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Automatización del procesamiento de yemas de cítricos para la detección de patógenos posteriores a través de la ingeniería de instrumentos

DOI:

10.3791/65159

⸱

April 21st, 2023

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1Department of Microbiology and Plant Pathology, University of California Riverside, 2Technology Evolving Solutions (TES), 3Department of Bioengineering, University of California Riverside, 4Ecole Supérieure d'Ingénieurs Léonard de Vinci ESILV, 5University of California Riverside, 6California Agriculture and Food Enterprise (CAFÉ), University of California Riverside

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Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Diseñamos, fabricamos y validamos un instrumento que procesa rápidamente tejidos de yemas cítricas de corteza ricos en floema. En comparación con los métodos actuales, el extractor de tejido de yemas (BTE) ha aumentado el rendimiento de las muestras y ha disminuido los costes de mano de obra y equipos necesarios.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los patógenos de los cítricos transmisibles y limitados por el floema, como los virus, los viroides y las bacterias, son responsables de epidemias devastadoras y graves pérdidas económicas en todo el mundo. Por ejemplo, el virus de la tristeza de los cítricos mató a más de 100 millones de árboles de cítricos en todo el mundo, mientras que el "Candidatus Liberibacter asiaticus" le ha costado a Florida $ 9 mil millones. El uso de yemas de cítricos sometidas a pruebas de patógenos para la propagación de árboles es clave para el manejo de dichos patógenos. El Programa de Protección Clonal de Cítricos (CCPP, por sus siglas en inglés) de la Universidad de California, Riverside, utiliza ensayos de reacción en cadena de la polimerasa (PCR, por sus siglas en inglés) para analizar miles de muestras de árboles fuente de yemas de cítricos cada año para proteger los cítricos de California y proporcionar unidades de propagación limpia a la Red Nacional de Plantas Limpias. Un grave cuello de botella en la detección molecular de alto rendimiento de virus y viroides cítricos es el paso de procesamiento de tejidos vegetales.

La preparación adecuada de los tejidos es fundamental para la extracción de ácidos nucleicos de calidad y su uso posterior en los ensayos de PCR. El picado, pesaje, liofilización, molienda y centrifugación de tejidos vegetales a bajas temperaturas para evitar la degradación de ácidos nucleicos requiere mucho tiempo y mano de obra y requiere equipos de laboratorio costosos y especializados. Este artículo presenta la validación de un instrumento especializado diseñado para procesar rápidamente tejidos de corteza ricos en floema a partir de yemas de cítricos, denominado extractor de tejido de yemas (BTE). El BTE aumenta el rendimiento de las muestras en un 100% en comparación con los métodos actuales. Además, disminuye la mano de obra y el costo del equipo. En este trabajo, las muestras de BTE tuvieron un rendimiento de ADN (80,25 ng/μL) que fue comparable con el protocolo de corte manual del CCPP (77,84 ng/μL). Este instrumento y el protocolo de procesamiento rápido de tejidos vegetales pueden beneficiar a varios laboratorios y programas de diagnóstico de cítricos en California y convertirse en un sistema modelo para el procesamiento de tejidos para otros cultivos leñosos perennes en todo el mundo.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los patógenos de los cítricos limitados por floema transmisibles por injerto, como los viroides, los virus y las bacterias, han causado epidemias devastadoras y graves pérdidas económicas en todas las zonas productoras de cítricos del mundo. Los viroides de los cítricos son factores limitantes de la producción debido a las enfermedades de exocortis y caquexia que causan en los tipos de cítricos económicamente importantes, como los trifoliados, los híbridos trifoliados, las mandarinas, las clementinas y las mandarinas 1,2,3. En California, estos tipos de cítricos sensibles a los viroides son la base del creciente y rentable mercado de los "peladores fáciles", siguiendo la tendencia cambiante en la preferencia de los consumidores por frutas fáciles de pelar, segmentadas y sin semillas 4,5,6. Por lo tanto, los viroides de los cítricos están regulados por el Departamento de Alimentos y Agricultura de California (CDFA, por sus siglas en inglés) "Programa de Limpieza de Plagas de Plantas de Vivero-Proyecto de Ley del Senado 140", y los laboratorios de la División de Diagnóstico de Plagas de Plantas del CDFA realizan miles de pruebas de viroides de cítricos anualmente 7,8,9,10 . El virus de la tristeza de los cítricos (CTV) ha sido responsable de la muerte de más de 100 millones de árboles de cítricos desde el comienzo de la epidemia mundial en la década de 1930 3,9,10,11. En California, los aislados del virus de la resistencia a la rotura del tallo y a la rotura trifoliada representan una seria amenaza para la industria de cítricos de California de $3.6 mil millones12,13,14. En consecuencia, el CDFA clasifica al CTV como una plaga vegetal de clase A regulada, y el laboratorio de la Agencia de Erradicación de la Tristeza de California Central (CCTEA, por sus siglas en inglés) realiza extensos estudios de campo y miles de pruebas de virus cada año15,16. Se estima que la bacteria "Candidatus Liberibacter asiaticus" (CLas) y la enfermedad huanglongbing (HLB) han causado cerca de $9 mil millones de daños económicos a Florida como resultado de una reducción del 40% de la superficie de cítricos, una disminución del 57% en las operaciones de cítricos y una pérdida de casi 8,000puestos de trabajo. En California, se predijo que una hipotética reducción del 20% en la superficie de cítricos debido al HLB resultaría en la pérdida de más de 8,200 empleos y una reducción de más de 500 millones de dólares en el producto interno bruto del estado. Por lo tanto, el Programa de Prevención de Plagas y Enfermedades de los Cítricos gasta más de $40 millones anuales en encuestas para analizar, detectar y erradicar las CLas de California14,17,19,20.

