RT-PCR Technique for Detection of Rice Grassy Stunt Virus and Rice Ragged Stunt Virus in Brown Planthopper and Virus Distribution in Infected Rice
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
The application of PCR (polymerase chain reaction) has been widely used to detect the presence of virus using primers. The advantage of this technique, a specific primer can be directly designed for a target DNA with more accurate than antiserum method. This study aims to optimize RT-PCR technique with primers for detecting rice viruses, Rice grassy stunt virus (RGSV) and Rice ragged stunt virus (RRSV) in brown planthoppers (Nilaparvata lugens (Stal)) to estimate the proportion of viruliferous insects and monitor the virus distribution in the diseased plants. The target is to provide appropriate suggestion on sampling and selection of inoculum sources. The research was carried out at Department of Pathology, Faculty of Agriculture and the Center for Agricultural Biotechnology, Kasetsart University, Kamphaeng Saen Campus, Nakhon Pathom province during July 2019 to October 2020. The results showed that brown planthoppers after 8 days of exposure to the virus were 80% infected by detecting RGSV and RRSV with pc5 and S8 genes, respectively. After insect transmission, RGSV spread from the stem infection site to the uppermost leaf and root within ten-days post-inoculation (dpi). At 10-21 dpi, the pc1 gene was detected in the tillers (93.8%) and uppermost leaf (100%) more than the pc5 gene detection. At 14-21 dpi, RGSV was detected in new tillers and uppermost leaf, 64.3-75.0%. At 28-60 dpi when plants showed excessive tillering with yellowing, the virus detection rate increased to 85.7-100%. RRSV spread from the stem infection site to the uppermost leaf and root within ten-days post-inoculation (dpi). At 10-28 dpi, S4 gene was detected in stem (87.5%) and leaf (93.8%), more than S8 gene detection. The RRSV accumulation in ragged top leaves were detected by 100% at 14-60 dpi, while asymptomatic top leaves were detected by 100% at 35-60 dpi. The results suggested that the applied RT-PCR technique was effective in detecting the virus precisely in rice with the excessive tillering or ragged leaf symptoms. 35-60 days after exposure to the virus and appropriate for use as a source of virus for transmission by insect vectors.
Article Details
References
ฐานัฎ ณ พัทลุง, วิชชุดา รัตนากาญจน์ และวิภา ตังคนานนท์. 2561. ประสิทธิภาพของเทคนิค Indirect NCM-ELISA สำหรับการประเมินการรอดชีวิตเพื่อการก่อโรค และการถ่ายทอดไวรัสใบหงิกข้าวจากตัวอย่างเนื้อเยื่อต้นข้าวในสภาพการแช่เยือกแข็งโดยแมลงพาหะเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล (Nilaparvata lugens Stål). หน้า 88-95. ใน:การประชุมวิชาการของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ครั้งที่ 56. 30 มกราคม-2 กุมภาพันธ์ 2561. มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, กรุงเทพฯ.
ฐานัฎ ณ พัทลุง, วิภา ตังคนานนท์ และวิชชุดา รัตนากาญจน์. 2560. ประสิทธิภาพของวิธีการตรวจสอบไวรัสใบหงิกข้าวในเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลด้วยเทคนิค Dot-Immunobinding Assay. วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 6(3): 236-246.
ดารา เจตนะจิตร, เมธี ปุตตะ, อมรา สนิมทอง, วิชชุดา รัตนากาญจน์, จรรยา อารยพันธ์ และสมคิด ดิสถาพร. 2533. โรคจู๋ของข้าวและแนวทางแก้ปัญหา. หน้า 25-30. ใน: รายงานการสัมมนาเชิงปฏิบัติการการแก้ปัญหาเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลและโรคจู๋. 28 มิถุนายน 2533. กรมวิชาการเกษตร, บางเขน, กรุงเทพฯ.
