Микрофлюидное устройство для быстрой диагностики дефицита фосфора у растений

Растения сталкиваются с биотическими и абиотическими стрессами, влияющими на их продуктивность. Для своевременной диагностики разрабатываются различные сенсоры. В качестве биомаркера фосфорного голодания рассматривается микроРНК miR399, критичная для фосфатного гомеостаза.

Существующие методы детекции miRNA (северный блоттинг, микрочипы, ПЦР в реальном времени) часто сложны и длительны. Микрофлюидные технологии для постановки диагноза у растения (point-of-care, POC) обещают быструю, простую и чувствительную детекцию.

В марте 2024 в Plant Phenomics вышла статья о новой системе на основе микрофлюидного устройства. Оно предназначено для простой диагностики условий роста растений путём обнаружения miRNA из профильтрованных экстрактов.

Принцип работы и результаты

• Устройство использует микрофлюидные каналы для иммобилизации ДНК на стеклянной поверхности, создавая зоны с ДНК-зондами.
• Детекция целевой miRNA (miR399c) происходит методом сэндвич-гибридизации.
• Система показала высокую специфичность и способность обнаруживать искусственно синтезированную miR399c даже при низких концентрациях.
• Эффективность подтверждена на экстрактах листьев томата. Для повышения чувствительности использовали ингибиторы RNase, буферы с DTT и фильтрацию по размеру.
• Устройство успешно детектировало эндогенные miRNA (sly-miR399) в томатах, выявив повышение их экспрессии в условиях дефицита фосфора.
• В культивационных экспериментах устройство доказало способность диагностировать стресс от недостатка фосфора, позволяя своевременно корректировать питание.

Значение и перспективы

Разработка представляет значительный прогресс в феноменике растений. Устройство предлагает практический инструмент для ранней диагностики дефицита питательных веществ. Его простота, точность и потенциал для POC-диагностики подчёркивают ценность для устойчивого сельского хозяйства и точного земледелия, способствуя раннему вмешательству и обоснованному управлению культурами.

Остаются задачи по адаптации технологии для широкого сельскохозяйственного использования, что требует дальнейших исследований.