$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Transplantaat-overdraagbare floëem-beperkte pathogenen van citrusvruchten, zoals viroïden, virussen en bacteriën, hebben verwoestende epidemieën en ernstige economische verliezen veroorzaakt in elk citrusproducerend gebied van de wereld. Citrusviroïden beperken de productiefactoren vanwege de exocortis- en cachexieziekten die ze veroorzaken in economisch belangrijke citrussoorten, zoals trifoliaat, trifoliaathybriden, mandarijnen, clementines en mandarijnen 1,2,3. In Californië vormen deze viroïde-gevoelige citrussoorten de basis van de groeiende en winstgevende markt van "easy-peelers", in navolging van de veranderende trend in de voorkeur van consumenten voor fruit dat gemakkelijk te schillen, gesegmenteerd en pitloos is 4,5,6. Zo worden citrusviroïden gereguleerd onder het California Department of Food and Agriculture (CDFA) "Citrus Nursery Stock Pest Cleanliness Program-Senate Bill 140", en de laboratoria van CDFA's Plant Pest Diagnostics Branch voeren jaarlijks duizenden citrusviroïde tests uit 7,8,9,10 . Citrus tristeza virus (CTV) is verantwoordelijk voor de dood van meer dan 100 miljoen citrusbomen sinds het begin van de wereldwijde epidemie in de jaren 1930 3,9,10,11. In Californië vormen stengelputjes en trifoliate brekende resistentie-isolaten van het virus een ernstige bedreiging voor de $ 3,6 miljard Californische citrusindustrie12,13,14. Bijgevolg classificeert CDFA CTV als een gereguleerde klasse-A plantenplaag en voert het laboratorium van het Central California Tristeza Eradication Agency (CCTEA) elk jaar uitgebreide veldonderzoeken en duizenden virustests uit15,16. De bacterie "Candidatus Liberibacter asiaticus" (CLas) en de huanglongbing (HLB) -ziekte hebben naar schatting bijna $ 9 miljard aan economische schade aan Florida veroorzaakt als gevolg van een vermindering van 40% van het citrusareaal, een afname van 57% in citrusactiviteiten en een verlies van bijna 8.000 banen17,18. In Californië werd voorspeld dat een hypothetische vermindering van 20% van het citrusareaal als gevolg van HLB zou resulteren in meer dan 8.200 banenverlies en een vermindering van meer dan een half miljard dollar in het bruto binnenlands product van de staat. Daarom besteedt het Citrus Pest and Disease Prevention Program jaarlijks meer dan $ 40 miljoen aan enquêtes om CLas uit Californië te testen, detecteren en uitroeien 14,17,19,20.
Een belangrijk element van het beheer van citrusviroïden, virussen en bacteriën is het gebruik van pathogeen-getest teeltmateriaal (d.w.z. budwood) voor de productie van bomen. Op pathogenen getest citrusknophout wordt geproduceerd en onderhouden binnen uitgebreide quarantaineprogramma's die geavanceerde eliminatie- en detectietechnieken voor pathogenen gebruiken10,21. Het Citrus Clonal Protection Program (CCPP) aan de Universiteit van Californië, Riverside, test elk jaar duizenden knophoutmonsters van citrusvariëteiten die nieuw zijn geïmporteerd in de staat en de VS, evenals citrusknophoutbronbomen, om de citrusvruchten van Californië te beschermen en de functies van het National Clean Plant Network for Citrus10,17,22 te ondersteunen. Om het grote volume van citrustests aan te kunnen, zijn high-throughput, betrouwbare en kosteneffectieve pathogene detectietests een fundamenteel onderdeel voor het succes van programma's zoals de CCPP 7,10,22.
Hoewel moleculaire pathogene detectietests zoals polymerasekettingreactie (PCR) hebben gezorgd voor een aanzienlijke toename van de doorvoer in fabrieksdiagnoselaboratoria, is in onze ervaring een van de meest kritieke knelpunten bij de implementatie van protocollen met hoge doorvoer de verwerkingsstap van plantenweefselmonsters. Dit geldt met name voor citrus omdat de momenteel beschikbare protocollen voor de verwerking van floëemrijke weefsels zoals bladstelen en knophoutschors arbeidsintensief en tijdrovend zijn en dure en gespecialiseerde laboratoriumapparatuur vereisen. Deze protocollen vereisen handhakken, wegen, vriesdrogen, malen en centrifugeren bij lage temperaturen om nucleïnezuurafbraak te voorkomen 8,23,24. In het CCPP-diagnoselaboratorium omvat monsterverwerking bijvoorbeeld (i) handhakken (6-9 monsters / h / operator), (ii) vriesdrogen (16-24 h), (iii) verpulvering (30-60 s) en (iv) centrifugeren (1-2 h). Het proces vereist ook gespecialiseerde benodigdheden (bijv. Heavy-duty safe-lock buizen, roestvrijstalen slijpballen, adapters, messen, handschoenen) en meerdere kostbare laboratoriumapparatuur (bijv. Ultra-lage vriezer, vriesdroger, weefselvergruizer, vloeibare stikstof cryostation, gekoelde centrifuge).
Zoals in elke branche zijn equipment engineering en de automatisering van processen de sleutel tot het verlagen van de kosten, het verhogen van de doorvoer en het leveren van hoogwaardige, uniforme producten en diensten. De citrusindustrie heeft goedkope weefselverwerkingsinstrumenten nodig die minimale vaardigheid vereisen om te werken en als zodanig gemakkelijk kunnen worden overgedragen aan diagnostische laboratoria en veldoperaties om een hoge monsterverwerkingscapaciteit mogelijk te maken voor snelle downstream pathogeendetectie. Technology Evolving Solutions (TES) en de CCPP ontwikkelden (d.w.z. ontwerpen en fabriceren) en valideerden (d.w.z. getest met citrusmonsters en vergeleken met standaard laboratoriumprocedures) een goedkoop (d.w.z. elimineerden de behoefte aan gespecialiseerde laboratoriumapparatuur) instrument voor de snelle verwerking van floëemrijke citrusweefsels (d.w.z. budwood), genaamd de budwood tissue extractor (AHO). Zoals te zien is in figuur 1, bevat de AHO een basiscomponent voor voeding en bedieningselementen, plus een verwijderbare kamer voor de verwerking van citrusknophout. De AHO-kamer bestaat uit een slijpschijf die speciaal is ontworpen om de floëemrijke schorsweefsels van het citrusknophout te strippen. Het versnipperde schorsweefsel wordt snel uitgeworpen via een schuifpoort in een spuit met extractiebuffer, gefilterd en klaargemaakt voor nucleïnezuurextractie en -zuivering zonder extra behandeling of voorbereiding (figuur 1). Het AHO-systeem omvat ook een papierloze monstervolgtoepassing en een geïntegreerde weegtoepassing, die de monsterverwerkingsinformatie in realtime in een online database registreert.
Het AHO-systeem heeft de laboratoriumdiagnostische capaciteit van het CCPP met meer dan 100% verhoogd en heeft consequent citrusweefselextracten geproduceerd die geschikt zijn voor de zuivering van hoogwaardige nucleïnezuren en de downstream-detectie van transplantaatoverdraagbare pathogenen van citrusvruchten met behulp van PCR-assays. Meer specifiek heeft AHO de tijd voor weefselverwerking teruggebracht van meer dan 24 uur tot ~ 3 minuten per monster, laboratoriuminstrumenten vervangen die meer dan $ 60.000 kosten (figuur 2, stappen 2-4) en de verwerking van grotere monstergroottes mogelijk gemaakt.
Dit artikel presenteert de AHO-high-throughput citrusschorsweefselverwerking, nucleïnezuurextractie en validatiegegevens voor pathogeendetectie met citrusknophoutmonsters van bronbomen, inclusief alle geschikte positieve en negatieve controles van respectievelijk de CCPP Rubidoux Quarantine Facility en Lindcove Foundation Facility. We presenteren ook de veranderingen in doorvoer en verwerkingstijd ten opzichte van de huidige laboratoriumprocedure (figuur 2). Bovendien biedt dit werk een gedetailleerd, stapsgewijs protocol voor testlaboratoria voor citruspathogenen en laat het zien hoe de AHO de functies van pathogeen-schone kwekerijen, enquête en uitroeiingsprogramma's kan ondersteunen.

Figuur 1: Budwood tissue extractor. De AHO bevat een basiscomponent voor voeding en bedieningselementen, plus een verwijderbare kamer voor de verwerking van citrusknophout. De AHO-kamer bestaat uit een slijpschijf die speciaal is ontworpen om de floëemrijke schorsweefsels van citrusknophout te strippen. Het versnipperde schorsweefsel wordt snel door een schuifpoort in een spuit geworpen, gefilterd en klaargemaakt voor nucleïnezuurextractie en -zuivering zonder extra hantering of voorbereiding. Afkorting: AHO = budwood tissue extractor. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Stapsgewijze vergelijking tussen de conventionele hand-hak lab procedure en AHO verwerking. AHO-verwerking omvat high-throughput citrusschorsweefselverwerking, nucleïnezuurextractie en detectie van pathogenen. De tijd voor elke stap wordt tussen haakjes aangegeven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.