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植物病害高敏度核酸快篩檢測系統技術

資料來源:苗栗改良場、工業技術研究院/鐘珮哲、曹嘉惠

隨著世界人口大幅增加與極端環境快速變化,農作生產為世界矚目重點,農業生技相關技術相對因應蓬勃發展。同時,以全球市場發展趨勢來看,農業生技市場(source:BCC Research)從西元2017年 321億美金市場,預估到西元2022年可達美金537億市場規模,年複合成長率更高達10.8%,亦充分顯現其價值性與重要性。

為確保農作生產與降低生產風險,於診斷技術發展中,分子診斷(Molecular Diagnostic)技術自基因解序計畫完成後,近年已發展成前三重要之診斷技術(Growth Opportunities in the US In Vitro Diagnostics (IVD) Market, Forecast to 2021, Frost & Sullivant, 2017)。雖然分子診斷技術具有較其他診斷技術之優越性(例如專一性、靈敏度、與成本效益等),但部分檢測操作仍無法脫離實驗室操作需求。據此,本計畫針對植物病害早期診斷,擬結合產官學研發能量,進行田間快篩檢測技術與系統之發展,以產業創新應用與檢測成本角度,快速融整開發共通性平台技術,亦擬以草莓產業為發展目標,草莓病害檢測為技術開發載具,後續擴展至其他農作產業之病害早期診斷。

草莓為一兼具營養價值與風味之水果,在全球皆極受歡迎,於臺灣地區,草莓種植面積約500公頃,總產量約8743公噸(108年農業統計資料),每年國內草莓總產值可達18億,屬高經濟價值的作物。近10多年間,臺灣草莓產業面臨病害嚴重威脅,其中包括了炭疽病、萎凋病等重要病害,而這些病害具有潛伏感染特性,以致於在育苗期或是定植初期,無法以肉眼辨識病徵,卻在定植後開始顯現病徵,最後導致植株死亡,嚴重者造成田間大量缺株的情形發生。在較先進的草莓生產國家中(如日本與美國),大多使用健康種苗繁殖制度,使得這些重要的草莓病害得以受到良好的管理,進而增加產量與產值,而健康種苗繁殖制度當中的一項關鍵,就是病害檢測技術。目前國內用以判斷草莓病害之方法大多依據外表病徵來判斷,這種方法除了需要豐富經驗之外,對於能潛伏於植株內的病害則難以判斷,因此需借助分子生物學的知識來發展檢測技術。

本計畫係以苗栗改良場草莓炭疽病核酸引子組為基礎,開發等溫PCR核酸擴增(Isothermal Nucleic Acid Amplification)檢測技術,目標為應用在檢測具潛伏特性之炭疽病。由於巢式PCR反應有較為繁瑣與易汙染之缺點,本計畫爰開發較具田間應用性之草莓炭疽病等溫PCR反應分子檢測技術。等溫PCR反應可突破傳統PCR於核酸擴增放大升降溫時大量電力需求,以現有行動電源電力供給即可驅動,且操作程序更為簡單且不易汙染,充分提升田間檢測之應用性。等溫PCR技術開發為採用恆溫式圈環形核酸增幅法(Loop-mediated Isothermal Amplification, LAMP 圖一)

恆溫式圈環形核酸增幅法恆溫式圈環形核酸增幅法

依據草莓炭疽病特定序列,設計核酸檢測引子組(圖二紅框範圍內)。

草莓炭疽病等溫PCR核酸引子設計草莓炭疽病等溫PCR核酸引子設計

有關等溫PCR專一性部分,以草莓萎凋病菌株、炭疽病菌株與木黴 菌株進行等溫PCR擴增反應後進行電泳分析,結果顯示此檢測方法 具專一性(圖三)。

草莓炭疽病等溫PCR核酸檢驗專一性測試電泳分析草莓炭疽病等溫PCR核酸檢驗專一性測試電泳分析

▲研發團隊:苗栗改良場

聯絡人:鐘珮哲 分場長

電話:037-991025#211

E-mail:peiche@mdais.gov.tw

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