Detection of cranberry fruit rot fungi using DNA array hybridization

Abstract

A PCR-based DNA macroarray hybridization technique (also called reverse dot blot hybridization) was developed for cranberry fruit rot (CFR) fungal pathogens, and its detection capability was compared with that of the traditional isolation plating method for CFR isolation and identification from over 2000 field samples. DNA array hybridization results correlated well with detection by isolation when cranberry fruit samples had calyces removed. It also provided detection of CFR fungi not recovered by isolation. When calyces were not removed, the number of cranberry samples where a species was isolated but not detected on the array increased. Isolation without array detection was also correlated with using greater amounts of berry mass for DNA extraction. This was due to the complexity of DNA template mixtures and the presence of some fungal species at very low concentrations. Multiple PCR reactions may be necessary to accurately detect the diversity of fungal pathogens in such situations. Overall, the use of DNA array hybridization for CFR fungi detection is a rapid, sensitive, and cost-effective technique that shows great potential for future CFR research.

Résumé

Une technique d'hybridation faisant appel à des jeux ordonnés de macroéchantillons de puces à oligonucléotides (aussi appelée « hybridation sur tache inverse »), basée sur des produits de PCR, a été conçue en fonction des agents pathogènes fongiques causant la pourriture des fruits de la canneberge (PFC). Son potentiel de détection a été comparé à celui de la méthode traditionnelle d'isolation de la PFC en boîte de Pétri. Pour ce faire, on a procédé à l'identification de plus de 2000 échantillons de champs. Les résultats obtenus par hybridation de puces à oligonucléotides ont bien corrélé ceux obtenus par isolation, après que les calices des échantillons du fruit aient été enlevés. La technique a également permis de détecter des champignons que la méthode par isolation avait omis jusqu'à ce jour. Lorsque les calices n'étaient pas enlevés, le nombre d'échantillons de canneberge sur lesquels une espèce avait été isolée, mais pas détectée sur la puce, augmentait. La méthode de détection par isolation seule est également associée au fait de devoir utiliser une plus grande quantité de baies pour extraire l'ADN. Ceci se rapporte à la complexité des mélanges de la matrice d'ADN et à la présence de très faibles concentrations d'espèces fongiques. Dans ce cas, il faudrait probablement avoir recours à de multiples réactions PCR pour détecter avec précision la diversité d'agents pathogènes fongiques. Somme toute, en plus d'être rapide, sensible et économique, la méthode de détection faisant appel à l'hybridation de puces à oligonucléotides pour la détection des champignons causant la PFC laisse entrevoir un potentiel élevé en ce qui a trait aux futures recherches appliquées à cette maladie.

Key words:

• validation
• DNA microarray
• DNA chip
• molecular ecology
• polymerase chain reaction
• fungal detection

Mots-clés:

• validation
• puce à oligonucléotides
• puce à ADN
• écologie moléculaire
• réaction en chaîne de la polymérase
• détection fongique.