Fumonizin-termelő fuzáriumfajok meghatározása PCR-eljárással és uj fumonizin származékok azonosítása
Title in English
Identification of fumonisin producing Fusarium species by PCR assay, and detection of new fumonisin analogons
Keywords in Hungarian
mikotoxin, fuzárium, PCR
Keywords in English
mycotoxin, fusaria, PCR
Discipline
Microbiology: virology, bacteriology, parasitology, mycology (Council of Medical and Biological Sciences)
70 %
Plant pathology, molecular plant pathology (Council of Complex Environmental Sciences)
20 %
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)
10 %
Ortelius classification: Metabolism
Panel
Complex agricultural sciences
Department or equivalent
Plant Protection Institute (Centre for Agricultural Research)
Participants
Bartók, Tibor Tóth, Beáta
Starting date
2009-04-01
Closing date
2013-03-31
Funding (in million HUF)
10.302
FTE (full time equivalent)
3.11
state
closed project
Summary in Hungarian
A fumonizinek hosszú szénláncú polihidroxi alkilaminok, amelyeknek hidroxiljait két propántrikarbonsav észterezi. A fumonizinek közül a B1 vegyület a legfontosabb mikotoxin, amely a lovakban leukoencephalomalacia-t okoz, míg sertésekben tüdő ödémát idéz elő. A dél-afrikai Transkei államban kapcsolatot tételeznek fel az emberi nyelőcső rák és a kukoricatartalmú élelmiszerek fumonizin szennyezettsége között. A legfontosabb fumonizin-termelő penészgomba a növénykórtani szempontból is jól ismert Fusarium verticillioides, amely a kukorica egyik fontos kórokozója. Fumonizin kutatásaink során többek között 37 új fumonizint, illetve fumonizin-szerű vegyületet mutattunk ki egy új, igen érzékeny ion-csapdás tömegspektrométerrel. Kukoricáról származó, általunk izolált és morfológiailag meghatározott hatvan F. verticillioides izolátum B-csoportba tartozó fumonizinjeinek (B1, B2, B3, B4) minőségi és mennyiségi elemzése alapján feltételezzük fumonizin kemotípusok létezését a hazai F. verticillioides populációban. Pályázatunkban az eddigi eredményeinkre épülve két célt tüztünk ki: (1) Faj- és fumonizin-specifikus indítószekvencia párok és PCR-eljárások alkalmazásával azonosítani a fumonizin-termelő és azokat nem termelő fuzáriumfajokat (F. proliferatum, F. verticillioides). Az eljárás lehetővé tesz a gyors, megbizható azonosítását a fumonizintermelő fuzáriumoknak azok morfológiai és toxikológiai vizsgálata nélkül.(2) Az FA-, FBX-, FC- és FP-csoportba tartozó fumonizinek azonosítása tömegspektrometriával.
Summary
The fumonisins are a group of polyketide-derived, structurally related mycotoxins produced mainly by Fusarium verticillioides, which can cause diseases in animals. Furthermore, the consumption of fumonisin-contaminated maize has been associated with high incidence of esophageal cancer, as well as fumonisin B1 is considered as a possible carcinogen to humans. We found previously 37 new fumonisins and fumonisin-like compounds by reversed-phase HPLC/electrospray ionization ion trap multistage mass spectrometry. Sixty strains of F. verticillioides were surveyed for their ability to produce analogous (B1, B2, B3, B4) in B-group. According to our results we have identified naturally occuring variants (chemotypes) of fumonisin B-producing isolates of F. verticillioides. In this research plan, we focuse to the finding and characterizing of novel analogous in FA, FBX, FC and FP series applying a new highly sensitive ion trap MS equipment. We assess the frequency of fumonisin-producing and nonproducing isolates of F. proliferatum and F. verticillioides application of different type of PCR-based assays.
Final report
Results in Hungarian
A Fusarium verticillioides a kukorica egyik fontos kórokozója, ismert mikotoxin-termelő penészgomba. Az egészségügyi kockázatot okozó fumonizinek poliketidekből képződő hasonló szerkezetű mikotoxinok. A fumonizineket a szénlánc elején lévő funkciós csoportok szerint négy fő csoportba (A, B, C, P) sorolják. Mikotoxikológiai szempontból a B-csoportba sorolt fumonizinek (FB1, FB2, FB3, FB4) a legjelentősebbek. Élelmiszer biztonsági szempontból az FB1 a legfontosabb, amely az FB analógok 70-80%-át képviseli. A különböző fumonizin-csoportba tartozó analógokat nehéz kimutatni a hagyományos elválasztás-technikai eljárásokkal. Az általunk használt érzékeny, szelektív módszerek (RP-HPLC/ESI-TOFMS, RP-HPLC/ESI-IT-MS) esetében csökkent a műtermék képződés lehetősége, valamint a gombatenyészetekből készített kivonatok további tisztítás nélkül használhatók eddig ismeretlen fumonizin analógok kimutatására azonosítására. Optimizáltuk az RP-HPLC elválasztás, valamint a F. verticillioides tenyészetekből történő fumonizinek kivonásának paramétereit. Vizsgálataink során többek között 28 FB1 izomert, új FB5 izomereket, észterezett FB1 komponenseket azonosítottunk. Hatvan hazai F. verticillioides törzs fumonizin-termelésének vizsgálata során három kemotípus létezését bizonyítottuk. PCR módszert alkalmaztunk fuzárium-fajok és fumonizin-termelő fuzárium-törzsek azonosítására. Fumonizin-termelő F. verticillioides törzsek dimorfizmusát bizonyítottuk. Folyamatban van a moniliformin kimutatása.
