拉曼光谱技术在植物病原菌检验检疫中的应用

The invasive exotic harmful organisms, particularly the phytopathogen is highly risked. Tranditional biochemical strategies encounter innate defects: time-counsuming, more false negative, low sensitivity et al. Molecular technologies improve the sensitivity and accurary to some degree, however, it suffers from the time and labor costing process for cell culture and genomic DNA extraction. In addition, the high selectivity of each molecular standard limits their applicability. Therefore, a rapid, efficient and broad-spectrum phytopathogen inspection approach is needed. Raman spectroscopy is in situ, fast, broad-spectrum, and has great potential for application in the field of plant inspection and quarantine, but yet few application has been documented. Therefore, in this proposal, a novel Raman spectroscopy-assisted phytopathogen inspection and quarantine technology is presented. i) construct ‘Raman fingerprint database I’ after collection and illumination of the Raman spectrum of 15 important quarantine plant pathogens; ii) construct ‘Raman fingerprint database II’ of unknown phytopathogen combined with the molecular and biochemical methods; iii) compare the Raman spectrums of tissues from health and disease plants to verify the feasibility of in situ application of Raman technology. The proposed work provide an invasive, in situ, rapid and sensitive quarantine technolgy which offer an opportunity to solve the limits of tranditional quarantine technolgy and thereby create unprecedented possibilities to consummate the quarantine research.

外来有害物种，尤其是植物病原菌的传播风险巨大。传统理化手段在植物病原菌检疫领域面临着诸多挑战：周期长、假阴性高、灵敏度低等。分子生物学技术一定程度上提高了灵敏度和准确度。但其需要繁琐的菌种培养和基因组提取过程，耗时耗力，且一菌一标准，广谱性不强。因此，迫切需要一种快速高效广谱的病原菌检疫方法。拉曼光谱分析技术具有原位、快速、广谱性强的优势，在植物检验检疫领域具有巨大的应用潜力，却少有应用报道。本项目将：（1）以15种重要植物病原菌为模式，解析其拉曼图谱，构建“拉曼指纹库I”；（2）结合分子生物学方法和BIOLOG技术构建重要未知病原细菌的“拉曼指纹库II”；（3）基于库I和库II，对比健康植株与带病植株病变组织拉曼图谱，探索该技术在植物组织原位检测中的应用。本研究利用拉曼光谱技术实现病原菌的无创、原位、快速、灵敏的检测，将有效解决检疫事业的发展瓶颈，推动检疫工作的发展。

植物病原微生物危害严重，传播风险巨大。传统理化手段在植物病原菌检疫领域面临着诸多挑战：周期长、假阴性高、灵敏度低等。分子生物学技术一定程度上提高了灵敏度和准确度。但其需要繁琐的菌种培养和基因组提取过程，耗时耗力，且一菌一标准，广谱性不强。本研究采用拉曼光谱技术实现了植物病原微生物的快速、原位、高效检测。该方法无需微生物分离、无需细胞富集培养，在单细胞水平上实现对微生物的实时、原位、高效检测。与常规分子生物学检测方法（需富集培养过程）相比，该方法具有相当地灵敏度和识别率。同时，由于该方法基于单细胞成像，不依赖于细菌的繁殖，因此通常能够在40分钟内完成病原菌的检测和鉴定。该方法能快速特异地检测相似病原洋葱腐烂病菌和菊基腐病菌，通过从广泛宿主病菌的单细胞拉曼数据库进行数据识别。不需要富集培养，可直接对病原组织从单细胞水平原位检测。与分子生物学方法比较，具有相当的识别率。因此它在污染微生物快速检测方面具有明显的优势。.为了进一步实现对污染微生物的精准防治，通过深度挖掘目标藻种与污染微生物遗传信息的差异，本研究从已知靶点的“药物库”中，选取作用于特定代谢通路的“药物”，通过精准施药，从而实现了对污染微生物的防治。本研究发现的基于物种特异的遗传特征，选择性的设计、定制针对特定微藻藻种的污染微生物防治的策略，为基于基因组信息的微藻精准药物的研发提供新的思路。