Un elemento clave del manejo de viroides, virus y bacterias de los cítricos es el uso de materiales propagativos probados contra patógenos (es decir, yemas) para la producción de árboles. Las yemas de los cítricos sometidas a pruebas de patógenos se producen y mantienen en el marco de programas de cuarentena integrales que emplean técnicas avanzadas de eliminación y detección de patógenos10,21. El Programa de Protección Clonal de Cítricos (CCPP, por sus siglas en inglés) de la Universidad de California, Riverside, analiza miles de muestras de yemas cada año de variedades de cítricos recién importadas al estado y a los EE. UU., así como árboles fuente de yemas de cítricos, para proteger los cítricos de California y apoyar las funciones de la Red Nacional de Plantas Limpias para Cítricos10,17,22. Para manejar el gran volumen de pruebas de cítricos, los ensayos de detección de patógenos de alto rendimiento, confiables y rentables son un componente fundamental para el éxito de programas como el CCPP 7,10,22.

Si bien los ensayos de detección de patógenos basados en moléculas, como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), han permitido aumentos significativos en el rendimiento en los laboratorios de diagnóstico de plantas, en nuestra experiencia, uno de los cuellos de botella más críticos en la implementación de protocolos de alto rendimiento es el paso de procesamiento de muestras de tejido vegetal. Esto es particularmente cierto en el caso de los cítricos porque los protocolos disponibles actualmente para el procesamiento de tejidos ricos en floema, como los pecíolos de las hojas y la corteza de las yemas, requieren mucha mano de obra, mucho tiempo y equipos de laboratorio costosos y especializados. Estos protocolos requieren picado manual, pesaje, liofilización, molienda y centrifugación a bajas temperaturas para evitar la degradación de ácidos nucleicos 8,23,24. Por ejemplo, en el laboratorio de diagnóstico del CCPP, el procesamiento de muestras incluye (i) picado manual (6-9 muestras/h/operador), (ii) liofilización (16-24 h), (iii) pulverización (30-60 s) y (iv) centrifugación (1-2 h). El proceso también requiere suministros especializados (p. ej., tubos de seguridad de alta resistencia, bolas de molienda de acero inoxidable, adaptadores, cuchillas, guantes) y múltiples piezas de equipo de laboratorio costoso (p. ej., congelador ultrabajo, liofilizador, pulverizador de tejidos, crioestación de nitrógeno líquido, centrífuga refrigerada).

Como en cualquier industria, la ingeniería de equipos y la automatización de procesos son clave para reducir costos, aumentar el rendimiento y proporcionar productos y servicios uniformes y de alta calidad. La industria de los cítricos necesita instrumentos de procesamiento de tejidos de bajo costo que requieran una habilidad mínima para operar y, como tales, sean fáciles de transferir a los laboratorios de diagnóstico y a las operaciones de campo para permitir una alta capacidad de procesamiento de muestras para la rápida detección de patógenos aguas abajo. Technology Evolving Solutions (TES) y el CCPP desarrollaron (es decir, diseñaron y fabricaron) y validaron (es decir, probaron con muestras de cítricos y compararon con procedimientos de laboratorio estándar) un instrumento de bajo costo (es decir, eliminaron la necesidad de equipos de laboratorio especializados) para el procesamiento rápido de tejidos cítricos ricos en floema (es decir, yemas), llamado extractor de tejidos de yemas (BTE). Como se ve en la Figura 1, el BTE incluye un componente base para la potencia y los controles, además de una cámara extraíble para el procesamiento de las yemas de los cítricos. La cámara BTE está compuesta por una muela abrasiva diseñada específicamente para eliminar los tejidos de la corteza ricos en floema de las yemas de los cítricos. El tejido de la corteza triturada se expulsa rápidamente a través de un puerto deslizante a una jeringa que contiene tampón de extracción, se filtra y se prepara para la extracción y purificación de ácidos nucleicos sin ninguna manipulación o preparación adicional (Figura 1). El sistema BTE también incluye una aplicación de seguimiento de muestras sin papel y una aplicación de pesaje integrada, que registran la información de procesamiento de muestras en una base de datos en línea en tiempo real.

El sistema BTE ha aumentado la capacidad de diagnóstico de laboratorio del CCPP en más del 100% y ha producido sistemáticamente extractos de tejidos cítricos adecuados para la purificación de ácidos nucleicos de alta calidad y la detección posterior de patógenos de cítricos transmisibles por injerto mediante ensayos de PCR. Más específicamente, BTE ha reducido el tiempo de procesamiento de tejidos de más de 24 h a ~3 min por muestra, ha reemplazado instrumentos de laboratorio que cuestan más de $ 60,000 (Figura 2, pasos 2-4) y ha permitido el procesamiento de tamaños de muestra más grandes.

Este artículo presenta los datos de validación del procesamiento de tejidos de corteza de cítricos de alto rendimiento de BTE, la extracción de ácidos nucleicos y la detección de patógenos con muestras de yemas de cítricos de árboles fuente, incluidos todos los controles positivos y negativos apropiados de la Instalación de Cuarentena CCPP Rubidoux y la Instalación de la Fundación Lindcove, respectivamente. También presentamos los cambios en el rendimiento y el tiempo de procesamiento en comparación con el procedimiento de laboratorio actual (Figura 2). Además, este trabajo proporciona un protocolo detallado, paso a paso, para los laboratorios de pruebas de patógenos de cítricos y demuestra cómo el BTE puede apoyar las funciones de los programas de reproductores, encuestas y erradicación de plantas de cría de patógenos limpios.

