RUDN Journal of Agronomy and Animal IndustriesRUDN Journal of Agronomy and Animal IndustriesВестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство2312-797X2312-7988Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba1967210.22363/2312-797X-2021-16-3-198-214Plant protectionЗащита растенийResearch ArticleDevelopment of new immunoanalytical test systems for diagnostics of potato blackleg caused by Dickeya spp. bacteriaРазработка новых иммуноаналитических тестсистем для диагностики черной ножки картофеля, вызываемой бактериями Dickeya spphttps://orcid.org/0000-0002-4131-3797RazoShyatesaРазоШиатеса

PhD candidate, Agrarian and Technological Institute

аспирант, Аграрно-технологический институт

1042175063@rudn.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4680-9684GalushkaPavel A.ГалушкаПавел Андреевич

Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

pavel_galushka@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2329-7965VaritsevYuri A.ВарицевЮрий Алексеевич

Candidate of Biological Sciences, Lead Senior Researcher

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

varyuriy@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3008-2839ZherdevAnatoly V.ЖердевАнатолий Виталиевич

Candidate of Biological Sciences, Lead Senior Researcher, A.N. Bach Institute of Biochemistry

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

zherdev@inbi.ras.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3621-4321SafenkovaIrina V.СафенковаИрина Викторовна

Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher, A.N. Bach Institute of Biochemistry

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

saf-iri@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1647-9138PakinaElena N.ПакинаЕлена Николаевна

Candidate of Biological Sciences, Associate Professor, Director of Department of Agrobiotechnology, Agrarian and Technological Institute

кандидат биологических наук, доцент, директор, Агробиотехнологический департамент, Аграрно-технологический институт

e-pakina@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4008-4918DzantievBoris B.ДзантиевБорис Борисович

Doctor of Chemical Sciences, Professor, Head of Laboratory, A.N. Bach Institute of Biochemistry

доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией

dzantiev@inbi.ras.ruA.N. Bach Institute of Biochemistry, Research Centre of Biotechnology of the Russian Academy of SciencesФИЦ биотехнологии РАНRUDN UniversityРоссийский университет дружбы народовRussian Potato Research CenterФедеральный исследовательский центр картофеля имени А.Г. Лорха10102021163VOL 16, NO3 (2021)ТОМ 16, №3 (2021)19821410102021Copyright ©; 2021, Razo S.C., Galushka P.A., Varitsev Y.A., Zherdev A.V., Safenkova I.V., Pakina E.N., Dzantiev B.B.Copyright ©; 2021, Разо Ш.C., Галушка П.А., Варицев Ю.А., Жердев А.В., Сафенкова И.В., Пакина Е.Н., Дзантиев Б.Б.2021Razo S.C., Galushka P.A., Varitsev Y.A., Zherdev A.V., Safenkova I.V., Pakina E.N., Dzantiev B.B.Разо Ш.C., Галушка П.А., Варицев Ю.А., Жердев А.В., Сафенкова И.В., Пакина Е.Н., Дзантиев Б.Б.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://agrojournal.rudn.ru/agronomy/article/view/19672

Potato blackleg caused by Dickeya spp. bacteria is one of the most important bacterial diseases of potatoes. The rapid spread of this disease in the territory of Russia requires new effective diagnostic tools for the timely detection of infection. To solve this problem, antisera specific to Dickeya spp. were obtained. Polyclonal antibodies isolated from antisera have shown high affinity for the main species of Dickeya spp. ( D. solani, D. dianthicola, D. chrysanthemi, D. dadantii, D. paradisiaca ). Enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) and lateral flow immunoassay (LFIA) test systems have been developed based on specific and high affinity antibodies that were obtained. For ELISA, the detection limit was 0.8 × 105 cells/mL for D. solani and 2 × 104 cells/mL for D. dianthicola . For LFIA, suitable for use in non-laboratory conditions, the detection limit of D. solani was 2 × 105 cells/mL and the analysis time was 15 minutes. When testing potato seed material, LFIA test system confirmed positive results of ELISA determination in 75 % of samples, and negative - in 100 % of samples.

Черная ножка картофеля, вызываемая бактериями Dickeya spp., является одним из опаснейших бактериозов. Стремительное распространение заболевания на территории России требует новых эффективных диагностических инструментов своевременного выявления инфекции. Получены антисыворотки, специфичные к бактериям Dickeya spp. Для поликлональных антител, выделенных из антисывороток, показано высокое сродство к основным видам Dickeya spp. (D. solani, D. dianthicola, D. chrysanthemi, D. dadantii, D. paradisiaca ). На основании наиболее специфичных и аффинных антител разработаны иммуноферментная и иммунохроматографическая тест-системы. Для иммуноферментной тест-системы предел обнаружения D. solani составил 0,8×105 кл/мл, D. dianthicola - 2×104. Для иммунохроматографической тест-системы, пригодной для применения во внелабораторных условиях, предел обнаружения D. solani равнялся 2×105 кл/мл, время анализа - 15 минут. При характеристике семенного материала картофеля иммунохроматографическая система подтвердила положительные результаты иммуноферментного тестирования в 75 %, а отрицательные - в 100 % случаев.

