Taenia solium and Taenia saginata: Identification of sequence characterized amplified region (SCAR) markers

Cysticercosis is one of the most important zoonosis, not only because of the effects on animal health and its economic consequences, but also due to the serious danger it poses to humans. The two main parasites involved in the taeniasis-cysticercosis complex in Brazil are Taenia saginata and Taenia solium. Differentiating between these two parasites is important both for disease control and for epidemiological studies. The purpose of this work was to identify genetic markers that could be used to differentiate these parasites. Out of 120 oligonucleotide decamers tested in random amplified polymorphic DNA (RAPD) assays, 107 were shown to discriminate between the two species of Taenia. Twenty-one DNA fragments that were specific for each species of Taenia were chosen for DNA cloning and sequencing. Seven RAPD markers were converted into sequence characterized amplified region (SCAR) markers with two specific for T. saginata and five specific for T. solium as shown by agarose gel electrophoresis. These markers were developed as potential tools to differentiate T. solium from T. saginata in epidemiological studies. © 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Identification of 27 Porphyra lines (Rhodophyta) by DNA fingerprinting and molecular markers

Twenty-seven Porphyra lines, including lines widely used in China, wild lines and lines introduced to China from abroad in recent years, were screened by random amplified polymorphic DNA (RAPD) technique with 120 operon primers. From the generated RAPD products, 11 bands that showed stable and repeatable RAPD patterns amplified by OPC-04, OPJ-18 and OPX-06, respectively were scored and used to develop the DNA fingerprints of the 27 Porphyra lines. Moreover, the DNA fingerprinting patterns were converted into computer language expressed with two digitals, 1 and 0, which represented the presence (numbered as 1) or absence (numbered as 0) of the corresponding band, respectively. Based on the above results, computerized DNA fingerprints were constructed in which each of the 27 Porphyra lines has its unique fingerprinting pattern and can be easily distinguished from others. Software named PGI (Porphyra germplasm identification) was designed for identification of the 27 Porphyra lines. In addition, seven specific RAPD markers from seven Porphyra lines were identified and two of them were successfully converted into SCAR (sequence characterized amplification region) markers. The developed DNA fingerprinting and specific molecular markers provide useful ways for the identification, classification and resource protection of the Porphyra lines.

Assessment of genetic diversities of selected Laminaria (Laminariales, Phaeophyta) gametophytes by inter-simple sequence repeat analysis

Inter-simple sequence repeat (ISSR) analysis was used to assess genetic diversity among 10 pairs of male and female Laminaria gametophytes. A total of 58 amplification loci was obtained from 10 selected ISSR primers, of which 34 revealed polymorphism among the gametophytes. Genetic distances were calculated with the Dice coefficient ranging from 0.006 to 0.223. A dendrogram based on the unweighted pair-group method arithmetic (UPGMA) average showed that most male and female gametophytes of the same species were clustered together and that 10 pairs of gametophytes were divided into four groups. This was generally consistent with the taxonomic categories. The main group consisted of six pairs of gametophytes, which were selected from Laminaria japonica Aresch. by intensive inbreeding through artificial hybridization. One specific marker was cloned, but was not converted successfully into a sequence characterized amplified region (SCAR) marker. Our results demonstrate the feasibility of applying ISSR markers to evaluate Laminaria germplasm diversities.

Development of Y-chromosome-Specific SCAR Markers Conserved in Taurine, Zebu and Bubaline Cattle

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Isolation of Y- and X-linked SCAR markers in yellow catfish and application in the production of all-male populations

P>Sex controls have been performed in some farmed fish species because of significant growth differences between females and males. In yellow catfish (Pelteobagrus fulvidraco), adult males are three times larger than female adults. In this study, six Y- and X-linked amplified fragment length polymorphism fragments were screened by sex-genotype pool bulked segregant analysis and individual screening. Interestingly, sequence analysis identified two pairs of allelic genes, Pf33 and Pf62. Furthermore, the cloned flanking sequences revealed several Y- and X-specific polymorphisms, and four Y-linked or X-linked sequence characterized amplified region (SCAR) primer pairs were designed and converted into Y- and X-linked SCAR markers. Consequently, these markers were successfully used to identify genetic sex and YY super-males, and applied to all-male population production. Thus, we developed a novel and simple technique to help commercial production of YY super-males and all-male populations in the yellow catfish.