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Figura 1: Extractor de tejido de yemas. El BTE incluye un componente base para la potencia y los controles, además de una cámara extraíble para el procesamiento de las yemas de los cítricos. La cámara BTE está compuesta por una muela abrasiva diseñada específicamente para eliminar los tejidos de la corteza ricos en floema de las yemas de los cítricos. El tejido de la corteza triturada se expulsa rápidamente a través de un puerto deslizante a una jeringa, se filtra y se prepara para la extracción y purificación de ácidos nucleicos sin ninguna manipulación o preparación adicional. Abreviatura: BTE = extractor de tejidos de yemas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 2: Comparación paso a paso entre el procedimiento convencional de laboratorio de corte manual y el procesamiento de BTE. El procesamiento de BTE implica el procesamiento de tejidos de corteza de cítricos de alto rendimiento, la extracción de ácidos nucleicos y la detección de patógenos. El tiempo de cada paso se indica entre paréntesis. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Protocol

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1. Recolección de las muestras de yemas de cítricos para enviar

  1. Envíe a Technology Evolving Solutions una hoja de cálculo de información de árboles para que la carguen en su servidor web (eventualmente, el usuario creará nuevos árboles).
  2. Use el rastreador TES de la aplicación de teléfono para seleccionar un árbol y sostenga una etiqueta de collar de comunicación de campo cercano (NFC) en el teléfono para cargar la información del árbol en la etiqueta.
  3. Inserte de tres a cuatro muestras de yemas de cítricos en el portabolsas de plástico compatible con BTE y ciérrelas con la tapa.
    1. Asegúrese de que la longitud de la yema no exceda las 8 pulgadas y no sea inferior a 5 pulgadas.
      1. Si la longitud es superior a 8 pulgadas, use una hoja de afeitar desechable estéril o unas tijeras de podar descontaminadas con una solución de lejía al 10% (hipoclorito de sodio al 1%) para acortarla.
      2. Si la longitud es inferior a 5 pulgadas, recoja una muestra diferente de yemas para ponerla en la bolsa.
    2. Asegúrese de eliminar cualquier crecimiento axilar o espinas grandes a mano o con herramientas de corte desinfectadas con lejía al 10% (hipoclorito de sodio al 1%).
      NOTA: Este paso es importante para que la yema sea más fácil de maniobrar en la abertura de la cámara.
    3. Asegúrese de que no haya muestras de yemas que tengan características curvas. Si lo hacen, retírelos con herramientas de corte desinfectadas con lejía al 10% (hipoclorito de sodio al 1%) y coloque en las bolsas BTE solo las porciones rectas de la muestra.
      NOTA: Las yemas curvas son muy difíciles de maniobrar en el instrumento, lo que da como resultado rayas desiguales en la corteza.
  4. Utilice la aplicación de teléfono TES tracker para escanear la etiqueta de collar NFC del árbol y vincularla con la etiqueta de clip NFC en la bolsa de muestras.
  5. Preste atención al grosor de la yema, ya que eso determina cómo el operador quitará la corteza de la yema rica en floema dentro de la cámara BTE.
    1. Si la yema tiene un grosor inferior a 0,20 pulgadas, tenga cuidado al quitar la yema porque los hilos giratorios de alta velocidad en la cámara pulverizarán toda la yema hasta su núcleo, más allá de la capa de corteza y en los tejidos de madera y médula no ricos en floema.
    2. Seleccione yemas más gruesas porque es más fácil pelar los tejidos de la corteza y evitar los tejidos de yemas no ricos en floema.
  6. Coloque las muestras en un contenedor de envío aislado con algunas bolsas de hielo.

2. Configuración en la campana extractora

NOTA: Es preferible operar el BTE dentro de una campana extractora. Esto reducirá el riesgo de contaminación cruzada de tejidos vegetales y contaminación de laboratorio.

  1. Desinfecte con una botella rociadora al 10% (hipoclorito de sodio al 10%).
    1. Rocía la superficie de la capucha y deja reposar la lejía durante aproximadamente 1 minuto antes de limpiarla con una toalla de papel.
    2. Rocía una toalla de papel con la solución de lejía. Limpie la base TE, los componentes de la báscula de peso (báscula, escudo de aire y torre) y un rotulador.
  2. Desenvuelva un juego de jeringas para el número de muestras que se van a procesar y colóquelas dentro de una caja de cartón cubierta.
  3. Tenga un paquete de hisopos disponibles fuera de la capucha en caso de que sean necesarios.
  4. Prepara la báscula.
    1. Retire la torre de pesas de la báscula y mantenga presionado el botón de encendido para encenderla. Coloque la torre en el centro de la escala después de que la escala muestre 0.
    2. Deslice el protector de aire de la báscula de peso sobre la parte delantera de la báscula.
  5. Prepare la base del extractor de tejidos accionando el interruptor en la parte posterior. Asegúrese de que el interruptor en el lado izquierdo de la caja esté presionado hacia abajo en la parte superior. Espere a que un LED verde parpadee, que indica que la cámara está lista.

3. Configure las estaciones de limpieza (Figura complementaria S1).

  1. Coloque 1 L de agua en el limpiador ultrasónico.
  2. Envuelva dos bolsas de basura sobre la parte superior del limpiador ultrasónico.
  3. Vierta ~ 5 L de lejía al 10% (solución de hipoclorito de sodio al 1%) en el limpiador ultrasónico.
  4. Llene la tina de agua con suficiente agua para sumergir una cámara.
  5. Encienda el compresor de aire y abra la válvula.
  6. Coloque un telón de fondo para atrapar el líquido mientras la cámara se seca.