Dickeya sppEnzyme linked immunosorbent assaylateral flow immunoassayphytopathogenspotato blacklegDickeya sppиммуноферментный анализиммунохроматографический анализфитопатогенычерная ножка картофеляИсследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № 0104–2019–0021).The authors are grateful to Drenova N.V. (Russian Plant Quarantine Center, Moscow Region, Russia) for help in working with cell cultures. The research was financially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project No. 0104–2019–0021).Toth I, Saddler G, Elphinstone J. Investigating the biology and appropriate control of Dickeya species affecting GB potatoes. Kenilworth: Potato Council; 2014.Toth I., Saddler G., Elphinstone J. Investigating the biology and appropriate control of Dickeya species affecting GB potatoes. Kenilworth: Potato Council, 2014. P. 87.Stevenson WR, Loria R, Franc GD, Weingartner DP. (eds.) Compendium of potato diseases. 2nd edition. St Paul, Minnesota: APS Press; 2001.Shattock R. Compendium of potato diseases, Second edition. W.R. Stevenson // Plant Pathology. 2002. V. 51. P. 518-521.Karlov AN, Zotov VS, Pekhtereva ES, Matveeva EV. Dickeya dianthicola is a new bacterial pathogen of potatoes for Russia. Izvestiya of Timiryazev Agricultural Academy. 2010; (3):134—141. (In Russ.).Карлов А.Н., Зотов В.С., Пехтерева Е.Ш., Матвеева Е.В. Dickeya dianthicola - новый для России бактериальный патоген картофеля // Известия ТСХА. 2010. Т. 3. С. 134-141.Ignatov AN, Egorova MS, Khodykina MV. Spread of bacterial and phytoplasma diseases of plants in Russia. Plant protection and quarantine. 2015; (5):6—9. (In Russ.).Игнатов А.Н., Егорова М.С., Ходыкина М.В. Распространение бактериальных и фитоплазменных болезней растений в России // Защита и карантин растений. 2015. № 5. С. 6-9.Zaitsev IA, Varitsev YA, Lazarev AM, Galushka PA, Varitseva GP. Monitoring of hidden (latent) forms of the spread of pathogens of black leg and ring rot of potatoes in the Russian Federation. In: Agricultural sciences: scientific priorities of scientists. Permian: Evensis publ.; 2016. p.39–56. (In Russ.).Зайцев И.А., Варицев Ю.А., Лазарев А.М., Галушка П.А., Варицева Г.П. Мониторинг скрытых (латентных) форм распространения возбудителей черной ножки и кольцевой гнили картофеля в Российской Федерации // Сельскохозяйственные науки: научные приоритеты ученых. 2016. C. 39-56.Gill ED, Schaerer S, Dupuis B. Factors impacting blackleg development caused by Dickeya spp. in the field. European Journal of Plant Pathology. 2014; 140(2):317–327. doi: 10.1007/s10658–014–0465-yGill E.D., Schaerer S., Dupuis B. Factors impacting blackleg development caused by Dickeya spp. in the field // European Journal of Plant Pathology. 2014. V. 140(2). P. 317-327.Ignatov AN, Panycheva JS, Voronina MV, Vasiliev DM, Dzhalilov FS. Dynamics of species composition of potato pathogens in the European part of the Russian Federation. Potato and vegetables. 2019; (9):28—32. (In Russ.). doi: 10.25630/PAV.2019.57.62.003Игнатов А.Н., Панычева Ю.С., Воронина М.В., Васильев Д.М., Джалилов Ф.С.-У. Динамика видового состава патогенов картофеля в Европейской части РФ // Картофель и овощи. 2019. T. 9. C. 28-32. doi: 10.25630/PAV.2019.57.62.003Yerokhova MD, Kuznetsova MA. Blackleg of potato is a dangerous disease for national potato growing. Agrarian Science. 2019; 3:44—48. (In Russ.). doi: 10.32634/0869–8155–2019–326–3–44–48Ерохова М.Д., Кузнецова М.А. «Чёрная ножка» - опасное для отечественного картофелеводства заболевание // Аграрная наука. 2019. T. 3. С. 44-48. doi: 10.32634/0869-8155-2019-326-3-44-48Toth IK, van der Wolf JM, Saddler G, Lojkowska E, Hélias V, Pirhonen M, Tsror L, Elphinstone JG. Dickeya species: an emerging problem for potato production in Europe. Plant Pathology. 2011; 60(3):385—399. doi: 10.1111/j.1365–3059.2011.02427.xToth I.K., Wolf J.M. van der, Saddler G., Lojkowska E., Hélias V., Pirhonen M., Tsror L., Elphinstone J.G. Dickeya species: an emerging problem for potato production in Europe // Plant Pathology. 2011. V. 60. № 3. P. 385-399. doi: 10.1111/j.1365-3059.2011.02427.xPritchard L, Humphris S, Saddler GS, Parkinson NM, Bertrand V, Elphinstone JG, Toth IK. Detection of phytopathogens of the genus Dickeya using a PCR primer prediction pipeline for draft bacterial genome sequences. Plant Pathology. 2013; 62(3):587—596. doi: 10.1111/j.13653059.2012.02678.xPritchard L., Humphris S., Saddler G.S., Parkinson N.M., Bertrand V., Elphinstone J.G., Toth I.K. Detection of phytopathogens of the genus Dickeya using a PCR primer prediction pipeline for draft bacterial genome sequences // Plant Pathology. 2013. V. 62. № 3. P. 587-596. doi: 10.1111/j.1365-3059.2012.02678.xVaritsev YA, Belov GL, Uskov AI, Varitseva GP, Zavriev SK, Arshava NV et al. Metodicheskie ukazaniya po diagnostike vozbuditelei chernoi nozhki (Erwinia carotovora (Jones) Bergey et al.) i kol’tsevoi gnili kartofelya (Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus (Spieck. Et Kotth.) Skaptasson et Burk.) metodami immunofermentnogo analiza, immunofluores-tsentnoi mikroskopii i polimeraznoi tsepnoi reaktsii [Methodological guidelines for the diagnosis of causative agents of black leg (Erwinia carotovora (Jones) Bergey et al.) and ring rot of potatoes (Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus (Spieck. Et Kotth.) Skaptasson et Burk.) by enzyme-linked immunosorbent assay, immuno-microscopy and polymerase chain reaction]. Moscow: Russian Research Institute of Potato Economy publ.; 2003. (In Russ.).Варицев Ю.А., Белов Г.Л., Усков А.И., Варицева Г.П., Завриев С.К., Аршава Н.В., Зайцев В.В. Методические указания по диагностике возбудителей черной ножки (Erwinia carotovora (Jones) Bergey et al.) и кольцевой гнили картофеля (Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus (Spieck. Et Kotth.) Skaptasson et Burk.) методами иммуноферментного анализа, иммунофлуоресцентной микроскопии и полимеразной цепной реакции. М.: ВНИИ картофельного хозяйства, 2003. 33 с.Frens G. Controlled nucleation for the regulation of the particle size in monodisperse gold suspensions. Nature Physical Science. 1973; 241(105):20—22. doi: 10.1038/physci241020a0Frens G. Controlled nucleation for the regulation of the particle size in monodisperse gold suspensions // Nature Physical Science. 1973. V. 241(105). P. 20-22. doi: 10.1038/physci241020a0Byzova NA, Safenkova IV, Chirkov SN, Zherdev AV, Blintsov AN, Dzantiev BB, Atabekov IG. Development of immunochromatographic test systems for express detection of plant viruses. Applied Biochemisty and Microbiology. 2009; 45 (2): 204—209. doi: 10.1134/S000368380902015XБызова Н.А., Сафенкова И.В., Чирков С.Н., Жердев А.В., Блинцов А.Н., Дзантиев Б.Б., Атабеков И.Г. Разработка иммунохроматографических тест-систем для экспрессной детекции вирусов растений // Прикладная биохимия и микробиология. 2009. Т. 45. № 2. С. 225-231. doi: 10.1134/S000368380902015XSafenkova IV, Zaitsev IA, Varitsev YA, Byzova NA, Drenova NV, Zherdev AV, Dzantiev BB. Development of a lateral flow immunoassay for rapid diagnosis of potato blackleg caused by Dickeya species. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2017; 409(7):1915—1927. doi: 10.1007/s00216–016–0140–6Safenkova I.V., Zaitsev I.A., Varitsev Y.A., Byzova N.A., Drenova N.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Development of a lateral flow immunoassay for rapid diagnosis of potato blackleg caused by Dickeya species // Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2017. V. 409(7). P. 1915-1927. doi: 10.1007/s00216-016-0140-6Interstate Council for Standardization, Metrology and Certification. GOST 33996–2016. Seed potatoes. Specifications and methods of determining the quality. Moscow: Standartinform publ.; 2020. (In Russ.).ГОСТ 33996-2016. Картофель семенной. Технические условия и методы определения качества: Seed potatoes. Specifications and methods of determining the quality. М.: Стандартинформ, 2020.