Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
* Эти авторы внесли равный вклад
В этой работе был разработан быстрый, чувствительный и портативный метод обнаружения Candidatus Liberibacter asiaticus на основе амплификации полимеразы рекомбиназы в сочетании с CRISPR-Cas12a.
Раннее выявление Candidatus Liberibacter asiaticus (CLas) производителями цитрусовых облегчает раннее вмешательство и предотвращает распространение заболевания. Здесь представлен простой метод быстрой и портативной диагностики Huanglongbing (HLB), который сочетает в себе амплификацию полимеразы рекомбиназы и флуоресцентный репортер, использующий нуклеазную активность кластеризованной регулярно интерраспространенной короткой палиндромной системы / CRISPR-ассоциированных 12a (CRISPR-Cas12a). Чувствительность этой методики намного выше, чем ПЦР. Кроме того, этот метод показал результаты, аналогичные qPCR, когда использовались образцы листьев. По сравнению с обычными методами обнаружения CLas, метод обнаружения, представленный здесь, может быть завершен за 90 мин и работает в изотермическом состоянии, не требующем использования аппаратов ПЦР. Кроме того, результаты могут быть визуализированы с помощью портативного флуоресцентного устройства обнаружения в полевых условиях.
Хуанлунбин (HLB) является одним из самых проблемных цитрусовых заболеваний во всем мире1. HLB вызывается флоэмно-колонизирующими и привередливыми бактериями Candidatus Liberibacter spp., включая Candidatus Liberibacter asiaticus (CLas), Ca. L. africanus и Ca. L. americanus2. Наиболее распространенным HLB-ассоциированным видом в Китае и США является CLas, который передается азиатскими цитрусовыми псиллидами (Diaphorina citri) или через прививку3. После заражения CLas цитрусовые деревья демонстрируют снижение роста до смерти2. Общими симптомами листьев цитрусовых, инфицированных CLas, являются пятнистая пятнистость, зеленые островки (маленькие круглые темно-зеленые точки), приподнятые пробковые прожилки на более толстых и кожистых листьях и неоднородные желтеющие побеги2. Кроме того, плоды, зараженные КЛА, кажутся мелкими и однобокими2.
Поскольку ни один сорт цитрусовых не устойчив к HLB и нет терапевтического лечения HLB, профилактика HLB требует карантина и изоляции CLas-положительных цитрусовых деревьев 2,3. Поэтому раннее выявление имеет решающее значение для мониторинга и карантина, чтобы предотвратить распространение CLas и минимизировать экономические потери3. Кроме того, необходимо обнаружение чувствительных CLas из-за низкого титра CLas у растений на ранней стадии инфекции3. В Китае обнаружение CLas обычно проводится определенными сертифицированными испытательными центрами. Тем не менее, процесс обнаружения обычно занимает не менее 1 недели, а плата за обнаружение стоит дорого. Таким образом, чтобы помочь контролировать заболеваемость HLB
Для диагностики HLB 4,5,6,7,8,9 были применены различные технологии. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) и количественная ПЦР (qPCR) являются наиболее используемыми инструментами для обнаружения CLas из-за их высокой чувствительности и специфичности 4,5. Однако эти технологии в значительной степени зависят от дорогостоящих инструментов и высококвалифицированного персонала. Кроме того, несколько методов изотермической амплификации, таких как петлевая изотермическая амплификация (LAMP), были разработаны в качестве привлекательных альтернатив традиционным методам ПЦР из-за их простоты, быстроты и низкой стоимости 8,9,10. Тем не менее, трудно применить их для точного обнаружения CA из-за неспецифических сигналов усиления, которые могут привести к ложноположительным результатам.
РНК-управляемый CRISPR/Cas (кластеризованный регулярно чередующийся короткие палиндромные повторы/CRISPR-ассоциированный) обнаружение нуклеиновых кислот на основе эндонуклеазы было разработано как технология молекулярной диагностики следующего поколения благодаря своей высокой чувствительности, специфичности и надежности 11,12,13,14. Эти технологии диагностики CRISPR/Cas основаны на коллатеральной нуклеазной активности белков Cas для расщепления одноцепочечной ДНК (ssDNA), модифицированной флуоресцентным репортером и флуоресцентным гасителем на каждом конце олигонуклеотидов, а также на устройстве обнаружения флуоресценции для захвата выпущенного флуоресцентного репортера11,12 . Нуклеазная активность нескольких эффекторов Cas, активированных дуплексом-мишенью CRISPR РНК (crRNA), может без разбора расщеплять окружающую нецелевую ssDNA11. CRISPR-Cas12a (также называемая Cpf 1), система V-A CRISPR/Cas типа класса 2, демонстрирует несколько преимуществ по сравнению с Cas9, таких как более низкий допуск на несоответствие и большая специфичность13. Система Cas12a/crRNA была применена для чувствительного и специфического обнаружения нуклеиновых кислот патогенов человека и фитопатогенов 14,15,16,17,18. Поэтому использование системы Cas12a/crRNA должно обеспечить точное и чувствительное обнаружение нуклеиновой кислоты CLas.