4. Procesamiento del material para el BTE para el pelado de la corteza de la yema de los cítricos

  1. Cargue la cámara en la base BTE.
    1. Prepare la cámara BTE.
      1. Coloque una bolsa de muestra vacía en la parte posterior de la cámara. Utilice dos juntas tóricas para asegurar la bolsa vacía a la boquilla trasera de la cámara BTE.
      2. Inspeccione la hoja en busca de signos de desgaste o daño, como cortes que se forman en la hoja donde continúa en el plástico o cortes que se forman en la punta. Asegúrese de que la flecha de la hoja esté alineada con el símbolo de candado único.
      3. Asegúrese de que la liberación de aire en la parte inferior de la cámara esté girada hacia el símbolo O . Coloque la tapa transparente sobre la abertura de la cámara y deslice el portaobjetos BTE transparente sobre la cámara usando el riel a la derecha de la cámara. Empuje la cerradura en la parte inferior de la cámara hasta donde pueda entrar en la corredera. Asegúrese de que la tapa del émbolo esté montada en la parte superior de la guía.
    2. Coloque la cámara en la base BTE con la boquilla de la base BTE sobresaliendo en la parte posterior de la cámara. Espere a que el LED azul parpadee, lo que indica que la colocación se ha realizado correctamente.
  2. Cargue la muestra en la base BTE moviendo la pegatina blanca de la etiqueta de clip NFC a una Z en el lado derecho de la caja. Mueva la etiqueta con un movimiento circular lento en Z hasta que la luz amarilla comience a parpadear. Fije la muestra a la base BTE y asegúrese de que la bolsa de muestra no tenga agujeros; Si hay un agujero, parchéalo con cinta adhesiva. Coloque la junta tórica sobre la bolsa de muestra para asegurarla a la parte delantera de la boquilla BTE.
  3. Cargue el juego de jeringas no utilizado.
    1. Tara el juego de jeringas. Coloque el juego de jeringas sin usar en la torre de la báscula. Retire el juego de jeringas cuando una luz roja comience a parpadear o la báscula muestre 0.
    2. Retire el émbolo de la jeringa con el filtro. Asegúrese de que el líquido esté en la jeringa inferior (sin filtro). Coloque el émbolo a un lado sobre una toalla de papel o en la torre donde el émbolo negro no toque ninguna superficie.
    3. Conecte la jeringa al puerto de salida de la corredera presionando el puerto de salida en la jeringa y girando 90°.
  4. Procesa la muestra de yema.
    PRECAUCIÓN: BTE tiene partes móviles de alta velocidad. Toda la operación debe realizarse dentro de una campana extractora. Todos los usuarios deben usar anteojos protectores, orejeras (tapones para los oídos) y todo el resto del equipo de protección personal (EPP), como guantes y batas de laboratorio.
    1. Presione el botón negro superior para encender la máquina. Presione una segunda vez para detener el motor en cualquier momento durante el procesamiento.
      NOTA: La caja tiene detección de velocidad y temperatura para garantizar que funcione correctamente.
    2. Toma un palo de yema a través de la bolsa y colócalo a través de la parte superior de la boquilla BTE.
    3. Agarra el palo de madera del otro lado de la cámara con la otra mano y baja lentamente hacia la hoja. Escuche un suave zumbido que indica que la yema está siendo despojada de su corteza. Mueva lentamente la yema hacia adelante y hacia atrás mientras la gira.
      1. Si se escucha un sonido de corte fuerte y agresivo, mueva rápidamente la rama hacia arriba y / o presione el botón superior para detener el motor. Para detener el motor, utilice el interruptor del lado derecho para finalizar el procesamiento (consulte el paso 4.4.3.2).
      2. Si no sale material de la salida al cortar, entonces la cámara tiene una obstrucción. Apague el motor, retire la tapa del émbolo deslizante y use el plástico del hisopo para empujar la obstrucción hacia afuera por la salida de la máquina. Utilice el interruptor del lado derecho para finalizar el procesamiento: Arriba = Corte hacia adelante; Medio = Motor apagado; Abajo = Corte inverso.
    4. Repita los pasos 4.4.2 y 4.4.3 para las ramas restantes.
      NOTA: Un indicador general de que se ha quitado suficiente corteza de yema es cuando el 25% de la jeringa se ha llenado con tejido vegetal. Los patógenos transmisibles de los cítricos podrían estar distribuidos de manera desigual en el árbol. Por lo tanto, se recolectan de tres a cuatro muestras de yemas alrededor del dosel de los árboles de cítricos. Es importante que cada muestra de yema en la bolsa portadora de BTE contribuya a la muestra final de tejido molido para garantizar que se analice una muestra representativa completa del árbol para detectar patógenos.
    5. Presione el botón negro superior para detener el procesamiento. Espere a que la luz comience a parpadear en amarillo nuevamente.
  5. Verifique el peso de la muestra.
    1. Gire la jeringa 90° y tire de ella hacia abajo para separarla. Vuelva a colocar el émbolo en la jeringa y coloque la jeringa en la torre.
    2. Espere a que la báscula detecte automáticamente la muestra y determine si está dentro del rango de peso adecuado (0,25 ± 0,05 g). Si el peso de la muestra es demasiado bajo (<0,20 g), repita el paso 4.4; el LED rojo comenzará a parpadear. Si el peso de la muestra es demasiado alto (>0,30 g), retire parte del material de la muestra; el LED amarillo comenzará a parpadear más lentamente. Si la muestra está dentro del rango, el LED verde comenzará a parpadear.
  6. Homogeneización de la muestra de yemas
    1. Retire el émbolo de la jeringa con la muestra, empuje el líquido en la jeringa con la muestra y vuelva a agregar el émbolo. El émbolo empuja el tampón y la savia de la planta a través del filtro de malla (reteniendo cualquier trozo grande de tejido de corteza) y a través del tubo de goma hacia la jeringa vacía.
    2. Mezcle la muestra empujando el tampón y la savia de la planta hacia adelante y hacia atrás de una jeringa a la otra. Repita ~ 3x-4x y hasta que la muestra se convierta en una mezcla líquida verde homogénea.
    3. Una vez bien homogeneizada, empuje la muestra de savia vegetal en la jeringa sin el filtro de malla, y separe el tubo de goma y la jeringa con el filtro de la jeringa con la muestra.
    4. Expulsar la muestra de savia vegetal de la jeringa en un tubo de microcentrífuga estéril de 2 ml y almacenar a -20 °C hasta su nuevo uso. Utilice un marcador permanente para etiquetar la muestra con el número de bolsa.
      NOTA: La savia de la muestra vegetal del paso 4.6.5 ahora se puede procesar con cualquiera de los métodos de extracción de ácidos nucleicos, ARN o ADN disponibles basados en fenol-cloroformo, columna de sílice o perlas magnéticas 9,25,26,27 para la extracción y purificación de ácidos nucleicos (ver paso 7) y la detección posterior de patógenos transmisibles por injerto de cítricos (ver paso 8).

