Molekulāras metodes izstrāde Apera spica-venti sēklu noteikšanai un kvantifikācijai augsnes sēklu bankā, izmantojot sugas specifiskus marķierus

Abstract

Nezāļu sēklas uzkrājas augsnē, veidojot sēklu banku, kurā dīgtspējīgas sēklas var saglabāties vairākus gadus. Viena no nozīmīgākajām graudzāļu dzimtas nezāļu sugām Eiropā ir parastā rudzusmilga (Apera spica-venti), kas spēj radīt būtiskus lauksaimniecības ražas zudumus. Šīs sugas sēklu identificēšanu augsnē apgrūtina to nelielais izmērs, savukārt uz diedzēšanu balstītās metodes ir laikietilpīgas un bieži vien izrādās neefektīvas sēklu miera perioda dēļ. Lai uzlabotu šīs sugas sēklu detekcijas iespējas augsnē, pētījuma mērķis bija izstrādāt metodi A. spica-venti sēklu identificēšanai un kvantifikācijai augsnes paraugos, izmantojot sugas specifiskus molekulāros marķierus. Pētījumā konstatēts, ka sēklu uzpludināšanas (flotācijas) metode, izmantojot 5,5 M kālija karbonāta (K2CO3) šķīdumu, ir pietiekami efektīva A. spica-venti sēklu ekstrakcijai no augsnes. DNS izdalīšanas efektivitātes pārbaudē secināts, ka labākie rezultāti iegūstami, nelietojot šķidro slāpekli un lizēšanas buferi pirms parauga mehāniskās dezintegrācijas. Izvirzītajiem mērķiem piemērotākā DNS izdalīšanas metode ir DNeasy PowerSoil Pro Kit (QIAGEN), kas nodrošina gan pietiekamu DNS daudzumu, gan kvalitāti turpmākai molekulārai analīzei. Pierādīta cieša un statistiski nozīmīga kvantitatīva korelācija starp A. spica-venti sēklu skaitu paraugā un marķiera gēna kopiju skaitu izdalītajā DNS. Šis rezultāts apliecina izstrādātās molekulārās pieejas piemērotību šīs sugas precīzai detekcijai un kvantificēšanai augsnes paraugos, kas var būt nozīmīgs rīks nezāļu monitoringa un kontroles stratēģiju uzlabošanā.

Weed seeds accumulate in the soil, forming a soil seed bank where viable seeds can remain for several years. One of the most significant grass weed species in Europe is loose silky-bent (Apera spica-venti), which can cause substantial agricultural yield losses. The identification of this species seeds in soil is challenging due to their small size, while germination-based methods often prove ineffective because of seed dormancy. To improve detection of this species seeds in soil, the aim of the study was to develop a molecular method for the identification and quantification of A. spica-venti seeds in soil samples using species-specific molecular markers. The study demonstrated that the flotation method using a 5,5 M potassium carbonate (K2CO3) solution is sufficiently effective for extracting A. spica-venti seeds from soil. Evaluation of DNA extraction efficiency revealed that the best results were obtained without the use of liquid nitrogen or lysis buffer prior to mechanical disruption of the sample. The most suitable DNA extraction method for the defined objectives was the DNeasy PowerSoil Pro Kit (QIAGEN), which ensured both sufficient DNA yield and quality for downstream molecular analysis. A strong and statistically significant quantitative correlation was established between the number of A. spica-venti seeds in a sample and the number of marker gene copies detected in the extracted DNA. These findings confirm the suitability of the developed molecular approach for the accurate detection and quantification of A. spica-venti in soil samples, offering a valuable tool for improving weed monitoring and control strategies.