separat analys av in vitro-VOCs från fyra Fusarium-arter så kunde vi visa att även mycket nära besläktade Fusarium-arter kan särskiljas baserat enbart på deras respektive VOCs-profiler. Resultaten underbygger ytterligare potentialen för volatilomics att användas för tidig upptäckt av sjukdomar och sjukdomsdiagnostik.

Skapare/primärforskare

• Ida Nordström - Sveriges lantbruksuniversitet, institutionen för sydsvensk skogsvetenskap

Datarepositorium

Svensk nationell datatjänsts forskningsdatakatalog

Mer information och tillgång till data

Nordström, I., 2022. Analys av flyktiga organiska ämnen för tidig detektion av Fusarium circinatum. DOI: 10.5878/hc9w-7694.