Método rápido para extração de DNA de Puccinia kuehnii

A rapid DNA extraction method for Puccinia kuehnii

NOTAS CIENTÍFICAS

Método rápido para extração de DNA de Puccinia kuehnii

A rapid DNA extraction method for Puccinia kuehnii

Valter Miotto Alessio; Hermann Paulo Hoffmann; Monalisa Sampaio Carneiro ^*

Universidade Federal de São Carlos UFSCar, Centro de Ciências Agrárias CCA, Departamento de Biotecnologia e Produção Vegetal e Animal, Via Anhanguera, km 174 - Caixa Postal 153, CEP 13600970, Araras - São Paulo

RESUMO

Foi desenvolvido um método eficiente, rápido e de baixo custo para extração de DNA de Puccinia kuehnii, patógeno causador da ferrugem alaranjada em cana-de-açúcar, importante doença de recente emergência no ocidente. O protocolo de extração foi testado em esporos recém-coletados e em esporos armazenados a -80ºC por 7 meses. Com uma quantidade inicial de 15 mg de esporos foi obtido concentrações médias de DNA variando de 880,8 mg/mL a 1115,9 mg/mL. A amplificação do DNA extraído foi positiva para as amostras avaliadas.

Palavras-chave adicionais: Ferrugem alaranjada, PCR, Saccharum spp., esporos, preservação.

ABSTRACT

An efficient, rapid and low-cost DNA extraction method was developed for Puccinia kuehnii, the causal pathogen of orange rust in sugarcane, an emerging disease in the western hemisphere. The extraction protocol was tested for recently collected spores, as well as for spores stored at -80ºC for 7 months. An initial amount of 15 mg of spores led to average DNA concentrations ranging from 880.8 mg/mL to 1115.9 mg/mL. Amplification of the extracted DNA was positive for the evaluated samples.

Additional keywords: Orange rust, PCR, Saccahrum spp., spores, preservation.

As duas ferrugens de maior importância econômica que afetam a cana-de-açúcar (Saccharum spp.) são a ferrugem marrom e a ferrugem alaranjada causadas pelos fungos Puccinia melanocephala Syd. & P. Syd. e P. kuehnii (W. Krüger) E. J. Butler, respectivamente (2).

A ferrugem alaranjada é caracterizada por causar manchas cloróticas nas folhas mais jovens que progridem rapidamente para lesões que se rompem, formando uredínios comumente chamados de pústulas as quais são observadas geralmente na face abaxial das folhas. As pústulas podem ocorrer distribuídas por toda a superfície da folha, porém, agrupadas e próximas ao ponto de inserção no colmo. Em variedades altamente suscetíveis, as lesões coalescem causando necrose das folhas. A doença difere da ferrugem marrom por apresentar pústulas ligeiramente arredondadas de coloração laranja distribuídas pelas folhas de maneira desigual (5).

A ferrugem alaranjada não apresentava grande importância econômica até o ano de 2000 quando perdas na Austrália, em razão da infecção da variedade Q124 que ocupava grande parte dos canaviais do país, chegaram a 40% em toneladas de cana por hectare o que representou perdas de 150 a 210 milhões de dólares para o setor (5, 6).

A primeira ocorrência reportada no Brasil foi à região de Araraquara em dezembro de 2009 em um campo de multiplicação de clones pré-comerciais (cv. Centauro). Também já foi reportada a suscetibilidade das variedades comerciais SP89-1115, RB72454 e SP84-2025 (1). Diante desse novo panorama, a ferrugem alaranjada ganhou destaque, porém, as condições de conservação, recuperação e germinação ainda não estão bem estabelecidas (1). Nesse sentido, torna-se importante o desenvolvimento de metodologias que viabilizem estudos futuros desse fitopatógeno. O isolamento do DNA é pré-requisito fundamental para diversas técnicas de biologia molecular e até o momento, as metodologias apresentadas para o isolamento e purificação de DNA genômico de P. kuehnii foram baseadas em kits comerciais (2,3,4).

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um método de extração de DNA de esporos de P. kuehnii em amostras recém coletadas e amostras preservadas por congelamento, avaliando-se a eficiência do método através da PCR (Polymerase Chain Reaction) utilizando primers específicos para identificação de P. kuehnii.