5. Desinfección de la cámara extraíble BTE

PRECAUCIÓN: Si el tampón del juego de jeringas entra en contacto con la cámara o el portaobjetos, enjuague y siga todas las normas de seguridad del laboratorio antes de limpiarlo. El juego de jeringas contiene tiocianato de guanidina. Si el tampón del juego de jeringas entra en contacto con la lejía, creará gas cianuro.

  1. Realice los siguientes pasos después de procesar la 10ª muestra en la cámara. Tenga en cuenta que el LED verde continuará parpadeando en lugar de pasar a parpadear en azul.
  2. Desmontar la cámara BTE para limpiar todos los posibles contaminantes; Retire la cubierta de plástico transparente, limpie el portaobjetos de la cámara y despeje el puerto de obstrucción del portaobjetos de la cámara.
  3. Gire la válvula de liberación de aire en la parte inferior de la cámara a la posición abierta (marca de candado abierto). Coloque los componentes de la cámara en el limpiador ultrasónico de configuración (consulte el paso 3.1). Coloque la tapa debajo de la cámara para evitar que flote. Haga funcionar el limpiador ultrasónico durante 15 minutos.
    NOTA: El baño de limpieza ultrasónico (5 L) puede contener hasta dos cámaras.
  4. Enjuague los componentes de la cámara en el baño de agua (paso 3.4) durante al menos 30 s. Mueva los componentes de la cámara a la estación de secado.
    PRECAUCIÓN: El secado provocará que las piezas se muevan rápidamente dentro de la cámara, ruidos fuertes (~85 decibelios [dB]) y posibles salpicaduras. Todos los usuarios deben usar anteojos protectores, orejeras (tapones para los oídos), batas de laboratorio y todos los demás EPP según lo exijan las reglas de seguridad del laboratorio operativo.
  5. Seque la cámara BTE.
    1. Coloque la pistola de aire comprimido en línea con la ranura de la abertura superior de la recámara (donde normalmente estaría la corredera). Presione el gatillo de la pistola para dispensar aire durante ~ 30 s.
      NOTA: Asegúrese de que la abertura esté alejada del usuario hacia el telón de fondo. Esto debería hacer girar el juego de cuchillas para eliminar el líquido atrapado debajo de él.
    2. Coloque la pistola de aire comprimido hacia las boquillas superiores de la cámara. Presione el gatillo de la pistola de aire comprimido y trace lentamente tres círculos completos de cada entrada de la boquilla.
    3. Coloque la pistola de aire comprimido en el centro del BTE. Comenzando desde el punto más interno, mantenga presionado el gatillo y muévase hasta que la pistola de aire apunte hacia donde estaría la corredera.
    4. Deje correr aire rápidamente por toda la cámara, por delante y por detrás, para sacar el agua de la superficie del exterior.
  6. Seque el portaobjetos BTE.
    1. Coloque la pistola de aire comprimido en la ranura del émbolo de la corredera y presione el gatillo para expulsar el agua por la salida de la corredera.
    2. Pasa una pistola de aire comprimido a lo largo de la superficie interior del portaobjetos para secarlo.
    3. Pase una pistola de aire a lo largo de la ranura de la corredera para expulsar el agua.
    4. Deje correr aire rápidamente sobre todo el exterior para eliminar el agua de la superficie.
  7. Seque los componentes.
    1. Sostenga la tapa del émbolo deslizante y las juntas tóricas en la mano y presione el gatillo.
    2. Pasa una pistola de aire comprimido sobre la superficie interior de la tapa.
    3. Coloque los componentes en la cámara y deslícelos para continuar secándolos o volver a montarlos.
      NOTA: Para un entorno de alto procesamiento de tejidos con múltiples BTE funcionales, se puede proporcionar un sistema de desinfección por lotes que sea capaz de descontaminar 10 cámaras simultáneamente.