Results in English
The fumonisins are a group of polyketide-derived, structurally related mycotoxins producing mainly by Fusarium verticillioides, which can cause disease in plants and animals. The fumonisin analogs can classified into four main groups, identified as the fumonisin series A, B, C and P. The fumonisin B (FB) analogs, comprising toxicologically important FB1 is most abundant naturally occurring fumonisins. The lesser known fumonisin analogs are difficult to detect with most analytical techniques, but they can be analyzed by RP-HPLC/ESI-TOFMS and RP_HPLC/ESI-IT-MS. The detection of 28 FB1 isomers, new FB5 isomers and esterified FB1 toxins yield further data for a more detailed knowledge of their biosynthesis. Our results demonstrate the amount of the examined new fumonisins and fumonisin-like compounds is 20 percents of the described fumonisins, which is a remarkable amount to consider their potential toxicity. According to our results we have identified naturally occuring variants (chemotypes) of fumonisin and moniliformin producing isolates of F. verticillioides. PCR analysis with species-specific primers confirmed morphological identification of F. verticillioideas and other Fusaria. The VERT1/2 set of primers were used to discriminate potential fumonisin producing strain of F. verticillioides. A study was carried out on the distributed and diversity of Fusarium species associated with non-agricultural grasses in Hungary. The yeast-like form of F. verticillioides is discussed.
Decision
Yes
List of publications
Szécsi Á, Szekeres A, Bartók T, Oros G, Bartók M, Mesterházy Á: Fumonisin B1-4-producing capacity of Hungarian Fusarium verticillioides isolates, World Mycotoxin J 3: 67-76, 2010
Bartók T, Tölgyesi L, Szécsi Á, Varga J, Bartók M, Mesterházy Á, Gyimes E, Véha A: Identification of unknown isomers of fumonisin B mycotoxin in a Fusarium verticillioides culture by high-performance liquid chromatography/electrospray ionization time-of, J Liquid Cromatography Related Technology, 2012
Bartók T, Tölgyesi L, Szekeres A, Varga M, Bartha R, Szécsi Á, Bartók M, Mesterházy Á: Detection and characterization of tenty-eight isomers of fumonisin B1 (FB1) mycotoxin in a solid rice culture infected with Fusarium verticillioides by reversed-phase high-performance liquid chromatography/electrospray ionization time-of-flight and ion trap mass spectrometry, Rapid Commun Mass Spectrometry 24: 35-42, 2010
Bartók T, Tölgyesi L, Mesterházy Á, Bartók M, Szécsi Á: Identification of the first fumonisin mycotoxins with three acyl groups by ESI-ITMS and ESI-TOFMS following RP-HPLC separation: palmitoyl, linoleoyl and oleoyl EFB1 fumonisin isomers from a solid culture of Fusarium verticillioides, Food Addit Contam 27: 1714-1723, 2010
Bartók T, Tölgyesi L, Szécsi Á, Varga J, Bartók M, Mesterházy Á, Gyimes E, Véha A: Identification of unknown isomers of fumonisin B5 mycotoxin in a Fusarium verticillioides culture by high-performance liquid chromatography/electrospray ionization time-of-flight and ion trap mass spectrometry, J Liquid Cromatog Related Technolog DOI: 10.1080/10826076.2012.692151, 2013
Koncz Zs, Naár Z, Kiss A, Szécsi Á: PCR-based assays for the identification of enniatin-producing Fusarium species associated to wheat, Acta Alimentaria 38: 483-492, 2009
Magyar D, Szőke Cs, Koncz Zs, Szécsi Á, Bobvos J: Identification of airborne propagules of the Gibberella fujikuroi species complex during maize production, Aerobiologia 28: 263-271, 2012
Szécsi Á, Magyar D, Tóth S, Szőke Cs: Poaceae: A rich source of endophytic Fusaria, Acta Phytopathol Entomol Hung 48: 19-32, 2013
Szécsi Á, Koncz Zs, Magyar D: Morphological and molecular identification of airborne Fusarium propagules trapped in a maize field in Hungary, Acta Phytopathol Entomol Hung 46: 175-184, 2011
Szécsi Á, Magyar D: Yeast-mycelium dimorphism in fumonisin-producing Fusarium verticillioides, Acta Phytopath Entomol Hung 46: 185-190, 2011
Szekeres A, Lorántfy L, Bencsik O, Keckeméti A, Szécsi Á, Mesterházy Á, Vágvölgyi C: Rapid purification method for fumonisin B1 using centrifugal partition chromatography, Food Addit Contam Part A 30: 147-155, 2013
