Development of Ultra-Rapid Multiplex PCR Detection against 6 Major Pathogens in Honeybee

꿀벌 6종 주요 병원체에 대한 초고속 다중 PCR 검출법의 개발

PCR-chip-based ultra-rapid multiplex PCRs for detection of six major infectious pathogens in honeybee were developed. The 6 kinds of major infectious pathogens in honeybee included Paenibacillus larvae causing American Foulbrood, Melissococcus plutonius causing European Foulbrood as bacteria, Ascosphaera apis (Chalkbrood), Aspergillus flavus (Stonebrood), Nosema apis and Nosema ceranae (Nosemosis) as fungi. The developed PCR-chip-based ultra-rapid multiplex PCR showed successful amplification for all six major pathogens in the presence of more than $10^3$ molecules. The time for confirming amplification (Threshold cycles; Ct-time) was about 7 minutes for two species, and about 9 minutes for four species. Total 40 cycles of PCR took 11 minutes 42 seconds and time for melting point analysis was 1 minute 15 seconds. Total time for whole PCR detection was estimated 12 minutes 57 seconds (40 cycles of PCR and melting point analysis). PCR-chip based ultra-rapid multiplex PCR using standard DNA substrates showed close to 100% accuracy and no false-amplification was found with honeybee genomic DNA. Ultra-rapid multiplex PCR is expected to be a fast and efficient pathogen detection method not only in the laboratory but also in the apiary field.

꿀벌 6종 주요 감염성 질병을 동시 진단하기 위한 PCR-chip 기반 초고속 다중 PCR 진단법을 개발 하였다. 6종 주요 꿀벌 감염성 병원체들은, 세균성 질병인 미국부저병의 원인균, Paenibacillus larvae와 유럽부저병의 원인균인 Melissococcus plutonius, 또한 진균인 Ascosphaera apis(백묵병), Aspergillus flavus(석고병)와 Nosema apis, Nosema ceranae(노제마병)를 선발하였다. 개발된 PCR-chip 기반 초고속 다중 PCR은, 꿀벌 주요 병원체 6종에 대하여 각기 $10^3$ 분자이상이 존재할 경우 모두 성공적 증폭을 보였으며, 증폭여부의 확인에 걸린 시간(Ct-time)은 6종 중 4종은 9분 내외, 2종은 7분 내외이었으며, 총 40회전의 PCR은 11분 42초, 융점분석 1분 15초로 총 PCR분석에 소요된 시간은 12분 57초(40회전 및 융점분석)이었다. 표준 DNA 기질을 사용한 PCR-chip 기반 초고속 다중 PCR은 100%에 근접한 정확도를 보였으며, 꿀벌 genomic DNA를 사용한 실험에서 false-amplification은 발견되지 아니하였다. PCR-chip 기반 초고속 다중 PCR은 실험실 내 초고속 진단 뿐 아니라 양봉 현장에서도 신속하고 효율적인 병원체 검출법이 될 것으로 기대한다.