Identification of Porphyra lines (Rhodophyta) by AFLP DNA fingerprinting and molecular markers

Twenty-seven Porphyra lines from 5 classes, including lines widely used in China, wild lines, and lines introduced to China from abroad in recent years, were screened by means of amplified fragment length polymorphism (AFLP) with 24 primer pairs. From the generated AFLP products, 13 bands that showed stable and repeatable AFLP patterns amplified by primer pairs M-CGA/E-AA and M-CGA/E-TA were scored and used to develop the DNA fingerprints of the 27 Porphyra lines. Moreover, the DNA fingerprinting patterns were converted into computer language expressed with digitals 1 and 0, which represented the presence (numbered as 1) or absence (numbered as 0) of the corresponding band. On the basis of these results, computerized AFLP DNA fingerprints were constructed in which each of the 27 Porphyra lines has its unique AFLP,fingerprinting pattern and can be easily distinguished from others. Software called PGI-AFLP (Porphyra germplasm identification-AFLP) was designed for identification of the 27 Porphyra lines. In addition, 21 specific AFLP markers from 15 Porphyra lines were identified; 6 AFLP markers from 4 Porphyra lines were sequenced, and 2 of them were successfully converted into SCAR (sequence characterized amplification region) markers. The developed AFLP DNA fingerprinting and specific molecular markers provide useful ways for the identification, classification, and resource protection of the Porphyra lines.

Entwicklung und Evaluierung von Methoden zur zeitnahen Identifizierung weinrelevanter Mikroorganismen

Hefen der Gattung Saccharomyces und Milchsäurebakterien sind bei der Weinbereitung von besonderer Bedeutung. Neben der alkoholischen Gärung sind Hefen an der Ausbildung von Aromastoffen beteiligt. Milchsäurebakterien spielen eine Rolle beim biologischen Säureabbau (malolaktische Fermentation), können jedoch aufgrund ihrer Stoffwechseleigenschaft weitere Aromamodifikationen bewirken. Die Zusammensetzung der mikrobiellen Flora zu verschiedenen Zeitpunkten der Weinbereitung hat einen direkten Einfluss auf die Qualität der Weine, welche sich sowohl positiv als auch negativ verändern kann. Daher ist die zuverlässige Identifizierung und Differenzierung verschiedener Mikroorganismen auf Art- aber auch Stamm-Ebene während der Vinifikation von Bedeutung.rnDer erste Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Differenzierung von Hefearten der Gattung Saccharomyces, welche mit Hilfe konventioneller Methoden nicht eindeutig identifiziert werden können. Unter Verwendung des DNA-Fingerprintverfahrens Specifically Amplified Polymorphic DNA (SAPD)-PCR sowie der Matrix-Assisted-Laser-Desorption/Ionization-Time-Of-Flight-Mass-Spectrometry (MALDI-TOF-MS) war eine Differenzierung dieser taxonomisch sehr nah verwandten Arten möglich. Weiterhin konnten interspezifische Hybridstämme detektiert werden. In diesem Zusammenhang wurde der Hybridcharakter des Stammes NCYC 3739 (S. cerevisiae x kudriavzevii) entdeckt. Um die Elternspezies eines Hybridstamms zuverlässig zu bestimmen, sind weiterführende Genanalysen notwendig. Hierzu konnte eine Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus (RFLP)-Analyse verschiedener genetischer Marker erfolgreich herangezogen werden.rnIm Rahmen dieser Arbeit wurde weiterhin ein Schnellidentifizierungssystem zum Nachweis weinrelevanter Milchsäurebakterien entwickelt. Mit Hilfe der Sequence Characterized Amplified Region (SCAR)-Technik konnten artspezifische Primer generiert werden, welche auf der Grundlage charakteristischer Fragmente der SAPD-PCR abgeleitet wurden. Durch die Anwendung dieser Primer in einer Multiplex-PCR-Reaktion war die Detektion verschiedener, einerseits häufig in Wein vorkommender und andererseits potentiell an der Ausbildung von Weinfehlern beteiligter Milchsäurebakterien-Arten möglich. Die ermittelte Nachweisgrenze dieser Methode lag mit 10^4 - 10^5 Zellen/ml im Bereich der Zelltiter, die in Most und Wein anzutreffen sind. Anhand der Untersuchung verschiedener Weinproben von Winzern in Rheinhessen wurde die Praxistauglichkeit dieser Methode demonstriert. rnUm die gesamten Milchsäurebakterien-Population im Verlauf der Weinbereitung zu kontrollieren, kann die Denaturierende Gradienten-Gelelektrophorese herangezogen werden. Hierzu wurden in dieser Arbeit Primer zur Amplifikation eines Teilbereichs des rpoB-Gens abgeleitet, da dieses Gen eine Alternative zur 16S rDNA darstellt. Die DNA-Region erwies sich als geeignet, um zahlreiche weinrelevante Milchsäurebakterien-Arten zu differenzieren. In einigen ersten Versuchen konnte gezeigt werden, dass diese Methode für eine praktische Anwendung in Frage kommt.rnOenococcus oeni ist das wichtigste Milchsäurebakterien während der malolaktischen Fermentation und wird häufig in Form kommerzieller Starterkulturen eingesetzt. Da verschiedene Stämme unterschiedliche Eigenschaften aufweisen können, ist es von Bedeutung, die Identität eines bestimmten Stammes zweifelsfrei feststellen zu können. Anhand der Analyse verschiedener O. oeni-Stämme aus unterschiedlichen Weinbaugebieten konnte gezeigt werden, dass sowohl die nested SAPD-PCR als auch die MALDI-TOF-MS genügend Sensitivität aufweisen, um eine Unterscheidung auf Stamm-Ebene zu ermöglichen, wobei die mittels nSAPD-PCR ermittelten Distanzen der Stämme zueinander mit deren geographischer Herkunft korrelierte.rnDie in der vorliegenden Arbeit entwickelten Methoden können dazu beitragen, den Prozess der Weinherstellung besser zu kontrollieren und so eine hohe Qualität des Endproduktes zu gewährleisten.rn