Os esporos de P. kuehnii foram coletados de clones de cana-de-açúcar infectados naturalmente no Programa de Melhoramento Genético de Cana-de-Açúcar da UFSCar (PMGCA/RIDESA) com ajuda de um pincel e armazenados em microtubos de 2 mL até o momento da extração. Inicialmente foram realizadas cinco coletas em julho de 2010, os esporos foram imediatamente congelados em ultrafreezer a -80ºC sem nenhum tipo de tratamento especial durante sete meses. Uma nova coleta de esporos foi realizada a partir da variedade SP89-1115 os quais foram submetidos à extração de DNA, 24 horas após a coleta.

A metodologia foi desenvolvida a partir do protocolo de extração de DNA utilizado por Villaréal et al. (8). Para cada amostra, aproximadamente 15 mg de esporos foram suspendidos em 200 ìl de tampão de extração (Tris-HCl 0,1 M, CTAB 2%, NaCl 0,8 M, EDTA 20 mM e PVP 0,1%) em um microtubo de 2 ml contendo 7 esferas de sílica gel com aproximadamente 3 mm de diâmetro hidratadas e esterilizadas. Após agitação dos tubos por 5 minutos em aparelho tipo "vortex" para ação de quebra mecânica dos esporos, recuperou-se 100 ìl da suspensão as quais foram adicionado mais 400 ìl de tampão de extração contendo 5 ìl de Proteinase K (10 mg/ml). Os tubos foram incubados em banho-maria por 2 horas a 65ºC e agitados a cada 20 minutos durante o período. Após a incubação, aos tubos foram adicionados 700 ìl de clorofórmio:álcool isoamílico (24:1) e invertidos por 5 minutos. Prosseguiu-se com centrifugação por 20 minutos a 17000 g na temperatura de 4ºC, o sobrenadante foi transferido para novos tubos aos quais se adicionaram 500 ìl de isopropanol gelado (-20ºC) seguido por leves inversões durante 3 minutos. Os tubos permaneceram em incubação a -20ºC por 40 minutos e novamente centrifugados como descrito. Os pellets formados foram lavados duas vezes com etanol 70%, secos a temperatura ambiente por 15 minutos e suspendidos em 50 ìl de tampão TE 1X (Tris-HCl 10 mM, EDTA 1 mM, pH=8,0) contendo 1 ìl de RNAse (10mg/mL). A extração foi finalizada com incubação a 37ºC por 1 h. A integridade do DNA foi verificada em gel de agarose 0,8% corado com brometo de etídio. A quantificação foi realizada no equipamento Nanodrop 8000 (Thermo Scientific) anotando-se também a relação entre os valores de absorbância a 260 e 280 nm.

A verificação da integridade em gel de agarose 0,8% demonstrou não haver degradação do DNA extraído (dados não apresentados) cujos valores de concentração variaram de 845,8 a 1389,3 mg/mL para os esporos recém coletados e 595,0 a 1216,3 mg/mL para os esporos preservados. Os valores de razão A_260/280nm ficaram acima de 1,8, sugerindo boa qualidade com baixa contaminação de proteínas, porém, os valores ficaram acima do ideal de 2,0, o que sugere presença de resíduos de clorofórmio (7).

As amostras foram submetidas a duas amplificações de DNA utilizando os primers desenhados por GLYNN et al. (4). Na primeira reação, específica para Puccinia de cana-de-açúcar, foram utilizados os primers forward (PkPmF 5' AAGAGTGCACTTAATTGTGGCTC 3') ancorado na região ITS1, e o reverse (PkPmR 5' TCCCACCTGATTTGAGGTCT 3') na ITS2. Esses iniciadores permitem amplificação das duas espécies de ferrugem da cana-de-açúcar com produtos esperados de tamanhos diferentes: 585 bp para P. melanocephala e 606 bp para P. kuehnii. Na segunda amplificação, específica para P. kuehnii., utilizou-se o primer forward (PkPmF 5' AAGAGTGCACTTAATTGTGGCTC 3') e o primer reverse (Pk1 R 5' CAGGTAACACCTTCCTTGATGTG 3'). Essa nova combinação amplifica apenas no genoma de P. kuehnii gerando um produto de 527 bp.

