ARS News Service
Agricultural Research Service, USDA
Jan Suszkiw, (301) 504-1630, jsuszkiw@ars.usda.gov

George Vandemark likes his DNA (deoxyribonucleic acid) "shaken, not stirred"--recalling the fictional British secret agent James Bond. Stirring, or centrifugation, is a key step by which diagnostic labs genetically identify crop pathogens inhabiting farmers' soils.

But shaking, not stirring, the DNA may give farmers more bang for their diagnostic buck, reports Vandemark, an Agricultural Research Service geneticist in Prosser, Wash.

Normally, diagnosticians use centrifugation to separate pathogen DNA from other soil sample debris. Polymerase chain reaction and other so-called fingerprinting steps then determine whether the DNA's genetic patterns match those of a particular crop pathogen. The problem is, today's DNA extraction kits only work with 10-gram soil samples. And at around $15 per test, such extraction can become prohibitive for field-wide surveys--for example, to choose appropriate fungicides or resistant crop varieties, according to Vandemark, in ARS' Vegetable and Forage Crop Research Unit in Prosser.

His solution was to use paint can shakers, like those used in hardware stores. Instead of paint, though, he modified the shakers to hold test tubes capable of storing 70 grams of soil. To the tubes, he adds small glass beads and a buffer. The beads smash the cells of pathogens in the sample while the buffer protects their escaping DNA from damage by enzymes. After extraction, Vandemark uses PCR-based fingerprinting to determine the pathogen's genetic identity.

He began experimenting with the paint can shaker idea in 2004, and has used it to extract miscellaneous DNA from three different soil types in the Columbia Basin. His chief targets are Verticillium, Phytophthora and Fusarium fungi that plague Pacific Northwest potatoes, which comprise over half the nation's $3 billion tuber crop. Detecting DNA of soil-borne roundworms that cause disease of potatoes is another goal.

Vandemark plans more tests using different soil types and welcomes commercial interest in refining the modification, which he estimates could save farmers hundreds of dollars per field in disease-diagnostic costs.

ARS is the U.S. Department of Agriculture's chief scientific research agency.

Vigilar los patógenos es más fácil con un agitador de latas de pintura

Servicio Noticiero del Servicio de Investigación Agrícola (ARS siglas en inglés)
Departamento de Agricultura (USDA siglas en inglés)
Jan Suszkiw, (301) 504-1630, jsuszkiw@ars.usda.gov
27 de junio 2005

George Vandemark prefiere el ADN (ácido desoxirribonucleico) "agitado, no removido"-- semejante a la predilección del agente ficticio James Bond del servicio secreto británico. Agitar, o el proceso de centrifugación, es un paso clave que ayuda a los laboratorios diagnósticos a identificar genéticamente los patógenos de plantas que infectan los suelos agrícolas.

Pero agitar, no remover, el ADN podría dar a los granjeros más información en cambio por sus gastos de diagnóstico, dice Vandemark, un genetista con el Servicio de Investigación Agrícola (ARS) en Prosser en el estado de Washington.

Normalmente, los expertos en hacer diagnósticos usan centrifugación para separar el ADN de los patógenos de los restos de la muestra de suelo. Entonces usan reacción en cadena de la polimerasa (PCR por sus siglas en inglés) y otros procesos de identificación para determinar si los patrones genéticos del ADN igualan aquellos de un patógeno particular de cosechas.

Pero hay un problema: Los equipos de hoy en día para la extracción del ADN solamente funcionan con una muestra de 10 gramos de suelo. Y con un costo de como 15 dólares por cada ensayo, tal extracción podría ser demasiada costosa para investigaciones de campos enteros--por ejemplo, para escoger los fungicidas apropiados y las variedades de cosechas con resistencia a los patógenos, según Vandemark. Él trabaja en la Unidad de Investigación de Cosechas de Verduras y Forrajes, mantenida por ARS en Prosser.

Su solución era utilizar agitadores para latas de pinturas, semejante a aquellos usados en ferreterías. En lugar de pintura, él modificó los agitadores para agarrar tubos de ensayo que pueden almacenar hasta 70 gramos de suelo. En los tubos, él pone pequeñas cuentas de vidrio y una solución tampón. Las cuentas rompen las células de los patógenos en la muestra, mientras que la solución tampón protege el ADN escapando contra el daño por enzimas. Después de la extracción, Vandemark hace "impresiones dactilares genéticas" basadas en PCR para determinar la identidad genética del patógeno.

Vandemark empezó sus experimentos con el agitador de latas de pintura en 2004, y lo ha usado para extraer ADN diverso de tres tipos diferentes de suelo en la Cuenca de Columbia. Sus objetivos principales son los hongos Verticillium, Phytophthora y Fusarium que atormentan las patatas de la región Pacífico-Noroeste. Estas patatas proveen más de la mitad de la cosecha entera de patatas estadounidenses, la cual tiene un valor de 3 mil millones de dólares. Otra meta es la detección del ADN de los ascárides que viven en el suelo y causan enfermedades de patatas.

Vandemark planea ensayos adicionales usando tipos diferentes de suelo y busca un socio comercial para refinar la modificación. Él calcula que esta modificación podría ahorrar a los granjeros cientos de dolares en costos de diagnósticos de enfermedades en los campos.

ARS es la agencia principal de investigaciones científicas del Departamento de Agricultura de EE.UU.