DNA fingerprinting of selected Laminaria (Phaeophyta) gametophytes by RAPD markers

Random amplified polymorphism DNA (RAPD) analysis was applied to germplasm characterization in 33 different selected Laminaria male and female gametophytes. The positional homology of the RAPD analysis using sequence characterized applied region (SCAR) method was successfully conducted. A total of 233 polymorphic loci were obtained from 18 selected primers after screening, of which 27 stable and clear bands were selected to construct a fingerprint map for discrimination of each gametophyte. Seven RAPD markers from five primers were finally determined by a computer program to construct the fingerprint map. Three specific markers closely related with gametophytes were obtained and were converted to gametophytic SCAR markers, the first SCAR marker report on Laminaria germplasm and applicable to cultivars identification. These results demonstrated the feasibility of applying RAPD markers to germplasm characterization in selected Laminaria gametophytes, and can provide a molecular basis for breeding new Laminaria strains. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

The genetic analysis and germplasm identification of the gametophytes of Undaria pinnatifida (Phaeophyceae) with RAPD method

Eleven pairs of Undaria pinnatifida (Harv.) Suringar gametophytes were identified with random amplified polymorphic DNA (RAPD) technique. After screening 100 primers, 20 ten-base primers were determined for the RAPD analysis. A total of 312 polymorphic loci were obtained, of which 97.7% were polymorphic. The primer S198 was found to distinguish all the selected Undaria pinnatifida gametophytes. The genetic distances between each two of the twenty-two U. pinnatifida gametophytes ranged from 0.080 to 0.428, while the distances to the Laminaria was 0.497 on average. After reexamination, two sequences characterized amplification region (SCAR) markers were successfully converted, which could be applied to U. pinnatifida germplasm identification. All these results demonstrated the feasibility of applying RAPD markers to germplasm characterization and identification of U. pinnatifida gametophytes, and to provide a molecular basis for Undaria breeding.