6. Desechar y desinfectar

  1. Deseche las jeringas y los tubos de goma en el contenedor de desechos de guanidina designado.
  2. Deseche cualquier material vegetal en el contenedor de residuos biopeligrosos.
  3. Retire la cámara BTE de la base BTE.
  4. Desmontar la cámara BTE y proceder a su descontaminación, tal y como se describe en el paso 5.

7. Evaluación del procesamiento tisular y de la calidad del ARN purificado a partir de los extractos de yemas cítricas BTE

NOTA: En este protocolo, utilizamos muestras de yemas de 255 árboles de cítricos para comparar el tiempo requerido para el procesamiento del tejido de yemas de cítricos y la calidad del ARN purificado de extractos de tejido de corteza preparados por BTE (Figura 2, lado derecho, paso 1, paso 5 y paso 6) en comparación con el preparado siguiendo el método de procesamiento de tejido de yemas de cítricos aprobado por la normativa que utiliza pelado y picado a mano. liofilización, pulverización y centrifugación del tejido de la corteza, como lo describen Dang et al.23 (Figura 2, lado izquierdo, pasos 1-6).

  1. Procedimiento de laboratorio actual: Preparar muestras de yemas para el procesamiento de tejidos según el método aprobado reglamentariamente23.
    1. Llevar a cabo el pelado y picado manual del tejido de la corteza, la liofilización, la pulverización, la centrifugación y la transferencia de la savia de la planta al tubo de extracción de ARN, como lo describen Dang et al.23 (Figura 2, lado izquierdo, pasos 1-6).
    2. Después de pelar a mano las tres o cuatro muestras de yemas de cada árbol analizado, coloque todas las yemas dentro de un portabolsas de plástico compatible con BTE y guárdelas a 4 °C hasta el procesamiento de BTE (paso 7.2).
  2. Procedimiento BTE: Iniciar el procesamiento del tejido de las yemas de los cítricos BTE (sección 4, pasos 4.1-4.6; Figura 2, lado derecho, paso 1, paso 5 y paso 6).
    1. Utilice las muestras de yemas almacenadas dentro de las bolsas de transporte BTE del paso 7.1.2.
  3. Extraer y purificar el ARN de la savia vegetal obtenida del procedimiento de laboratorio actual (paso 7.1.1) y del procedimiento BTE (paso 7.2.2) utilizando el método basado en perlas magnéticas semiautomáticas aprobado por la normativa 8,23,28.
  4. Evaluar la calidad del ARN midiendo su concentración, pureza e integridad 8,23,24,29,3 3,31.
    1. Para calcular la concentración, utilice la espectrofotometría y la densidad óptica (OD) a una longitud de onda de 260 nm.
    2. Para evaluar la pureza, utilice una relación espectrofotométrica OD de 260/280.
    3. Para comprobar la integridad, utilice la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa (qPCR) con transcripción inversa (RT) dirigida al ARNm del gen de la NADH deshidrogenasa de los cítricos24,32.

8. Evaluación de la contaminación cruzada y detección de virus y viroides de cítricos mediante ARN purificado a partir de extractos de yemas de cítricos BTE

NOTA: En este protocolo, utilizamos muestras de yemas de 72 árboles de cítricos no infectados y un árbol infectado con virus y viroides para evaluar el potencial de contaminación cruzada entre muestras cuando se procesan mediante BTE (Figura 2, lado derecho, paso 1, paso 5 y paso 6) y la idoneidad del ARN purificado a partir de extractos de tejido de corteza preparados por BTE para ser utilizado como plantilla para la detección de RT-qPCR de virus y viroides de cítricos.

  1. Procesamiento de la primera muestra de EEB: Realice un experimento de referencia con 72 muestras no infectadas.
    1. Prepare tres cámaras BTE (A-C) (paso 4.1.1).
    2. Preparar todas las muestras de yemas de cítricos no infectadas (1-72) en bolsas portadoras de EEB y preparar un número igual (72) en el sistema de recogida de muestras de EEB de dos jeringas, con un sistema de jeringa para cada muestra (paso 2.4).
    3. Separe las bolsas de transporte de muestras y las jeringas de recolección de muestras en seis lotes (I-VI) de 12 muestras cada uno.
    4. Inicie el procesamiento del tejido de las yemas de los cítricos BTE (paso 4) siguiendo la secuencia que se indica a continuación (pasos 8.1.4.1-8.1.4.6) (consulte la Tabla 1, Procesamiento de la primera muestra de BTE).
      1. Para el lote I/muestras 1-12, procese 12 muestras con la cámara A. Desinfecte la cámara A después de la muestra 12 (paso 5).
      2. Para el lote II/muestras 13-24, procese 12 muestras con la cámara B. Desinfecte la cámara B después de la muestra 24 (paso 5).
      3. Para el lote III/muestras 25-36, procese 12 muestras con la cámara C. Desinfecte la cámara C después de la muestra 36 (paso 5).
      4. Para el lote IV/muestras 37-48, procese 12 muestras utilizando la cámara desinfectada A (paso 8.1.4.1).
      5. Para el lote V/muestras 49--60, procese 12 muestras utilizando la cámara desinfectada B (paso 8.1.4.2).
      6. Para el lote VI/muestras 60-72, procese 12 muestras utilizando la cámara desinfectada C (paso 8.1.4.3).
    5. Guarde las bolsas de transporte BTE con todas las muestras a 4 °C hasta su uso en el paso 8.2.
    6. Extraiga y purifique el ARN de las 72 muestras de savia vegetal generadas en los pasos 8.1.4.1-8.1.4.6 utilizando el método basado en perlas magnéticas semiautomáticas aprobado por la normativa 8,23,28.
    7. Realizar RT-qPCR para la detección de virus y viroides de cítricos, como se ha descrito anteriormente 8,33.
  2. Para el segundo procesamiento de muestras de EEB, realice un experimento de contaminación cruzada con 70 muestras no infectadas y dos muestras infectadas mixtas.
    1. Prepare tres cámaras BTE (A-C) (paso 4.1.1).
    2. Preparar la muestra de yemas de cítricos infectada con mezcla (73) en dos bolsas de transporte BTE (paso 1.3) para un número total de dos muestras infectadas.
    3. Reúna las bolsas portadoras de BTE con las muestras de yemas de cítricos no infectadas del paso 8.1.5, excepto la muestra 3 del lote I y la muestra 51 del lote V (véase la sustitución de la muestra en el paso 8.2.4), para un número total de 70 muestras no infectadas.
    4. Incluya la primera bolsa portadora de BTE con la muestra infectada por la mezcla 73 en lugar de la muestra 3 en el lote I y la segunda en lugar de la muestra 51 en el lote V para un número total de 72 muestras.
    5. Prepare un número igual (72) en el sistema de recogida de muestras BTE de dos jeringas, con un sistema de doble jeringa para cada muestra (paso 2.4).
    6. Separe las 72 bolsas de transporte de muestras y las jeringas de recolección de muestras en seis lotes (I-VI) de 12 muestras cada uno.
    7. Inicie el procesamiento del tejido de yemas cítricas BTE (paso 4), siguiendo la misma secuencia que en los pasos 8.1.4.1-8.1.4.6.
      NOTA: La única diferencia es la sustitución de la muestra 3 en el lote I y la muestra 51 en el lote V por la muestra infectada 73 (paso 8.2.4) (Tabla 1, Segundo procesamiento de muestras de BTE).
    8. Extraiga y purifique el ARN de las 72 muestras de savia vegetal generadas en el paso 8.2.7 como en el paso 8.1.6.
    9. Realice RT-qPCR para la detección de virus y viroides de cítricos, como en el paso 8.1.7.

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Results

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Extracción, purificación y calidad del ARN utilizando tejido cítrico de yema procesado con BTE y evaluación del tiempo de procesamiento del tejido
Utilizamos muestras de yemas de 255 árboles de cítricos representativos para esta prueba con el fin de comparar la calidad del ARN del BTE con el procedimiento estándar. Las muestras se procesaron con el extractor de tejido de yemas (BTE) (pasos del protocolo 4.1-4.6 y Figura 2, lado derecho, paso 1, paso 5 y paso 6) o se prepararon siguiendo el método de p...

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Con el advenimiento de la enfermedad de los cítricos HLB, para reducir las pérdidas, se ha instado a la industria de los cítricos, las agencias reguladoras y los laboratorios de diagnóstico a confiar en métodos de extracción de ácidos nucleicos de alto rendimiento combinados con el procesamiento manual de muestras de bajo rendimiento y ensayos de detección de patógenos como qPCR34 para el análisis de árboles individuales, en combinación con prácticas de manejo de enfermedades35

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los autores declaran que no hay intereses financieros contrapuestos.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los autores reconocen al pueblo Cahuilla como los Custodios Tradicionales de la Tierra en la que se realizó el trabajo experimental. Agradecemos al profesor Norman Ellstrand de la Universidad de California, Riverside, por proporcionar espacio de laboratorio para llevar a cabo actividades de investigación para este proyecto en el marco de la Iniciativa de Empresas de Agricultura y Alimentos de California (CAFÉ) de la UCR. Esta investigación fue apoyada por el CDFA - Programa de Subvenciones en Bloque para Cultivos Especiales (subvención no. 18-0001-055-SC). También se prestó apoyo adicional con el proyecto 6100 del CRB; Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del USDA, proyecto Hatch 1020106; y el Servicio Nacional de Inspección de Sanidad Animal y Vegetal de la Red Nacional de Plantas Limpias-USDA (AP17PPQS&T00C118, AP18PPQS&T00C107, AP19PPQS&T00C148 & AP20PPQS&T00C049) otorgado a Georgios Vidalakis.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Línea de recortadora hexagonal PowerCare de 0.08"FPRO07065necesaria para reemplazar las cuchillas.
Compresor de aire de 1 Hp y 8 galonesCalifornia Air Tools8010Cámaras de secado rápido después de enjuagar
Tubo de microcentrífuga de 1,5 mLGlobe Scientific111558BAlmacene la muestra después de hacer buches con jeringas
jeringas de 10 mLTecnología Soluciones en evoluciónTE006-F1-10A-G1000-E1Se corta el material de la jeringa. Frasco de 1 L con tampón de tiocianato de guanidina. ADVERTENCIA: contiene tiocianato de guanidina, se requiere servicio de desechos peligrosos: no mezcle con lejía
12 "RulerWestcott& lrm; 16012Para medir la línea de corte antes de cortar
Hipoclorito de sodio al 12%Hasa1041Desinfecta las cámaras después del
procesamiento-20 C CongeladorInsigniaNS-CZ70WH0Almacene la muestra después del procesamiento Bolsas
plástico de 4" x 12"PlymorFP20-4x12-10Bolsas para sujetar ramas durante el envío. Las juntas tóricas fijan la bolsa a la cámara BTE para sellar
hisopo de algodón de 6"Puritan806-PCLpara eliminar las obstrucciones
Bolsa de almacenamiento de 7 galonesHDX206152Contiene una solución de hipoclorito de sodio para desinfectar las cámaras y agua para enjuagar las cámaras Pistola
airecomprimido JASTIND‎ JTABG103ADirige el aire a las cámaras a alta presión
Sharpie negroSharpie  S-19421Marque los tubos de 1,5 mL para que pueda identificar la muestra más tarde
Marca de dispensador de tapa de botellaZ627569Dispensador de tapa de botella ajustable para dispensar guandina en jeringa
cámara BTESoluciones en evoluciónTE002BB-A05-E1Se utiliza para procesar yemas. Incluye juntas tóricas, corredera BTE, émbolo deslizante, válvula de drenaje, tapa, juego de cuchillas y herramienta de extracción del juego de cuchillas
Jabón para platosDawn57445CTAzumerante para mejorar la penetración del hipoclorito de sodio en la cámara Campana extractora
con filtro hepaAir ScienceP5-36XT-ACampana extractora con filtro hepa (ASTS-030)  para limitar la posible contaminación y proteger contra derrames químicos
Contenedorde envío de espuma aisladaPolarTech261/J50CContenedor de envío aislado para enviar muestras en hielo después de que se recojan
Bata de laboratorioRed KapKP14WH LN 46Bata de laboratorio para limitar la posible contaminación y proteger contra derrames químicos
Computadora portátilMicrosoftSurfaceWifi para ejecutar TES GUI. Necesario para la configuración inicial y proporciona información más detallada sobre la base de procesamiento de tejidos
Teléfono compatible con NFC TeléfonoSamsungGalaxy S9para descargar y usar la aplicación de teléfono TES
Etiqueta de clip NFCTecnología Soluciones en evoluciónTE005-Clip-E1Etiqueta de muestra que se puede vincular con árboles. Hecho para funcionar con la aplicación de teléfono TES
Tecnología de etiquetas de collar NFCSoluciones en evoluciónTE005-Collar-E1Etiqueta que se adjunta a un árbol. Hecho para funcionar con la aplicación de teléfono TES
Guantes de nitriloUsa Scientific3915-4400Guantes para limitar la posible contaminación y proteger contra derrames químicos
Orejera reductora de ruido3M 90565-4DC-PSProteja los oídos mientras funciona el compresor de aire y la base de procesamiento de tejidos
Manguera de aire de retroceso de poliuretanoFYPower‎ 510019Conecta la pistola de aire al compresor
Gafas de seguridadSolidworkSW8329-USProtege los ojos de los peligros químicos y físicos Botella de
sprayJohnBee B08QM81BJVLejía en spray para desconatinar superficies
Tecnología de base de extractor de tejidosSoluciones en evoluciónTE001-A-E1Sistema de procesamiento de tejido vegetal. Necesita cámaras BTE o LTE para funcionar. Incluye cable de alimentación, adaptador de cuchilla y llave Allen de 8/32"
Báscula de peso base de procesamiento de tejidosTecnología de soluciones en evoluciónTE003-A05-200g-01-E1Báscula de peso de 200 g y resolución de 0,01 que se conecta a la base de procesamiento de tejidos para reforzar los rangos de peso y/o vincular los pesos con la muestra. Incluye báscula, cable de alimentación, cable de conexión, soporte para jeringa de 5 ml, protector de aire de torre 
VermiculitaEasyGoProductsB07WQDZGRPnecesarios para transportar residuos peligrosos (tiocianato de guanidina) utilizando un servicio de eliminación de residuos peligrosos
Cortador de alambreBoenfu‎ BOWC-06002-USCortadores de alambre para cortar la línea de corte
Juego dede el de Tecnología de con capacidad

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Erratum

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Formal Correction: Erratum: Automating Citrus Budwood Processing for Downstream Pathogen Detection Through Instrument Engineering
Posted by JoVE Editors on 10/03/2023. Citeable Link.

An erratum was issued for: Automating Citrus Budwood Processing for Downstream Pathogen Detection Through Instrument Engineering. The Authors section was updated from:

Deborah Pagliaccia1,6
Douglas Hill2
Emily Dang1
Gerardo Uribe1
Agustina De Francesco1
Ryan Milton2
Anthony De La Torre2
Axel Mounkam2
Tyler Dang1
Sohrab Botaghi1
Irene Lavagi-Craddock1
Alexandra Syed1
William Grover3
Adriann Okamba4,5
Georgios Vidalakis2
1Department of Microbiology and Plant Pathology, University of California Riverside
2Technology Evolving Solutions (TES)
3Department of Bioengineering, University of California Riverside
4Ecole Supérieure d'Ingénieurs Léonard de Vinci ESILV
5University of California Riverside
6California Agriculture and Food Enterprise (CAFÉ), University of California Riverside

to:

Deborah Pagliaccia1,6
Douglas Hill2
Emily Dang1
Gerardo Uribe1
Agustina De Francesco1
Ryan Milton2
Anthony De La Torre2
Axel Mounkam2
Tyler Dang1
Sohrab Bodaghi1
Irene Lavagi-Craddock1
Alexandra Syed1
William Grover3
Adriann Okamba4,5
Georgios Vidalakis1
1Department of Microbiology and Plant Pathology, University of California Riverside
2Technology Evolving Solutions (TES)
3Department of Bioengineering, University of California Riverside
4Ecole Supérieure d'Ingénieurs Léonard de Vinci ESILV
5University of California Riverside
6California Agriculture and Food Enterprise (CAFÉ), University of California Riverside

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Citrus Budwood ProcessingPathogen DetectionBudwood Tissue ExtractorNucleic Acid ExtractionCitrus Virus DetectionHigh Throughput ScreeningPlant Tissue HomogenizationPCR AssaysPhloem Rich TissueMolecular Diagnostics

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