ACS Nano:微针贴片技术用于农作物,加速植物病害检测
北卡州立大学 · 2019/06/13
研究人员开发了一种新技术,使用微针贴片在一分钟内从植物组织中收集DNA的方法,而传统DNA提取技术需要至少数个小时。

研究人员开发了一种新技术,使用微针贴片在一分钟内从植物组织中收集DNA的方法,而传统DNA提取技术需要至少数个小时。 DNA提取是鉴定植物病害的第一步,新方法有助于开发小型化以及可以用于现场即时检测的植物病害诊断工具。


北卡罗莱纳州立大学化学和生物分子工程系助理教授,同时也是文章的通讯作者魏青山教授说:“当农民发现田间可能出现的植物病害,如马铃薯晚疫病时,他们想马上知道它是什么疾病。快速检测对于控制植物病害的迅速传播非常重要。”


"而快速检测的障碍之一是从植物样品中提取高质量的DNA,我们的技术为这一问题提供了一个快速、简单的解决方案。"魏青山说。

"一些植物病害有类似的症状。如导致历史上著名的爱尔兰饥荒的马铃薯晚疫病(Phytophthora infestans),以及由姊妹物种Phytophthora nicotianae引起的疫病症状就非常相似,"北卡罗莱纳州立大学植物病理学系的杰出教授Jean Ristaino,同时也是论文的共同通讯作者说, "目前鉴定植物疾病的标准方法是DNA分子检测。我们的新技术非常重要,因为在从样品中提取DNA之前,你无法对P.infestans或任何其他植物病害菌株进行扩增或基因测定。”

通常,实验室使用一种称为CTAB提取的方法从植物样品中提取DNA。该方法必须在实验室中完成,需要大量设备,并且需要至少3-4小时。 CTAB提取是一个多步骤的过程,涉及从植物组织研磨到有机溶剂萃取和离心机纯化的整个流程。

相比之下,新的DNA提取技术仅涉及微针贴片和水性缓冲溶液。邮票大小的微针贴片由一种低廉聚合物制成。 贴片一侧的表面由数百个长0.8毫米的微针组成。

农民或研究人员可以将微针贴片应用于他们怀疑有病的植物。应用时,只要将贴片按压到植物叶面可疑区域几秒钟,然后将其剥离; 然后用缓冲溶液冲洗贴片,将微针头上吸附的DNA遗传物质收集入无菌容器中。 整个过程大约需要一分钟。

加州大学洛杉矶分校生物工程学教授、该论文的共同通讯作者顾臻说:"很高兴看到微针贴片技术在农业和植物科学领域的新应用。”

"在实验测试中,我们发现与传统的CTAB提取相比,微针技术提取的样品杂质含量略高,"魏青山说。 "然而,微针技术的纯度水平与实验室其他常用的DNA提取方法相当。 最重要的是,我们发现微针和CTAB提取之间的轻微纯度差异并没有干扰后续DNA放大检测的准确度。”


"事实上,微针提取采样体积偏小似乎不是问题,"Rajesh Paul说,他是北卡罗莱纳州立大学化学和生物分子工程系的博士生,也是该论文的第一作者。 "在最近的一项盲测中,微针技术成功地从所有野外采集的受感染番茄叶片中提取了病原体DNA。”

"DNA提取一直是现场即时检测工具开发的一个重大障碍,"魏青山说。 "我们现在的目标是创建一个集成的、低成本的现场便携式设备,该设备可以执行从采集样本到识别病原体和报告化验结果的过程的每一步。”

该论文发表在《ACS Nano》杂志上,题为《用微针提取植物DNA进行快速植物病害检测》。 该论文共同作者还包括Ristaino实验室的研究员Amanda Saville和研究生Jeana Hansel、北卡罗莱纳州立大学本科生Carmin Ball和Alyssa Williams、北卡联合生物医学工程系前研究生Yanqi Ye 、天津大学访问学生Xinyuan Chang、以及加州大学洛杉矶分校博士后研究员Guojun Chen。


https://doi.org/10.1021/acsnano.9b00193

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