Cytological and Molecular Identification of Alien Chromatin in Giant Spike Wheat Germplasm

Alien chromosomes of twelve giant spike wheat germplasm lines were identified by C-banding, genomic in situ hybridization (GISH), sequence characterized amplified region (SCAR), and random amplified polymorphic DNA (RAPD). All lines showed a chromosome number of 2n = 42, five of them carried both a pair of wheat-rye (Triticum aestivum-Secale cereal) 1BL/1RS translocation chromosomes and a pair of Agropyron intermedium (Ai) chromosomes, three carried a pair of Ai chromosomes only, three others carried a pair of 1BL/1RS chromosomes only, and one carried neither 1BL/1BS nor Ai chromosome. Further identification revealed that the identical Ai chromosome in these germplasm lines substituted the chromosome 2D of common wheat (Triticum aestivum L.), designated as 2Ai. The genetic implication and further utilization of 2Ai in wheat improvement were also discussed.

Micropropagação e uso de marcadores moleculares na determinação do sexo do mamoeiro

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Entwicklung und Anwendung molekularbiologischer Methoden zur Art- und Stamm-Identifizierung pro- und eukaryotischer Organismen

Das Wachstum von Milchsäurebakterien-Arten der Gattungen Lactobacillus, Pediococcus und Leuconostoc während der Weinfermentation kann durch die Bildung verschiedener Stoffwechselprodukte zu Weinfehlern führen. Um rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergreifen zu können und einem Weinverderb vorzubeugen, bedarf es geeigneter Identifizierungsmethoden. Klassische mikrobiologische Methoden reichen oft nicht aus, um Mikroorganismen auf Art- und Stammniveau gezielt zu identifizieren. Wegen ihrer schnellen Durchführbarkeit und Zuverlässigkeit sind molekularbiologische Identifizierungsmethoden zur Kontrolle der mikrobiellen Flora während der Lebensmittelfermentierung in der heutigen Zeit unabdingbar. In der vorliegenden Forschungsarbeit wurden die 23S rRNA-Gensequenzen von neun Pediococcus-Typstämmen sequenziert, analysiert und phylogenetische Analysen durchgeführt. Zur Art-Identifizierung der Pediokokken wurden PCR-Primer generiert und ein Multiplex PCR System entwickelt, mit dem alle typischen Arten simultan in einer Reaktion nachgewiesen werden konnten. Die Ergebnisse der Multiplex PCR-Identifizierung von 62 Pediococcus-Stämmen aus Kulturensammlungen und 47 neu isolierten Stämmen aus Wein zeigten, dass einige Stämme unter falschen Artnamen hinterlegt waren, und dass P. parvulus im Weinanbaugebiet Rheinhessen weit verbreitet war. Die Fähigkeit der Pediococcus-Stämme zur Exopolysaccharid-Synthese wurde durch den Nachweis zweier Gene überprüft. Auf Basis der 23S rDNA-Sequenzen wurden rRNA-Sekundärstrukturen mit der neu entwickelten Software Structure Star generiert, die zum Auffinden von Zielbereichen für fluoreszenzmarkierte DNA-Sonden geeignet waren. Die Sequenzunterschiede zwischen den Pediococcus-Arten reichten aus, um zwei Gruppen durch Fluoreszenz in situ Hybridisierung differenzieren zu können. Die Verwendung unmarkierter Helfer-sonden verbesserte die Zugänglichkeit der Sonden an die rRNA, wodurch das Fluoreszenz-Signal verstärkt wurde. Um Milchsäurebakterien durch Denaturierende Gradienten Gel Elektrophorese differenzieren zu können, wurden Primer entwickelt, mit denen ein hochvariabler 23S rDNA-Bereich amplifiziert werden konnte. Die Nested Specifically Amplified Polymorphic DNA (nSAPD)-PCR wurde in der vorliegenden Arbeit zur Art- und Stamm-Differenzierung pro- und eukaryotischer Organismen angewandt. Es wurden vor allem weinrelevante Milchsäurebakterien der Gattungen Oenococcus, Lactobacillus, Pediococcus und Leuconostoc und Hefen der Gattungen Dekkera / Brettanomyces und Saccharomyces untersucht. Die Cluster-Analyse der Pediococcus-Typstämme führte zu einer unterschiedlichen Baum-Topologie im Vergleich zum phylogenetischen 23S rDNA-Stammbaum. Die Verwandtschaftsverhältnisse der untersuchten O. oeni-Stämme aus Starterkulturen konnten in Bezug auf eine frühere Cluster-Analyse reproduziert werden. Die Untersuchung von 40 B. bruxellensis-Stämmen aus rheinhessischen Weinproben zeigte eine Gruppierung der Stämme gemäß dem Ort der Probennahme. Beim Vergleich der Verwandtschaftsverhältnisse von Stämmen der Arten P. parvulus und B. bruxellensis, die aus denselben Weinproben isoliert wurden, konnte eine hohe Übereinstimmung der beiden Baum-Topologien beobachtet werden. Anhand der SAPD-PCR Untersuchung von Sekthefen aus Starterkulturen konnten alle Stämme der Art S. cerevisiae zugeordnet werden. Die nSAPD-PCR war darüber hinaus geeignet, um höhere Eukaryoten wie Weinreben zu differenzieren und es konnten die Verwandtschaftsverhältnisse von Mäusen und menschlichen Individuen durch Cluster-Analysen nachvollzogen werden. Mit Hilfe der Sequence Characterized Amplified Region (SCAR)-Technik wurden (n)SAPD-Marker in SCAR-Marker konvertiert. Die neu generierten SCAR-Primer konnten zur simultanen Art-Identifizierung von sieben weinschädlichen Milchsäurebakterien in einer Multiplex PCR erfolgreich eingesetzt werden. Die in dieser Arbeit entwickelten molekularbiologischen Identifizierungsmethoden können zum Beispiel in der mikrobiologischen Qualitätskontrolle Anwendung finden.