As reações de amplificação foram realizadas em volumes de 50 ìl contendo 80 ng de DNA, 2,5 mM de MgCl₂, 0,25 mM de dNTPs, 0,5 ìM de cada primer, 2,5 U de Taq polimerase (Fermentas) e seu respectivo tampão 1X. Foi utilizado um termociclador Mastercycler Eppendorf programado para desnaturação inicial a 94ºC por 5 min, seguido por 35 ciclos de 94ºC por 30 s, 56ºC por 30 s e 72ºC por 30 s e uma extensão final de 72ºC por 7 minutos. Os produtos foram revelados em gel de agarose 3% corado com brometo de etídeo.

A PCR utilizando os primers para amplificação em P. melanocephala e P. kuehnii foi positiva para todas as amostras apresentando apenas a banda na altura de 606 bp, confirmando a presença do agente causador da ferrugem alaranjada (Figura 1). A reação específica para P. kuehnii também foi positiva para todas as amostras. Os resultados demonstraram que o DNA é íntegro e confiável para estudos utilizando-se PCR e o congelamento de esporos a -80ºC por até 7 meses também não inviabiliza o sucesso da reação, porém, reduz o rendimento da concentração final de DNA extraído. A obtenção de DNA com qualidade e em altas concentrações é etapa fundamental para avaliação molecular de organismos vivos. Esse protocolo aqui definido para P. kuehnii deverá contribuir para estudos de identificação e caracterização da diversidade molecular deste fitopatógeno.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP - 0786/09), Petrobras e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico (bolsa para V. M. A.) pelo suporte financeiro.

Data de chegada: 06/06/2012

Aceito para publicação em: 10/07/2013

• 1. Barbasso, D.; Jordão, H.; Maccheroni, W.; Boldini, J.; Bressiani, J.; Sanguino, A. First Report of Puccinia kuehnii, Causal Agent of Orange Rust of Sugarcane, in Brazil. Plant Disease, v. 94, n. 9, p. 1170.3-1170.3, 2010.
• 2. Braithwaite, K.S.; Kroft, B.J.; Magarey, RC.; Scharaschkin, T. Phylogenetic placement of the sugarcane orange rust pathogen Puccinia kuehnii in a historical and regional context. Australasian Plant Pathology, v. 6, n. 38, p.380-388, 2009.
• 3. Dixon, L.J.; Castlebury, L.A.; Aime, M.C.; Glynn, N.C.; Comstock, J.C. Phylogenetic relationships of sugarcane rust fungi. Mycological Progress, v. 9, n. 4, p. 459-468, 2010.
• 4. Glynn, N.C.; Dixon, L.J.; Castlebury, L.A.; Szabo, L.J.; Comstock,J.C. PCR assays for the sugarcane rust pathogens Puccinia kuehnii and P. melanocephala and detection of a SNP associated with geographical distribution in P. kuehnii Plant Pathology, v. 59, n. 4, p. 703-711, 2010.
• 5. Magarey, R.; Willcox, T.; Croft, B.; Cordingley, A. Orange rust, a major pathogen affecting crops of Q124 in Queensland in 2000. In: Australian Society of Sugar Cane Technologists, 23., 2001. Proceedings of the Australian Society of Sugar Cane Technologists 2001. p. 274-280.
• 6. Ovalle-Sáenz, W. Orozco, H.; Fong, E.; García, S. The effect of orange rust (Puccinia kuehnii) on sugar yield in six sugarcane varieties in Guatemala. In: Congress of the International Society of Sugar Cane Technologists, 27., 2010, Veracruz. Proceedings of the XXVIIth Congress of the International Society of Sugar Cane Technologists Veracruz: ISSCT, 2010. 1 CD-ROM
• 7. Sambrook, J.; Russell, D.W. Molecular Cloning: a laboratory manual. 3.ed. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001. v.3.
• 8. Villaréal, L.M.M.A.; Lannou, C.; Vallavieille-Pope, C.; Neema, C. Genetic Variability in Puccinia striiformis f. sp. tritici Populations Sampled on a Local Scale during Natural Epidemics. Applied and Environmental Microbiology, v.68, n. 12, p. 6138-6145, 2002.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  15 Out 2013
• Data do Fascículo
  Set 2013

Histórico

• Recebido
  06 Jun 2012
• Aceito
  10 Jul 2013