ทวัช วิจารัตน์. 2544. การตรวจหาเชื้อไวรัสโรคใบหงิกข้าวระดับโมเลกุลในข้าวสายพันธุ์ต่างๆ และเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลในประเทศไทย. วิทยานิพนธ์ปริญญาโท, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, กรุงเทพฯ. 75 หน้า.
วิชชุดา รัตนากาญจน์, ดารา เจตนะจิตร และเยาวภา ตันติวานิช. 2549. การผลิตแอนติเซรัมสำหรับตรวจสอบไวรัสโรคใบหงิกของข้าว. หน้า 95-99. ใน: เรื่องย่อการประชุมวิชาการข้าวและธัญพืชเมืองหนาว. สถาบันวิจัยข้าว, กรมวิชาการเกษตร.
วิชชุดา รัตนากาญจน์, รัศมี ฐิติเกียรติพงศ์, พยอม โคเบลลี่, วันพร เข็มมุกด์, คนึงนิจ ศรีวิไลย, สิทธ์ ใจสงฆ์ และกิตติพงษ์ ศรีม่วง. 2557. คู่มือสำรวจโรคในนาข้าว. สำนักวิจัยและพัฒนาข้าว, กรมการข้าว. 97 หน้า.
Chen, C.C. and R.J. Chiu. 1982. Three symptomatic types of rice virus diseases related to grassy stunt in Taiwan. Plant Disease 66: 15-18.
Chettanachit, D., M. Putta and S. Disthaporn. 1978. Rice ragged stunt in Thailand. IRRN 3(4): 15-16.
Chomchan, P., G.J., Miranda and Y. Shirako. 2002. Detection of rice grassy stunt tenuivirus nonstructural proteins p2, p5 and p6 from infected rice plants and from viruliferous brown planthoppers. Archives of Virology 147(12): 2291-2300.
Helina, S., S. Sulandari, A. Trisyono and S. Hartono. 2020. Assessments of yield losses due to double infection of Rice ragged stunt virus and Rice grassy stunt virus at different severity in the field. Yogyakarta, Indonesia. Pakistan Journal of Phytopathology 32(2): 129-136.
Hibino, H. 1989. Insect-borne viruses of rice. Advances in Disease Vector Research. 6: 210-241.
________. 1996. Biology and epidemiology of rice viruses. Annual Review of Phytopathology 34: 249-274.
Hibino, H. and I. Kimura. 1982. Detection of Rice ragged stunt virus in insect vectors by enzyme-linked immunosorbent assay. Phytopathology 72(6): 656-659.
Hibino H., P.Q. Cabauatan, T. Omura and T. Tsuchizaki. 1985a. Rice grassy stunt virus strain causing tungro-like symptoms in the Philippines. Plant Disease 69(6): 538-541.
Hibino, H., T. Usugi, T. Omura, T. Tsuchizaki, K. Shohara and M. Iwasaki.1985b. Rice grassy stunt virus: a planthopper-borne circular filament. Phytopathology 75(8): 894-899.
Hoang, A.T., H.M. Zhang, J. Yang, J.P. Chen, E. Hébrard, G.H. Zhou, V.N. Vinh and J. A. Cheng. 2011. Identification, characterization, and distribution of Southern rice black-streaked dwarf virus in Vietnam. Plant Disease 95:1063-1069.
Huang, H.J., Y.Y. Bao, S.H. Lao, X.H. Huang, Y.Z. Ye, J.X. Wu, H.J. Xu, X.P. Zhou and C.X. Zhang. 2015. Rice ragged stunt virus-induced apoptosis affects virus transmission from its insect vector, the brown planthopper to the rice plant. Scientific Reports5(1): 1-14.
Ichiki, T.U., T. Shiba, K. Matsukura, T. Ueno, M. Hirae and T. Sasaya. 2013. Detection and diagnosis of rice-infecting viruses. Frontiers in Microbiology 4, 289.
IRRI. 1968. Annual Report 1967. Retrieved from Los Baños, Manila, Philippines. Li, S., H. Wang and G. Zhou. 2014. Synergism between southern Rice black-streaked dwarf virus and Rice ragged stunt virus enhances their insect vector acquisition. Phytopathology. 104: 794-799.