Cas12a сам по себе недостаточно теоретически чувствителен для обнаружения низких уровней нуклеиновых кислот. Поэтому, чтобы улучшить чувствительность обнаружения, обнаружение CRISPR-Cas12a обычно сочетается с изотермической стадией усиления14,15. Амплификация рекомбиназы полимеразы (RPA) обеспечивает чувствительную и быструю изотермическую амплификацию ДНК в диапазоне температур от 37 °C до 42 °C19.
Недавно была разработана платформа обнаружения под названием DETECTR (DNA Endonuclease Targeted CRISPR Trans Reporter), которая сочетает в себе активность ДНКазы Cas12a с RPA и флуоресцентным считыванием12 и, как было показано, обнаруживает нуклеиновые кислоты с более высокой чувствительностью20. Кроме того, флуоресцентный сигнал, излучаемый положительными образцами, можно наблюдать через портативное устройство обнаружения флуоресценции в полевых условиях.
Поскольку мы амплировали ДНК с помощью RPA, разработали crRNA, нацеленную на пятикопийный ген nrdB (рибонуклеотидредуктаза β-субъединица), специфичный для CLas21, и использовали активность ДНКазы белка Cas12a, мы назвали этот метод обнаружения CLas CLas-DETECTR. По сравнению с существующими методами обнаружения CA, CLas-DETECTR является быстрым, точным, чувствительным и развертываемым.
1. Конструкция CLas-DETECTR
ПРИМЕЧАНИЕ: Построение CLas-DETECTR представляет собой четырехэтапный процесс: приготовление раствора, полная изоляция ДНК цитрусовых, изотермическая амплификация ДНК и визуализация результатов. Схема анализа CLas-DETECTR проиллюстрирована на рисунке 1А.
2. Тест на специфичность
ПРИМЕЧАНИЕ: Для проверки специфичности CLas-DETECTR ризосферная бактерия Agrobacterium tumefaciens GV3101, Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc) и штамм Burkholderia stabilis 1440, выделенные в лаборатории24 , были подвергнуты тесту CLas-DETECTR.
ПРИМЕЧАНИЕ: Candidatus Liberibacter (CLas) не может быть культивирован. Получить ДНК CLas можно только путем извлечения геномной ДНК из цитрусовых тканей, инфицированных CLas. Xcc является возбудителем другого важного заболевания цитрусовых, цитрусовой язвы. Штамм Burkholderia stabilis 1440 представляет собой анти-Xcc бактерию, выделенную в лаборатории. Поэтому использовались чистые штаммы для всех этих трех бактерий.
3. Сравнение чувствительности
4. Обнаружение образцов
ПРИМЕЧАНИЕ: После теста на специфичность и чувствительность метод CLas-DETECTR был использован для обнаружения присутствия CLas в полевых образцах листьев, собранных из сладких апельсиновых деревьев Ньюхолла, выращенных в питомнике ресурсов зародышевой плазмы в кампусе Gannan Normal University, Цзянси, Китай. Для проверки результатов была выполнена qPCR.
Здесь мы описали портативную платформу CLas-DETECTR, объединяющую системы RPA и CRISPR-Cas12a для диагностики HLB в полевых условиях. Схема CLas-DETECTR проиллюстрирована на рисунке 1A.
Когда образцы листьев из деревьев Ньюхолла, инфицированных HLB и HLB-неинфицированных (
Это исследование представляет собой быстрый и портативный метод обнаружения CA под названием CLas-DETECTR, который сочетает в себе системы RPA и CRISPR-Cas12a. Рабочий процесс показан на рисунке 1. CLas-DETECTR обнаруживает CA со специфичностью и чувствительностью (рисунок 2 ...
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.
Эта работа была финансово поддержана Национальной ключевой программой исследований и разработок Китая (2021YFD1400805), Программой исследований и разработок в области науки и техники провинции Цзянси (20194ABC28007), проектами Департамента образования Цзянси (GJJ201449) и Совместными инновациями современных сельскохозяйственных научных исследований в провинции Цзянси (JXXTCX2015002(3 +2)-003).
Name | Company | Catalog Number | Comments | |
AxyPrep DNA Gel Extraction Kit | Corning | 09319KE1 | China | |
Bacterial Genomic DNA Extraction Kit | Solarbio | D1600 | China | |
EnGen LbCas12a | TOLOBIO | 32104-01 | China | |
Ex Taq Version 2.0 plus dye | TaKaRa | RR902A | China | |
Handheld fluorescent detection device | LUYOR | 3415RG | China | |
Hole puncher | Deli | 114 | China | |
Magnesium acetate, MgOAc | TwistDx | TABAS03KIT | UK | |
NaOH | SCR | 10019718 | China | |
NEB buffer 3.1 | NEB | B7203 | USA | |
PCR strip tubes | LABSELECT | PST-0208-FT-C | China | |
PEG 200 | Sigma | P3015 | USA | |
PrimeSTAR Max DNA Polymeras | TaKaRa | R045A | China | |
Quick-Load Purple 1 kb Plus DNA Ladder | New England Biolabs | N0550S | USA | |
TB Green Premix Ex Taq II (Tli RNaseH Plus) | TaKaRa | RR820B | China | |
TwistAmp Basic | TwistDx | TABAS03KIT | UK |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеСмотреть дополнительные статьи
This article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены