אנו מדגימים שיטת תפוקה בינונית לכימות של אפלטוקסינים ופיטואלכסינים סטילבנואידים בזרעי בוטנים בודדים באמצעות כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים מעולים. שיטה זו פותחה במיוחד לניתוח של מיני ארכיס בר המאותגרים על ידי מיני אספרגילוס אפלטוקסיגניים.
מאמר שיטה
אנו מדגימים שיטת תפוקה בינונית לכימות של אפלטוקסינים ופיטואלכסינים סטילבנואידים בזרעי בוטנים בודדים באמצעות כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים מעולים. שיטה זו פותחה במיוחד לניתוח של מיני ארכיס בר המאותגרים על ידי מיני אספרגילוס אפלטוקסיגניים.
אפלטוקסינים הם מטבוליטים משניים מסרטנים מאוד של כמה מינים פטרייתיים, במיוחד Aspergillus flavus. אפלטוקסינים מזהמים לעתים קרובות סחורות חקלאיות בעלות חשיבות כלכלית, כולל בוטנים, ומהווים סיכון גבוה לבריאות האדם ובעלי החיים. בשל הבסיס הגנטי הצר, זני בוטנים מפגינים עמידות מוגבלת לפתוגנים פטרייתיים. לכן, מינים רבים של בוטנים פראיים עם סובלנות אספרגילוס קיבלו התייחסות משמעותית על ידי מדענים כמקורות עמידות למחלות.
חקר חיידקי צמחים לעמידות לאפלטוקסינים קשה מכיוון שהצטברות אפלטוקסין אינה עוקבת אחר התפלגות נורמלית, המכתיבה את הצורך בניתוח של אלפי זרעי בוטנים בודדים. זרעי בוטנים מיובשים במידה מספקת (Arachis spp.), כאשר הם נגועים בזני אספרגילוס , מסוגלים לייצר סטילבנים פעילים ביולוגית (סטילבנואידים) הנחשבים לפיטואלקסינים הגנתיים. סטילבנים בוטנים מעכבים התפתחות פטרייתית וייצור אפלטוקסין. לכן, חיוני לנתח את אותם זרעים עבור סטילבנואידים בוטנים כדי להסביר את אופי ההתנגדות / רגישות זרעים לפלישת אספרגילוס . אף אחת מהשיטות שפורסמו אינה מציעה ניתוח של זרעים בודדים עבור אפלטוקסינים ו / או פיטואלקסין סטילבן.
ניסינו למלא את הביקוש לשיטה כזו, ידידותית לסביבה, משתמשת בחומרים מתכלים זולים, רגישה וסלקטיבית. בנוסף, השיטה אינה הרסנית מכיוון שהיא משתמשת רק במחצית הזרע ומשאירה את החצי השני המכיל את הציר העוברי שלם. טכניקה כזו מאפשרת נביטה וצמיחה של צמח הבוטנים לבגרות מלאה מאותו זרע המשמש לניתוח אפלטוקסין וסטילבנואידים. החלק המשולב של שיטה זו, האתגר הידני של הזרעים עם אספרגילוס, הוא צעד מגביל הדורש יותר זמן ועבודה בהשוואה לשלבים אחרים בשיטה. השיטה שימשה לחקר חיידקי ארכיס פראיים כדי לזהות מינים עמידים לאספרגילוס ולקבוע ולאפיין מקורות חדשים של עמידות גנטית לפתוגן פטרייתי זה.
בוטנים (Arachis hypogaea L.) הוא אחד מגידולי המזון העיקריים בעולם. הוא מעובד ביותר מ -100 מדינות עם הייצור הכולל עולה על 45 מיליון טון1. סחורות חקלאיות, כגון בוטנים, תירס וזרעי כותנה פולשות לעתים קרובות על ידי מינים של אספרגילוס, פטריות שנולדו באדמה ומייצרות אפלטוקסינים2. סחורות אלה רגישות במיוחד לזיהום אפלטוקסין לפני הקציר כאשר תנאי הסביבה מאופיינים בטמפרטורות גבוהות ובצורת. אפלטוקסינים הם בין המסרטנים החזקים ביותר הידועים3. הם מזהמים רבע מהסחורות החקלאיות בעולם4 וגורמים לכמחצית מאוכלוסיית העולם להיחשף באופן כרוני לאפלטוקסינים5. בשל הקרצינוגניות הגבוהה והרעילות שלהם, נוכחות אפלטוקסין במזון מוסדרת בגבולות הנמוכים ביותר המקובלים כמעט ברוב מדינות העולם6.
האיחוד האירופי (EU) חוקק רמה מקסימלית של 2 ננוגרם/גרם עבור אפלטוקסין B1 ו-4 ננוגרם/גרם עבור סך כל האפלטוקסינים (B1, B2, G1 ו-G2) במוצרים למאכל אדם7. מגבלות נמוכות כאלה מפעילות לחץ משמעותי על החקלאות ועל תעשיית המזון המעבדת סחורות מזוהמות באפלטוקסינים. ניטור אפלטוקסין ועיבוד מחדש של בוטנים מזוהמים עשויים להיחשב כאסטרטגיה פסיבית ויקרה למניעת כניסה של אפלטוקסינים לשרשרת המזון. זו הסיבה שכל המגזרים העיקריים של תעשיית הבוטנים חווים הפסדי רווח עצומים עקב זיהום אפלטוקסין של זני בוטנים הנוכחיים שלעתים קרובות מפגינים עמידות מוגבלת למחלות פטרייתיות. גישה פרוספקטיבית לפתרון בעיית אפלטוקסין היא להשיג זני בוטנים עמידים לפטריות באמצעות אינטרוגרסיה גנטית, כלומר, העברת מידע גנטי ממיני בוטנים עמידים לזנים מובחרים. בשנים האחרונות 8,9, מיני בוטנים פראיים קיבלו התייחסות משמעותית כמקורות לעמידות למחלות גנטיות מכיוון שהבסיס הגנטי הצר של בוטנים מתורבתים אינו יכול עוד לספק את רמת תכונות העמידות הנדרשת לצמח הבוטנים10,11. הפנמה מוצלחת של מיני בוטנים פראיים דורשת ניתוח של אלפי זרעים בודדים קטנים ונדירים (איור 1A) 12.

איור 1: תרשים זרימה של ניתוח זרעים בודדים. (A) גודל השוואתי של זני בוטנים שונים מסוג שוק לעומת Arachis spp. (1) וירג'יניה; (2) רץ; (3) ספרדית; (4) Arachis spp. (B) Wild Arachis spp. (צלחת A, זרע 4) חתוך לשלושה חלקים, (5) חצי זרע עם ציר עוברי; חלק זה של הזרע משמש לגידול צמח (E). (C) חלקים (6) ו-(7) נקדחים עם מקדח ו-(D) מחוסנים בנבגי פטריות. לאחר דגירה במשך 72 שעות ב 30 ° C, אחד מחלקי הזרע, (6) או (7) משמש לניתוח aflatoxin ו phytoalexin, ואחר משמש עבור ריצוף RNA/transcriptome. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
עמידות בוטנים לפתוגנים פטרייתיים קשורה קשר הדוק עם phytoalexins 13,14,15,16,17. פיטואלכסינים בוטנים מיוצגים על ידי סטילבנואידים מיקרוביאליים המסונתזים ביולוגית ומצטברים ברקמות הצמח לאחר חשיפה לגירויים אקסוגניים, במיוחד לפלישה פטרייתית 16,17,18. הצטברות מהירה של ריכוזים מספיקים של פיטואלקסינים באתר הפלישה הפטרייתית מעכבת את צמיחת הפטריות והיא קריטית להגנת הצומח 19,20,21. הפתוגן מפסיק לגדול כאשר פיטואלכסינים מצטברים לריכוזים מעכבים16,22. תפקידם של סטילבנואידים כתרכובות הגנה נגד פטריות אפלטוקסיגניות בבוטנים הוערך לפני יותר מ-30 שנה בניסויי שדה13. ניסויים אלה תמכו בבירור בהשערה כי סטילבנואידים בוטנים הם גורם התנגדות מכריע בזיהום אפלטוקסין לפני הקציר. ראיות כאלה מבוססות על העובדות שסטילבנים מיוצרים באופן טבעי בבוטנים שניזוקו בשדה; סטילבנים מפגינים פעילות ביולוגית ניכרת נגד פטריות אפלטוקסיגניות; וזיהום אפלטוקסין בזרעים זוהה רק כאשר בוטנים איבדו את היכולת לסינתזה של פיטואלכסין עקב התייבשות זרעים כתוצאה מיובש. סדרה נוספת של ניסויי שדה אישרו את הקשר בין ייצור פיטואלקסין ועמידות גנוטיפ בוטנים למחלות בוטנים חשובות מבחינה חקלאית17.
הבנה טובה יותר של המנגנון הטבעי המבוסס על פיטואלכסין של עמידות בוטנים לפלישה פטרייתית היא אסטרטגיה מבטיחה לשליטה בזיהום אפלטוקסין15,17.לכן, בנוסף לניתוחי אפלטוקסין, חשוב לנתח כמותית את אותם זרעים עבור phytoalexins. למרות שמנגנון עמידות זה אינו נחקר ומובן במלואו, הוא חיוני לגידול ושינוי גנטי של צמחי בוטנים עבור זנים חדשים עמידים לפטריות23. למרות קיומם של הליכים אנליטיים שונים לקביעת אפלטוקסין בסחורות שונות, עדיין יש צורך בשיטות פשוטות למחקר ספציפי, במיוחד כאשר שיטות מסורתיות אינן מספקות דרישות אנליטיות וחסכוניות. שיטות הניקוי המודרניות ביותר המשמשות את תעשיית הבוטנים, החקלאות והמעבדות הפרטיות הן מכשירים מבוססי נוגדנים24 ו-immunoassay 25,26,27. הם סלקטיביים ורגישים, אך יקרים משמעותית ממיני-טורים עמוסים בחומרים סופחים נפוצים. בנוסף, אף אחת מהשיטות הללו לא תוכננה לניתוח של דגימות מעטות במשקל מיליגרם. בהתבסס על המחקר הקודם שלנו על השימוש האנליטי בג'ל מגנזיום סיליקה (Florisil)28, שינינו הליך זה כך שיתאים לצרכים של תוכניות טרום רבייה ורבייה מתמשכות ופוטנציאליות.
מטרת עבודה זו הייתה לפתח שיטה לא הרסנית, בעלת תפוקה בינונית וידידותית לסביבה לקביעה כמותית של אפלטוקסינים ופיטוקסינים בזרעי בוטנים בודדים. שיטה כזו פותחה. היתרונות שלה על פני שיטות שפורסמו הם רגישות גבוהה יותר, היכולת לנתח aflatoxins ו phytoalexins בתמצית זרע יחיד, חוסר הצורך לשקול דגימות, ועלות נמוכה יותר הודות כמויות קטנות יותר של מתכלים. תרשים הזרימה של השיטה המשולבת מוצג באיור 1. הניתוחים הגנטיים והשלבים האחרים מוזכרים בטקסט זה ומודגמים באיור כדי להראות את חשיבות השיטה המוצעת וכיצד היא משולבת בהליך כולו.
1. הכנת זרעים לאתגר פטרייתי

איור 2: הכנת זרעי בוטנים לחיסון, דגירה ומיצוי של שברי אפלטוקסין ופיטואלכסין. (A) עיקור זרעים טבולים במי חמצן 3%; (ב) הסרת טסטה (עור) מזרעים; (ג) חיתוך חלק הציר העוברי; (D,E) חלל קידוח בחצי קוטילדון עם מקדח; (ו) הנחת חלקי זרעים קדוחים על אגר; (G) מריחת נבגי פטריות לתוך החלל הקדוח. (H) צלחת פטרי עם זרעים לאחר הדגירה; (I) הנחת זרעים בודדים מודגרים (צילום דגימות ביקורת) לתוך צינורות חרוזים מחוזקים; (י) הוספת נפח מדוד של מיצוי ממס; (יא) כתישת דגימות בקרע חרוזים; (L) צנטריפוגה של תרחיף כתוש. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
2. דגימה והכנה של חתיכות זרעים מודגרים עבור ניתוח aflatoxin ו phytoalexin

איור 3: הכנת עמודות ניקוי ומסננים. (A,B) הנחת פריטה נקבובית לתוך חבית; (C,D) מילוי חבית בג'ל מגנזיום סיליקה; (E) אריזת חומר הספיגה והכנסת פריטה נקבובית עליונה לחבית. (ו) הנחת עיגול סיבי זכוכית בקוטר 11.5 מ"מ על גבי פיפטה של פסטר. (ז,ח) דוחפים את מרכז העיגול עם מוט פלסטיק או עץ לתחתית חבית פיפטת פסטר ודוחסים היטב את סיבי הזכוכית. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: טיהור תמציות זרעים והכנה לניתוחי UPLC. (A) ארון תקשורת עם עמודים ארוזים. (B) אידוי ממס עם גז N2 משישה בקבוקונים של 4 מ"ל עם תמצית מטוהרת שנלקחה מעמודי ניקוי. (C) הבאת בקבוקונים ומסננים לטמפרטורה מתחת לאפס במיכלי קצף (1 ו-2) עם קרח לפני ואחרי הוספת ממס ההזרקה (MeOH-H2O 9:1, v/v) לבקבוקונים של 4 מ"ל. (D) סינון תמצית מקוררת מבקבוקון של 4 מ"ל לתוך בקבוקון דוגם אוטומטי של 400 μL. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 5: התהליך והתוצאות של ניתוחי UPLC של תמציות מטוהרות. (A) הצבת ארון תקשורת עם תמציות דגימה מטוהרות בדוגמית אוטומטית של UPLC. (ב) ביצוע הניתוחים האינסטרומנטליים, קבלת נתונים ופירוש התוצאות. (C) UPLC של ארבעה אפלטוקסינים עיקריים; פסגות העניין העיקריות, אפלטוקסינים B1 ו-B2 מייצגים 0.04 ו-0.004 ננוגרם, בהתאמה. (D) UPLC של אפלטוקסינים B1 ו-B2; שיא 2 מייצג אפלטוקסין B1 ברמה של 2 pg (עם תא זרימה של 8 μL). (E) UPLC של תמצית מטוהרת של זרע שנקצר משדה בוטנים מקומי עם זן ארכיס פראי. (F) UPLC של תמצית של זרע בוטנים מאותגר מטוהר עם מיני-עמוד תחמוצת אלומיניום בסיסי. (G) UPLC של תמצית זרעי בוטנים מאותגרים מטוהרים עם עמוד פלוריסיל; כרומטוגרמה כחולה מציגה זיהומים שנשטפים מהטור עם 1 מ"ל של תערובת מתנול-מים (90: 10 V/V); כרומטוגרמה שחורה מראה פסגות של אפלטוקסינים M1 ו- B1. רמת אפלטוקסין B1 היא 48 ננוגרם/גרם. (H) כרומטוגרמה טיפוסית של סטילבנואידים בוטנים מזרע מאותגר; קיצור: IPD = 3′-isopentadienyl-3,5,4′-trihydroxystilbene. הערה: כל הסטילבנואידים בתמציות זרעים הם בתצורת טרנס. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
3. ניתוח אפלטוקסין
4. ניתוח פיטואלכסין סטילבנואיד
השיטה שפותחה לכימות אפלטוקסין בזרעים היא הליבה של כל הליך ההערכה של מיני בוטנים בר לעמידות להצטברות אפלטוקסין. מיני-עמודים ומסננים ארוזים בהתאמה אישית מספקים חיסכון משמעותי ומפשטים את ההליך הכולל בשל היעדר כמויות גדולות של ממסים, מסננים מסחריים יקרים ומיותרים של 0.22 או 0.45 מיקרומטר, והתקני שאיבה. השיטה לניתוח אפלטוקסין מספקת התאוששות, דיוק ודיוק גבוהים בטווח הנבדק של 1.0-50.0 ננוגרם/גרם של אפלטוקסינים מזרעים טחונים כפי שניתן לראות בטבלה 1. דגימות מזוהמות מאוד דוללו לערך הנבדק הלינארי. איור 5C מראה הפרדה בסיסית של ארבעה אפלטוקסינים עיקריים, B1, B2, G1 ו-G2 בתוך זמן פליטה של 5 דקות, וזה מקובל מאחר שהאתגר הפטרייתי של זרעי בוטנים הוא השלב המגביל של ההליך ולא ניתוחי UPLC.
השיטה המוצעת רגישה מספיק עם מגבלת כימות של 2 pg עבור אפלטוקסין B1 (איור 5D). הטוהר הגבוה של התמציות מאפשר כימות חד-משמעי של אפלטוקסינים כפי שניתן לראות ב-UPLC (איור 5E) של תמצית מטוהרת של זרעים שנקטפו משדה עם מין ארכיס פראי. שיטה29 שפורסמה קודם לכן אינה מסוגלת להשיג טוהר משביע רצון עבור זרעי בוטנים מאותגרי פטריות (איור 5F) בהשוואה לשיטה המוצעת (איור 5G). מאיור 5F ברור שלא ניתן לזהות ולכמת באופן מהימן אפלטוקסינים B2, G1 ו-G2 בשל נוכחותם של ריכוזים גבוהים של זיהומים מפריעים, שרבים מהם, המדוללים לאחר אפלטוקסינים, הם פיטואלקסינים סטילבנואידים ומטבוליטים פטרייתיים. לעומת זאת, איור 5G מדגים את היעילות הגבוהה של עמודת ג'ל מגנזיום סיליקה בהסרת זיהומים ממקטע אפלטוקסין. כרומטוגרמה כחולה מציגה זיהומים מפריעים שנשטפים מהעמוד עם 1 מ"ל של תערובת מתנול-מים (90:10); כרומטוגרמה שחורה מראה פסגות לא מוסתרות של אפלטוקסינים M1 ו- B1. כרומטוגרמה זו מייצגת תמצית של זרע בר מאותגר. רמת אפלטוקסין B1 היא 48 ננוגרם/גרם.
כימות של פיטואלקסינים בוטנים הוא תוספת חשובה לאנליזות של אפלטוקסינים באותו זרע, אשר עשוי להיות זרע טבעי משדה או זרע מאותגר פטריות. איור 5H מראה כרומטוגרמה טיפוסית של סטילבנואידים הגנתי בוטנים מזרע מאותגר. הפרדת התרכובות מושגת באמצעות אותה עמודה אנליטית המשמשת לניתוחי אפלטוקסין. העמודה והתנאים הכרומטוגרפיים שנבחרו מספקים הפרדה משביעת רצון של הפסגות ומאפשרים כימות אמין של הסטילבנואידים. הערכת הקשר בין אפלטוקסין-פיטואלכסין בזרעים מאותגרים נמצאת מחוץ לתחום מצגת זו והשיטה מוצעת כאן ככלי מחקר פוטנציאלי, הנמצא בשימוש במעבדת המחברים מזה מספר שנים והוכח כשימושי.

איור 6: מבנים של אפלטוקסינים עיקריים ופיטוקסינים בוטנים שמקורם בסטילבן. (A) מבנים של אפלטוקסינים עיקריים: 1, B1; 2, ב2; 3, ז1; 4, ז2. (B) מבנים של פיטואלכסין בוטנים עיקריים שמקורם בסטילבן: 6, רסברטרול; 7, ארכידין-1; 8, ארכידין-2; 9, ארכידין-3; 10, IPD (3′-isopentadienyl-3,5,4′-trihydroxystilbene); 11, SB-1. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
| רמת ספייקא (נג/ז) | אפלטוקסינים | |||
| ב1 | ב2 | ז1 | ז2 | |
| 50 | 85.87 (0.97) | 82.33 (0.67) | 86.63 (2.89) | 84.01 (0.86) |
| 5 | 91.43 (2.76) | 87.32 (0.47) | 88.08 (2.08) | 87.73 (0.77) |
| 1 | 81.21 (3.16) | 85.33 (1.98) | 81.76 (4.66) | 88.46 (3.24) |
טבלה 1: שחזור אפלטוקסינים מזרעי בוטנים באמצעות עמודת פלורסיל ו-1.2 מ"ל של תערובת האבוטוקסין שבר אלוטיון. [ממוצע (SD), %; n = 5]. דגימות טחונות נטולות אפלטוקסין (50 גרם) של זן בוטנים 06 גרם של ג'ורג'יה הוקפצו באופן שווה בעזרת מזרק מיקרו עם תמיסת מלאי אפלטוקסין ברמה של 50, 5 או 1 ננוגרם/גרם, והושארו בטמפרטורת החדר למשך 16 שעות. רמות ספייק ניתנות עבור אפלטוקסינים B1 ו- G1; עבור aflatoxins B2 ו- G2 יש להשתמש במקדם הכפל של 0.33.
בהתבסס על ניסיוננו הקודם28, פיתחנו הליך כימי פשוט, זול, ידידותי לסביבה, המתאים לחקר אוספי חיידקי ארכיס בר כדי לזהות מינים עמידים לאספרגילוס ולקבוע ולאפיין מקורות חדשים של עמידות גנטית לפטרייה אופורטוניסטית זו. שיטה זו מבוססת על טיהור תמצית זרעים בטכניקת מיצוי פאזה מוצקה (SPE) וכימות אפלטוקסין על ידי כרומטוגרפיה נוזלית אולטרה ביצועים (UPLC) ומאופיינת בהתאוששות, דיוק ודיוק גבוהים מספיק. שיטת "פלוריסיל" המוצעת היא שינוי של הליך ניקוי המיני-עמוד היחיד המבוסס על התכונה הייחודית של פלוריזיל (ג'ל מגנזיום סיליקה) לשמירה חזקה וסלקטיבית על אפלטוקסינים28. כמו בשיטה המקורית, דגימות זרעים חולצו עם תערובת MeOH-H2O אך ביחס שונה של 90:10 (v/v) בהשוואה ל-80:20 (v/v) שפורסם. שינוי זה הגדיל את קצב הזרימה של ממסים דרך עמודת הניקוי עד פי 2.5 עם אותו קצב התאוששות אפלטוקסין. תערובת מתנול-מים זו ביחס 90:10 (v/v) סיפקה כמעט 100% התאוששות של תקני אפלטוקסינים B1, B2, G1 ו-G2 שנוספו למיצוי ממס ברמות ספייק שוות ערך לריכוזי אפלטוקסין של 5-50 ננוגרם ב-1 גרם של מצע, וכן סיפקה התאוששות גבוהה מספיק מדגימות זרעי בוטנים שקוצצו (טבלה 1).
הוכח כי ניתן לדלל אפלטוקסינים מספיגת פלוריזיל רק עם כמויות גדולות של אצטון30, אצטון-מתנול 31,32, ותערובות אצטון-מים 33,34,35,36. במהלך המחקר הנוכחי, גילינו כי אצטוניטריל חומצי מתנהג באופן דומה לאצטון ביכולתו לנטרל אפלטוקסינים מפלוריסיל. למיטב ידיעתנו, תכונה זו של אצטוניטריל לא דווחה בספרות. גילוי תכונה זו מאפשר הזרקת תמצית מטוהרת ישירות למערכת UPLC תוך השמטת שלב אידוי הממס, אשר מקצר באופן משמעותי את זמן ההכנה. גם כאשר אצטוניטריל עורבב עם אצטון (אצטון-אצטוניטריל-מים-88% חומצה פורמית (65:31:3.5:0.5, v/v)), הוא סיפק הסרה חלקה, מלאה ומהירה של מים מהממסים המטוהרים והפחית באופן משמעותי את זמן אידוי הממס. נוכחותו של אצטוניטריל אפשרה שימוש בתערובת ממס יחידה, מתנול-מים (90:10, v/v) כדי להסיר ביעילות זיהומים מעמוד פלורסיל בהשוואה לשיטה שפורסמה, שבה נדרשו שני ממיסי כביסה נוספים, מתנול ותערובת כלורופורם-מתנול. 28
בממוצע, ההתאוששות הסטנדרטית של אפלטוקסין B1 הייתה ~98% בעת שימוש ב -1.2 מ"ל עבור אלוציה של אפלטוקסינים. כמות של 50 מ"ג פלוריזיל נבחרה כך 1.2 מ"ל של ממס elution מילא את המיניטור לחלק העליון של החבית, באותו זמן, סיפק התאוששות משביעת רצון (טבלה 1). גישה זו מזרזת את הליך הניקוי מכיוון שיש למלא את חבית העמודות פעם אחת בלבד. בשלבים המוקדמים של פרויקט זה, לא היה ברור אם מקטע פלורסיל מסחרי בעל גודל חלקיקים גדול יחסית, 100-200 רשת, יתאים לעמוד קטן המכיל שכבה של 3 מ"מ בלבד של חומר סופג. לכן, חקרנו שברים שונים של Florisil שהתקבלו ממוצר מסחרי של 100-200 רשת באמצעות מסננות בדיקה סטנדרטיות בארה"ב 120-140, 140-170, 170-200, 200-270, 270-400 ו->400 רשת. כל השברים הללו סיפקו תוצאות ניתנות לשחזור, כמעט תואמות עם התאוששות משביעת רצון. למרות ששברים קטנים יותר בגודל חלקיקים הדגימו פסי אפלטוקסין צרים יותר בטור תחת אור UV, שברים אלה לא היו עדיפים בשום היבט על המוצר המסחרי 100-200 Mesh. בנוסף, שבר הרשת של 100-200 הדגים את זמני ההדחה הקצרים ביותר (8-12 דקות) עבור ההליך כולו.
העברת ממס UPLC הדרגתי אפשרה הפרדה משביעת רצון של אפלטוקסינים, כמו גם הסרה מלאה של זיהומים לא קוטביים מהעמודה (איור 5G). גישה זו הובילה לתפעול עמודות ללא רבב ולתוצאות ניתנות לשחזור של ניתוחים של מאות דגימות. זהותם של אפלטוקסינים שנלקחו מעמוד פלורסיל אושרה כפי שתואר קודם לכן. 28 עמודת UPLC אנליטית בקוטר 3 מ"מ ששימשה כאן הדגימה סלקטיביות גבוהה יותר והפרדה אמינה יותר של אפלטוקסינים B1, B2, G1 ו-G2 בריכוזים גבוהים יותר בהשוואה לעמודת הקוטר 2.1 מ"מ של אותה כימיה. יתר על כן, תוחלת החיים של עמוד 3 מ"מ (מעל 1,200 זריקות) הייתה גבוהה משמעותית מזו של עמוד 2.1 מ"מ (עד 800 זריקות). למרות שעמוד 3 מ"מ דרש קצב גבוה יותר של השלב הנייד (40% יותר), חיסרון זה עלה על היתרונות הנ"ל של העמודה.
המיני-עמוד פלורסיל היה יעיל לטיהור תמציות של זרעי בוטנים מזוהמים מאוד במטבוליטים של אספרגילוס (איור 5G); זרעים כאלה הכילו גם רמות גבוהות של פיטולקסין סטילבנואידים שיוצרו על ידי זרעים בתגובה לפלישה הפטרייתית. כל הזיהומים הללו עשויים לעלות על ריכוז אפלטוקסין בזרעים עד פי 10פי 6 22, מה שהופך זרעים אלה לאובייקטים מאתגרים לניתוח אפלטוקסין. איור 5G מראה את היעדר שיאים מפריעים בכרומטוגרמה בזמני שימור אפלטוקסין, מה שהפך את הזיהוי והכימות של אפלטוקסין ללא פשרות בכל הרמות שנבדקו (טבלה 1). כפי שניתן לראות בטבלה 1, הדיוק והדיוק של השיטה היו גבוהים מספיק בטווח הנבדק של 1.0-50.0 ננוגרם/גרם, שהוא גם הטווח הקריטי ביותר לזיהוי אפלטוקסין. ההתאוששות ברמות שונות עבור גנוטיפים שונים של בוטנים פראיים הייתה אחידה וסטיות התקן עבור חמישה מיצויים שונים היו נמוכות במהותן.
השיטה נבדקה גם על בוטנים, כותנה, תירס וזרעי אורז מזוהמים באופן טבעי מאפס לרמות גבוהות במיוחד - מעל 10,000 ננוגרם/גרם של אפלטוקסינים בסך הכל. ההתאוששות של אפלטוקסינים B1, B2, G1 ו-G2 מתירס, זרעי כותנה ואורז ברמה של 5 ננוגרם/גרם נעה בין 76.1% ל-93.7%, 77.1% ל-86.6% ו-90.5% ל-96.2%, בהתאמה. ההתאוששות הגבוהה ביותר של אפלטוקסינים מאורז לוותה ב"טוהר" של הלואנט, כלומר, כמעט היעדר זיהומים. יתר על כן, אורז ייצג את החפץ היחיד הקטן ביותר שנבדק, בממוצע, 19 מ"ג / זרע.
זמן ההכנה הכולל של זרע בוטנים בודד (כולל הפגזה, שקילה, מיצוי, צנטריפוגה וטיהור) באמצעות עמוד פלורסיל לא עלה על 20 דקות. עלות המיני-עמוד של פלוריזיל נמוכה פי >10 מזו של עמודי ניקוי מסחריים. חיסכון נוסף נובע משימוש בכמויות נמוכות יותר של חומרי ספיגה, ממסים וגז חנקן בהשוואה לנוהל28 שפורסם. המיני-עמוד אינו דורש מכשירי שאיבה או ואקום כדי לפעול, ויש לו חיי מדף בלתי מוגבלים.
