Development of a fast and exact method for R. solanacearum detection in Swiss surface water samples

• Forschungsstelle: BLW
• Projektnummer: 17.23

Schlüsselwörter (Deutsch)

Ralstonia, Probenahme, Kartoffel, molekulare Nachweismethoden, Phylotypisierung

Schlüsselwörter (Englisch)

Ralstonia, sampling methods, potato, molecular detection methods, phylotyping

Schlüsselwörter (Französisch)

Ralstonia, méthodes d'échantillonnage, pomme de terre, méthodes de détection moléculaire, phylotypage

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Der Quarantäne-Erreger Ralstonia solanacearum (hiernach R. solanacearum) gilt als eines der gefährlichsten Pflanzenbakterien für die Schweizer Landwirtschaft. Zudem weist R. solanacearum ein aussergewöhnlich breites Wirtspflanzenspektrum auf. Diverse Nachweismethoden sind in den EU-Protokoll-Richtlinien beschrieben, führen aber nicht immer zu einem eindeutigen Ergebnis. Das Projekt beabsichtigt die Entwicklung eines Schnelltests für den Nachweis der wichtigsten Ralstonia Arten aus Wasserproben von Oberflächengewässern. Zu den bestehenden Stichprobenkontrollen ermöglicht die Untersuchung von Oberflächenwasser ein grösseres landwirtschaftlich genutztes Gebiet abzudecken. Bei einem positiven Befund lässt sich das Einzugsgebiet definieren und gezielte Pflanzenschutzmassnahmen ableiten. Die molekularbiologische Methode basiert auf einem zweistufigen Detektionsverfahren: 1) Hochdurchsatz-Screening, welches Ralstonia mit einer hohen Spezifität und einer tiefen Sensitivität in Wasserproben nachweisen lässt, gefolgt von 2) einer Subtypisierung der nachgewiesenen Ralstonia Art. Dieses Monitoring-Tool zeigt das Infektionspotenzial antizipativ auf und stellt Informationen bereit um rechtliche Schritte einzuleiten, damit die Ausbreitung von Ralstonia verhindert werden kann.

Kurzbeschreibung (Englisch)

The broad-host range plant pathogen Ralstonia solanacearum is a threat for Swiss agriculture and therefore classified as quarantine organism. The current detection methods are, however, cumbersome. Testing surface water at strategic sites,especially downstream of locations where potential host plants are present, appears as an efficient tactic to assess the presence of R. solanacearum over an extended area. This project thus aims at two main points: 1) development of a sampling method for surface water samples that reliably and efficiently allows pathogen detection, and 2) development of a highly specific, selective and sensitive molecular detection method. We envisage a two-step detection method, which first allows high-throughput species level detection followed by subtyping to detect the most pathogenic phylotypes. The developed method will be validated on a comprehensive number of potentially high-risk surface water samples taken throughout the country allowing thus determining the current situation of the pathogen population in Switzerland. Next to the application of the detection method to different samples, the knowledge base developed in this study will influence the management regulations to protect Swiss agricultural production.

Projektziele (Englisch)

In this project we aim to setup a country-wide survey protocol for the detection of the quarantine organism R. solanacearum by using surface water samples to obtain an indication of the presence of this pathogen in Switzerland. Together with project collaborator Dr. Helmut Bürgmann at EAWAG Kastanienbaum, we will develop a strategy directed at identifying the best sampling locations, sampling and nucleic acid extraction procedures to maximize the chances of detection, taking into account the geographical distribution of potential hosts and the surface water flows around them. Sampling procedures, sample concentration and detection protocols for R. solanacearum will be selected and developed in order to attain the highest possible sensitivity and specificity at species level without the need to cultivate the bacterium prior to the analysis. Obtaining clear overview of the pathogen’s situation across the country will allow the quick identification of problematical areas for the cultivation of potential host plant, thus facilitating strategical decisions and limiting the necessity of expensive eradication procedures. In parallel, procedures for the quick discrimination of the different phylotypes of R. solanacearum will be established to assess the distribution of the populations present on Swiss territory and to compare them to those previously detected in Europe or worldwide. For the validation of the PCR diagnostic tests, this project includes Santiago Schaerer, Agroscope Changins as a project collaborator to provide a second expert opinion in the development of this monitoring tool. The support of project collaborators Dr. Beat Frey and Dr. Daniel Rigling, who will provide access to BSL-3 facilities at WSL Birmensdorf, will be essential for all the steps of this project for validation with the living organisms.

Abstract (Deutsch)

In diesem Forschungsprojekt wurde ein Schnelltest für den Nachweis von Ralstonia solanacearum in Wasserproben von Oberflächengewässer entwickelt. Die beteiligten Partner, namentlich Dr. Peter Kupferschmied vom EPSD, Dr. Helmut Bürgmann von der EAWAG, Dr. Daniel Rigling von der WSL und Peter Frei von der Agroscope haben massgebend zum Erfolg dieses Projekts beigetragen.
Hervorzuheben ist die Herangehensweise bei der Probennahme von realen Wasserproben. Kartoffelproduzentendaten und Koordinaten der letztjährigen Kartoffelfelder wurden dank GIS entsprechend der umliegenden Topographie visualisiert. Die Wasserproben wurden gezielt an den Orten gesammelt, wo sich das abfliessende Kartoffelfeld-Wasser im Gewässer sammelt. Diese Wasserproben können im Labor mit einem Hochdurchsatz-Screening mittels quantitativer PCR auf Ralstonia solanacearum Artenkomplex geprüft und bei positivem Befund subtypisiert werden.
Inwiefern dieses vielversprechende Detektionssystem als nationales Monitoring-Tool eingesetzt wird, kann nicht abschliessend beantwortet werden, weil während der Projektlaufzeit keine real positiven Wasserproben zur Verfügung standen.
Die Notwendigkeit ein zuverlässiges Monitoring-Tool zu etablieren ist im internationalem Jahr der Pflanzengesundheit noch deutlicher gegeben. Deshalb wird der Hauptantragssteller die Resultate über Vorträge, Referate und Publikationen verstärkt kommunizieren und die Nutzniessern sowie Stakeholder direkt in die Diskussion miteinbeziehen.