Cloning and development of pathotype-specific SCAR marker associated with Sclerospora graminicola isolates from pearl millet

Downy mildew pathogen of pearl millet in India is associated with the spread of the highly virulent Sclerospora graminicola pathotype-1. Twenty-seven S. graminicola isolates were screened using 20 intersimple sequence repeats (ISSR). Dinucleotide repeat primer [17898A-(CA)(6) AC] amplified a similar to 600 bp fragment specific to five isolates of pathotype-1 (Sg 048, Sg 153, Sg 212, DM-11 and DM-90). The ISSR fragment linked with pathotype-1 was cloned successfully and sequenced. To convert ISSR fragments into pathotype-specific sequence characterised amplified region (SCAR) markers, PCR primers were designed using a sequence of the cloned DNA fragment. PCR amplification using SCAR primer pair (UOM3-Sg-Path1-F/R) amplified a single 284 bp band only in isolates of S. graminicola pathotype-1. This SCAR primer pair did not amplify the 284 bp product from the other five S. graminicola pathotypes or a negative control, which demonstrates primer specificity for pathotype-1. The SCAR primer pair (UOM3-Sg-Path1-F/R) obtained in this study will provide a valuable tool for rapid identification and specific detection of S. graminicola pathotype-1.

The development of ISSR-derived SCAR markers around the Seasonal Flowering Locus (SFL) in fragaria vesca

Fragaria vesca is a short-lived perennial with a seasonal-flowering habit. Seasonality of flowering is widespread in the Rosaceae and is also found in the majority of temperate polycarpic perennials. Genetic analysis has shown that seasonal flowering is controlled by a single gene in F. vesca, the SEASONAL FLOWERING LOCUS (SFL). Here, we report progress towards the marker-assisted selection and positional cloning of SFL, in which three ISSR markers linked to SFL were converted to locus-specific sequence-characterized amplified region (SCAR1–SCAR3) markers to allow large-scale screening of mapping progenies. We believe this is the first study describing the development of SCAR markers from ISSR profiles. The work also provides useful insight into the nature of polymorphisms generated by the ISSR marker system. Our results indicate that the ISSR polymorphisms originally detected were probably caused by point mutations in the positions targeted by primer anchors (causing differential PCR failure), by indels within the amplicon (leading to variation in amplicon size) and by internal sequence differences (leading to variation in DNA folding and so in band mobility). The cause of the original ISSR polymorphism was important in the selection of appropriate strategies for SCAR-marker development. The SCAR markers produced were mapped using a F. vesca f. vesca × F. vesca f. semperflorens testcross population. Marker SCAR2 was inseparable from the SFL, whereas SCAR1 mapped 3.0 cM to the north of the gene and SCAR3 1.7 cM to its south.