Новый метод с микроножками ускоряет выявление болезней растений

Исследователи разработали метод, который использует пластыри с микроножками для сбора ДНК из тканей растений за одну минуту вместо часов, требуемых традиционными методами. Экстракция ДНК — первый шаг в идентификации болезней растений, и новый метод открывает перспективы для создания инструментов для их обнаружения прямо в поле.

"Когда фермеры обнаруживают возможное заболевание в поле, например, фитофтороз картофеля, они хотят знать, что это такое, немедленно; быстрое обнаружение может быть критически важно для борьбы с болезнями, которые быстро распространяются", — говорит Циншань Вэй, соавтор исследования.

"Одним из препятствий для быстрого обнаружения является время, необходимое для экстракции ДНК из образца растения, и наш метод предлагает быстрое и простое решение этой проблемы", — добавляет Вэй.

"Некоторые болезни растений имеют схожие симптомы на листьях, например, фитофтороз, вызываемый печально известным патогеном Phytophthora infestans, и фитофтороз, вызываемый родственным видом P. nicotianae", — объясняет соавтор работы Жан Ристайно. "Золотым стандартом идентификации болезни является молекулярный анализ. Наш новый метод важен, потому что нельзя провести ПЦР-амплификацию или генотипирование штаммов P. infestans или любого другого заболевания, пока не извлечена ДНК из образца".

Обычно ДНК извлекают из образца растения методом CTAB-экстракции, который необходимо проводить в лаборатории, он требует много оборудования и занимает не менее 3–4 часов. Это многоступенчатый процесс, включающий измельчение ткани, использование органических растворителей и центрифуги.

В отличие от этого, новая техника экстракции ДНК включает только пластырь с микроножками и водный буферный раствор. Пластырь размером с почтовую марку сделан из недорогого полимера. На одной его стороне расположены сотни игл длиной всего 0,8 миллиметра.

Фермер или исследователь может приложить пластырь к растению, подозреваемому в заболевании, подержать его несколько секунд, а затем отклеить. После этого пластырь промывают буферным раствором, смывая генетический материал с микроножек в стерильный контейнер. Весь процесс занимает около минуты.

"В экспериментальных тестах мы обнаружили, что метод с микроножками действительно приводит к немного более высокому уровню примесей в образце по сравнению с CTAB", — говорит Вэй. "Однако уровень чистоты при использовании микроножек был сопоставим с другими проверенными лабораторными методами экстракции ДНК. Что важнее всего, мы выяснили, что небольшая разница в чистоте между образцами, полученными двумя методами, не мешает точному тестированию с помощью ПЦР или LAMP-анализа".

"Тот факт, что микроножки извлекают меньший объем образца, по-видимому, не является проблемой", — отмечает Раджеш Пол, первый автор статьи. "Метод с микроножками успешно извлек ДНК патогена из всех собранных в поле зараженных листьев томата в недавнем слепом тесте".

"Экстракция ДНК была значительным препятствием для разработки инструментов для полевого тестирования", — говорит Вэй. "Теперь мы движемся вперед с целью создания интегрированного, недорогого, портативного полевого устройства, которое сможет выполнять каждый шаг процесса: от взятия образца до идентификации патогена и выдачи результатов анализа".

Статья "Extraction of Plant DNA by Microneedle Patch for Rapid Detection of Plant Diseases" опубликована в журнале ACS Nano.