Forskare har utvecklat en ny teknik som använder mikronålspatchar för att samla DNA från växtvävnader på en minut, snarare än de timmar som behövs för konventionella tekniker. DNA-extraktion är det första steget för att identifiera växtsjukdomar, och den nya metoden lovar utvecklingen av verktyg för upptäckt av växtsjukdomar på plats.

"När bönder upptäcker en möjlig växtsjukdom i fältet, såsom potatis senröda, de vill veta vad det är direkt; snabb upptäckt kan vara viktigt för att ta itu med växtsjukdomar som sprider sig snabbt, säger Qingshan Wei, en biträdande professor i kemikalie- och biomolekylteknik vid North Carolina State University och motsvarande författare till en uppsats om arbetet.

"Ett av hindren för snabb upptäckt är den tid det tar att extrahera DNA från ett växtprov, och vår teknik ger en snabb, enkel lösning på det problemet, " säger Wei.

"Vissa växtsjukdomar har liknande lövssymptom, t.ex. senblodsår orsakad av den berömda irländska svältpatogenen Phytophthora infestans , och Phytophthora pest orsakad av en systerart P. nicotianae , "säger Jean Ristaino, William Neal Reynolds, framstående professor i växtpatologi vid NC State och medförfattare av tidningen. "Guldstandarden för sjukdomsidentifiering är en molekylär analys. Vår nya teknik är viktig eftersom du inte kan köra en amplifierings- eller genotypningsanalys på stammar av P. infestans , eller någon annan växtsjukdom, tills du har extraherat DNA från provet."

Vanligtvis, DNA extraheras från ett växtprov med en metod som kallas CTAB-extraktion, som måste göras i ett labb, kräver mycket utrustning, och tar minst 3 till 4 timmar. CTAB-extraktion är en flerstegsprocess som involverar allt från vävnadsmalning till organiska lösningsmedel och centrifuger.

Däremot den nya DNA-extraktionstekniken involverar endast ett mikronålsplåster och en vattenhaltig buffertlösning. Plåstret är ungefär lika stort som ett frimärke och är gjord av en billig polymer. Ytan på lappens ena sida består av hundratals nålar som bara är 0,8 millimeter långa.

En bonde eller forskare kan applicera mikronålspåsen på en växt som de misstänker är sjuk, håll plåstret på plats i några sekunder, ta sedan bort den. Plåstret sköljs sedan med buffertlösningen, tvätta genetiskt material från mikronålarna och in i en steril behållare. Hela processen tar ungefär en minut.

"Det är spännande att se den nya tillämpningen av microneedle patch-teknologi inom jordbruk och växtvetenskap, "säger Zhen Gu, professor i bioingenjör vid University of California, Los Angeles och medkorrespondent författare till tidningen, som utvecklade flera mikronålbaserade läkemedelsleveranssystem för människors hälsa.

"I experimentella tester, vi fann att mikronålstekniken resulterar i något högre nivåer av föroreningar i provet, jämfört med CTAB, "Säger Wei." Men mikronålteknikens renhetsnivåer var jämförbara med andra, validerade laboratoriemetoder för DNA -extraktion. Viktigast, vi fann att den lilla skillnaden i renhetsnivåer mellan mikronål- och CTAB-proverna inte stör förmågan att noggrant testa proverna med en PCR- eller LAMP-analys."

"Det faktum att mikronålar extraherar en mindre provtagningsvolym verkar inte vara ett problem, "säger Rajesh Paul, en Ph.D. student vid NC State och första författare till uppsatsen. "Mikronålstekniken extraherade framgångsrikt patogen-DNA från alla fältinsamlade infekterade tomatblad i ett blindtest nyligen."

"DNA-extraktion har varit ett betydande hinder för utvecklingen av testverktyg på plats, " säger Wei. "Vi går nu framåt med målet att skapa en integrerad, låg kostnad, fältbärbar enhet som kan utföra varje steg i processen från att ta provet till att identifiera patogenen och rapportera resultaten av en analys. "

Pappret, "Extraktion av växt-DNA med Microneedle Patch för snabb upptäckt av växtsjukdomar, " publiceras i tidskriften ACS Nano .