研究人員開發(fā)了一種新技術(shù)，使用微針貼片在一分鐘內(nèi)從植物組織中收集DNA的方法，而傳統(tǒng)DNA提取技術(shù)需要至少數(shù)個(gè)小時(shí)。 DNA提取是鑒定植物病害的第一步，新方法有助于開發(fā)小型化以及可以用于現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)檢測(cè)的植物病害診斷工具。
北卡羅萊納州立大學(xué)化學(xué)和生物分子工程系助理教授，同時(shí)也是文章的通訊作者魏青山教授說：“當(dāng)農(nóng)民發(fā)現(xiàn)田間可能出現(xiàn)的植物病害，如馬鈴薯晚疫病時(shí)，他們想馬上知道它是什么疾病。快速檢測(cè)對(duì)于控制植物病害的迅速傳播非常重要。”
"而快速檢測(cè)的障礙之一是從植物樣品中提取高質(zhì)量的DNA，我們的技術(shù)為這一問題提供了一個(gè)快速、簡(jiǎn)單的解決方案。"魏青山說。
"一些植物病害有類似的癥狀。如導(dǎo)致歷史上著名的愛爾蘭饑荒的馬鈴薯晚疫病（Phytophthora infestans），以及由姊妹物種Phytophthora nicotianae引起的疫病癥狀就非常相似，"北卡羅萊納州立大學(xué)植物病理學(xué)系的杰出教授Jean Ristaino，同時(shí)也是論文的共同通訊作者說， "目前鑒定植物疾病的標(biāo)準(zhǔn)方法是DNA分子檢測(cè)。我們的新技術(shù)非常重要，因?yàn)樵趶臉悠分刑崛NA之前，你無法對(duì)P.infestans或任何其他植物病害菌株進(jìn)行擴(kuò)增或基因測(cè)定。”
通常，實(shí)驗(yàn)室使用一種稱為CTAB提取的方法從植物樣品中提取DNA。該方法必須在實(shí)驗(yàn)室中完成，需要大量設(shè)備，并且需要至少3-4小時(shí)。 CTAB提取是一個(gè)多步驟的過程，涉及從植物組織研磨到有機(jī)溶劑萃取和離心機(jī)純化的整個(gè)流程。
相比之下，新的DNA提取技術(shù)僅涉及微針貼片和水性緩沖溶液。郵票大小的微針貼片由一種低廉聚合物制成。 貼片一側(cè)的表面由數(shù)百個(gè)長0.8毫米的微針組成。
農(nóng)民或研究人員可以將微針貼片應(yīng)用于他們懷疑有病的植物。應(yīng)用時(shí)，只要將貼片按壓到植物葉面可疑區(qū)域幾秒鐘，然后將其剝離； 然后用緩沖溶液沖洗貼片，將微針頭上吸附的DNA遺傳物質(zhì)收集入無菌容器中。 整個(gè)過程大約需要一分鐘。
加州大學(xué)洛杉磯分校生物工程學(xué)教授、該論文的共同通訊作者顧臻說："很高興看到微針貼片技術(shù)在農(nóng)業(yè)和植物科學(xué)領(lǐng)域的新應(yīng)用。”
"在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，我們發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的CTAB提取相比，微針技術(shù)提取的樣品雜質(zhì)含量略高，"魏青山說。 "然而，微針技術(shù)的純度水平與實(shí)驗(yàn)室其他常用的DNA提取方法相當(dāng)。 最重要的是，我們發(fā)現(xiàn)微針和CTAB提取之間的輕微純度差異并沒有干擾后續(xù)DNA放大檢測(cè)的準(zhǔn)確度。”
"事實(shí)上，微針提取采樣體積偏小似乎不是問題，"Rajesh Paul說，他是北卡羅萊納州立大學(xué)化學(xué)和生物分子工程系的博士生，也是該論文的第一作者。 "在最近的一項(xiàng)盲測(cè)中，微針技術(shù)成功地從所有野外采集的受感染番茄葉片中提取了病原體DNA。”
"DNA提取一直是現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)檢測(cè)工具開發(fā)的一個(gè)重大障礙，"魏青山說。 "我們現(xiàn)在的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)集成的、低成本的現(xiàn)場(chǎng)便攜式設(shè)備，該設(shè)備可以執(zhí)行從采集樣本到識(shí)別病原體和報(bào)告化驗(yàn)結(jié)果的過程的每一步。”
該論文發(fā)表在《ACS Nano》雜志上，題為《用微針提取植物DNA進(jìn)行快速植物病害檢測(cè)》。 該論文共同作者還包括Ristaino實(shí)驗(yàn)室的研究員Amanda Saville和研究生Jeana Hansel、北卡羅萊納州立大學(xué)本科生Carmin Ball和Alyssa Williams、北卡聯(lián)合生物醫(yī)學(xué)工程系前研究生Yanqi Ye 、天津大學(xué)訪問學(xué)生Xinyuan Chang、以及加州大學(xué)洛杉磯分校博士后研究員Guojun Chen。