Ling, K.C. 1972. Rice Virus Diseases. International Rice Research Institute, Los Baños, Manila, Phillippines. 142 p.
_________. 1977. Transmission of rice grassy stunt by the brown planthopper. The rice brown planthopper. Food and Fertilizer Technology Center for the Asian and Pacific Region. Taipei, Taiwan. pp. 73-82.
Okuda, M., T. Shiba, M. Hirae, A. Masunaka and M. Takeshita. 2019. Analysis of symptom development in relation to quantity of Rice stripe virus in rice (Oryza sativa) to simplify evaluation of resistance. Phytopathology 109(4): 701-707.
Palmer, L.T., Y. Soepriaman and O. Mochida. 1978. The distribution of ragged stunt disease and its resulting rice yield reduction in Indonesia. International Rice Research Newsletter 3(3): 15-16.
Palomar, M.K. and K.C. Ling. 1968. Yield losses due to rice grassy stunt infection. Philippine Phytopathol. 4: 14.
Pattayawat, S., B. Nathwong, D. Chettanachit, W. Ratanakarn, P. Burns, S. Pinsupa, C. Pitaksutheepong, N. Warin and S. Attathom. 2004. Diversity Study of Nucleotide Sequence of Genomic Segment 5 and 8 of Rice Ragged Stunt Virus Isolates in Thailand. pp. 28-32, In: Proceedings of the 42nd Kasetsart University Annual Conference, Kasetsart, Thailand, 3-6 February 2004, Kasetsart University.
Satoh, K., K. Yoneyama, H. Kondoh, T. Shimizu, T. Sasaya, I.R. Choi, K. Yoneyama, T. Omura and S. Kikuchi. 2013. Relationship between gene responses and symptoms induced by Rice grassy stunt virus. Frontiers in Microbiology 4: 313.
Shikata, E., T. Senboku and T. Ishimizu. 1980. The causal agent of rice grassy stunt disease. Proceedings of the Japan Academy. Series B, 56(2): 89-94.
Suprihanto, S.S., S, Hartono and Y. Trisyono. 2015. Identification and molecular diversity of Rice ragged stunt virus and Rice grassy stunt virus in Java. Indonesia. International Journal of Sciences: Basic and Applied Research 24: 374-386.
Toriyama, S., T. Kimishima and M. Takahashi. 1997. The proteins encoded by rice grassy stunt virus RNA5 and RNA6 are only distantly related to the corresponding proteins of other members of the genus Tenuivirus. Journal of General Virology 78(9): 2355-2363.
Wathanakul, L. and P. Weerapat. 1969. Virus diseases of rice in Thailand. pp. 78-85, In: The Virus diseases of rice in Thailand Proceedings of aSymposium at the International Rice Research Institute, April, 1967. Baltimore, Maryland, U.S.A. John Hopkins press.
Wijarat, T. 2001. Molecular Detection of Rice ragged stunt virus in Rice Varieties and Brown Planthopper in Thailand. Master of Science (Genetic Engineering). Major Field Genetic Engineering. Interdisciplinary Graduate Program. 75 p.
Yang, X., Lv, Kalun, M. Wang and G. Zhou. 2017. Investigation of viruses infecting rice in southern China using a multiplex RT-PCR assay. Crop Protection 91: 8-12.
Zhang, S.B., G.W. Song, L. Yang, Z.J. Wu and L.H. Xie. 2013. Determination of Rice ragged stunt virus and vector transmission characteristics. Journal of Fujian Agriculture and Forestry University (Natural Science Edition). 03.
Zheng, L., Q. Mao, L. Xie and T. Wei. 2014. Infection route of Rice grassy stunt virus, a tenuivirus, in the body of its brown planthopper vector, Nilaparvata lugens (Hemiptera: Delphacidae) after ingestion of virus. Virus Research 188: 170-173.