חקר חיידקי צמחים לעמידות לאפלטוקסינים קשה במיוחד מכיוון שהצטברות מיקוטוקסין אינה עוקבת אחר התפלגות נורמלית37,38; יש צורך במספר רב של ניתוחי אפלטוקסין בזרעים בודדים כדי להתגבר על תופעה זו. בנוסף לתכולת אפלטוקסין, מידע על הרכב פיטואלכסין כמותי הוא בעל ערך רב לאור גוף מידע גדול שניתן לקבל מזרע בודד (איור 1A) ולעקוב אחריו לצמח מסוים (איור 1E). השיטה שימשה בהצלחה לסינון מאות צירים, כולל זני קרקע, קווי רבייה מתקדמים וזני בוטנים מובחרים. השיטה מוצעת לשימוש בתוכניות מחקר קדם-רבייה ורבייה של בוטנים ועשויה לסייע באפיון גנים של בוטנים לעמידות פטרייתית.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
עבודה זו קיבלה את התמיכה הכספית של פרויקט USDA-ARS CRIS 6044-42000-011-00D ופרויקט CRIS 6044-21000-005-000-D. אנו מודים לדן טוד על הכנת מתלה החזקת המיני-עמוד. אזכור שמות מסחריים או מוצרים מסחריים במאמר זה נועד אך ורק לצורך מתן מידע ספציפי ואינו מרמז על המלצה או תמיכה של משרד החקלאות האמריקאי.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| אצטון, אופטימה | פישר סיינטיפיק | A929-4 | |
| אצטוניטריל, אופטימה | פישר סיינטיפיק | A996-4 | |
| Acquity BEH C18 2.1 x 5 מ"מ ואן-גארד טרום טור | תאגיד ווטרס | 186003975 | |
| Acquity BEH C18 3 x 100 מ"מ טור | תאגיד ווטרס | 186004661 | |
| Acquity BEH C18 2.1 x 100 מ"מ טור | תאגיד ווטרס | ||
| אפלטוקסינים B1, B2, G1 ו-G2 | סיגמא-אולדריץ' | A9441-1VL | ממיסים את תכולת הבקבוקון המסחרי ב-5 מ"ל מתנול כדי להשיג 5 ומיקרו; גרם/מ"ל לאפלטוקסינים B1 ו-G1 ו-1.5 ומיקרו; גרם/מ"ל עבור B2 ו-G2 |
| אפלטוקסין B1 (1 מ"ג) | סיגמא-אולדריץ' | A6636-1MG | |
| אפלטוקסין B2 (1 מ"ג) | סיגמא-אולדריץ' | A9887-1MG | |
| אפלטוקסין G1 (1 מ"ג) | סיגמא-אולדריץ' | A0138-1MG | |
| אפלטוקסין G2 (1 מ"ג) | סיגמא-אולדריץ' | A0263-1MG | |
| אפלטוקסין M1 (10 ומיקרו; ז) | סיגמא-אולדריץ | ' CRM46319 | |
| אגר, מגורען (2 ק"ג) | בקטון דיקינסון | BD214510 | |
| תחמוצת אלומינה בסיסית (60-325 רשת) | פישר סיינטיפיק | A941-500 | |
| בסיסי בינוני | Murashige ו-Skoog | M5519 | |
| חרוז Ruptor 24 | Omni International | 19-042E | |
| (1000 מ"ל) | קורנינג (פיירקס) | 10001L | |
| (250 מ"ל) | קורנינג (פיירקס) | 1000250 | |
| (400 מ"ל) | קורנינג (פיירקס) | 1000400 | |
| (600 מ"ל) | קורנינג (פיירקס) | 1000600 | |
| להב, נוצת אזמל | #10 | ||
| צנטריפוגה (LSE Compact) | דגם קורנינג | : 6755 | |
| צנטריפוגה, מיקרו | קורנינג | דגם: 6770 | |
| חרוזי קרמיקה (2.8 מ"מ) | Omni International | 19-646 | |
| חרוזי קרמיקה (6.5 מ"מ) | Omni International | 19-682 | |
| Chromeleon 7 series Software | Thermo Scientific | ||
| Drill bit | Kyocera | 07896 | 1.6 מ"מ |
| Kyocera | 07357 | מקדח 2.0 מ"מ | |
| Kyocera | 07985 | 2.34 מ"מ | |
| אתנול (200 הוכחה) | מאייד Decon Labs | 2805M | |
| , ארגון חנקן | 11106 | מיקומים | |
| Excel, Microsoft | Microsoft | Office 365 | |
| נייר סינון (# 4) | Cytiva | Whatman 1004-090 | |
| פלדת אל-חלד (מזהה 11.5 מ"מ) | |||
| , סיבי זכוכית | בקבוק Cytiva Whatman | 934-AH | |
| (2800 מ"ל) | קורנינג (פיירקס) | 44202XL | |
| Florisil (100-200 רשת) | Fisher Scientific | F101-500 | |
| מלקחיים | Integra Lifescience ( Miltex) | PM-0300 | |
| חומצה פורמית (88%, ACS) | Fisher Scientific | A118P-500 | |
| (-80oC) | משפך TSX70086D | ||
| (15 x 80 מ"מ) | DWK Life Sciences (Kimax) | 2902060 | |
| Gelzan (בינוני) | Caisson Labs | מוט זכוכית G024 | |
| (מותאם אישית) | בהתאמה אישית | ||
| צמר זכוכית | קורנינג (פיירקס) | 3950 | |
| ידית, אזמל | נוצה | #7 | |
| המוציטומטר | Hausser Scientific | 3100 | |
| מי חמצן | פישר סיינטיפיק | H325-4 | 30%, דלי קרח ACS מוסמך |
| , עגול עם מכסה | חממת 432122 | ||
| Percival | 136VL | ||
| Kimtech SCIENCE מותג Kimwipes | Kimtech | 34120 | 8.2 אינץ' x 4.39 אינץ' |
| Kimtech SCIENCE מותג Kimwipes | Kimtech | 34256 | 16.4 אינץ' x 14.43 אינץ' |
| מעיל מעבדה | Cenmed | B113660SBXL | |
| מתנול, אופטימה | פישר סיינטיפיק | A454-4 | |
| מתלה עמודים מיני (מותאם אישית) | בהתאמה אישית | ||
| , מגע (מקסי מיקס II) | תרמולין | 37600 (דגם 231) | |
| כפפות ניטריל | Microflex | XC310M | |
| גז חנקן, דחוס (טוהר גבוה במיוחד) | מגבת נייר ריתוך | ||
| ג'ורג'יה-פסיפיק | 20023 (D400) | ||
| מד pH | פישר סיינטיפיק (Accumet) | 13-636-AB15 | |
| pH/ATC אלקטרודה | פישר סיינטיפיק (Accumet) | 13-620-111 | |
| PhCR כור | פוטוכימיווטרס (ויקאם) | 600001222 | |
| פיפטה, פסטר | פישר סיינטיפיק | 13-678-20D | 9 אינץ' |
| פיפטור (1 מ"ל) (הפניה 2) | Eppendorf | 4924000088 | |
| Pipettor (10 μ L) (התייחסות) | Eppendorf | 022470051D | |
| קצות פיפטה: 10 μ L, 200 ו-mu; L, 1 מ"ל | Eppendorf | F144054M | |
| Pipettor (200 ומיקרו; L)(Ergofit) | פישר סיינטיפיק | 12-146-679 | |
| צלחות, פטרי (100x15 מ"מ) | פישר סיינטיפיק | FB0875713 | |
| תפוחי אדמה דקסטרוז אגר (500 גרם) | בקטון דיקינסון | ||
| BD213400 צינור חרוז מחוזק (2 מ"ל) | Omni International | 19-660 | |
| צינור חרוז מחוזק (7 מ"ל) | Omni International | 19-651 | |
| Repipettor, Dispensette III (10 מ"ל) | Brandtech | 4701141 | |
| Resveratrol | Sigma-Aldrich | R5010-100MG | |
| סקופ (מותאם אישית) | בהתאמה | ||
| צנצנת פקק הברגה (250 מ"ל) | קורנינג (פיירקס)1395250 | ||
| ג'ל סיליקה, כדורי (200-400 רשת) | Supelco | 97727-U | 100 גרם |
| נתרן הידרוקסיד | Fisher Scientific | S318-500 | |
| SPE תמצית נקייה 1.5 מ"ל עמודת פוליפרופילן | ציוד כרומוטוגרפיה אמריקאי | SP-5122382 | |
| SPE תמצית PP נקי פריטס (עבור 1.5 מ"ל מיני-טור) | ציוד כרומוטוגרפיה אמריקאי | SP-3119414 | |
| ספקטרופוטומטר, פישר סיינטיפיק גלוי UV | 14-385-351 (Genesys 50) | ||
| מבחנה | קורנינג (פיירקס) | 982516X | 16x125 מ"מ |
| מבחנה (חד פעמית) (16x125 מ"מ) | פישר Scientific | 14-961-31 | |
| מבחנה (חד פעמית) (150x250 מ"מ) | Fisher Scientific | 14-961-34 | |
| גלאי Thermo Vanquish DAD (UPLC) | Thermo Scientific | VF-D11-A-01 | |
| גלאי Thermo Vanquish Fluourescense (UPLC) | Thermo Scientific | VF-D51-A | |
| משאבה רבעונית Thermo Vanquish F (UPLC) | Thermo Scientific | VF-P20-A | |
| Thermo Vanquish Split Sampler FT (UPLC) | Thermo Scientific | VF-A10-A-02 | |
| Tween 20 (פוליסורבט 20) (דרגת אנזים) | Fisher Scientific | BP337-500 | |
| כמוסות בקבוקון (4 מ"ל) | Fisher Scientific | C4015-75A | |
| (דגימה אוטומטית) | Fisher Scientific | C4010-60A | |
| (16 מ"ל) | בקבוקוני Thermo Scientific | B7800-4 | |
| , זכוכית (4 מ"ל) | בקבוקוני פישר סיינטיפיק | C4015-1 | |
| פוליפרופילן (דגימה אוטומטית) (400 מ"ל) | פישר סיינטיפיק | C4010-11 | |
| מים, אופטימה | פישר סיינטיפיק | W6-4 |
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה