$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Zgodnie z protokołem opisanym w sekcji 1, botaniczne DNA z główki kwiatu i liścia zostało wyekstrahowane do supernatantu po inkubacji termicznej probówki zbiorczej w temperaturze 95 °C przez 10 minut. W obecnym badaniu supernatant wykazywał żółty i zielonkawy kolor zarówno dla kwiatów, jak i liści, co wskazuje, że różne naturalne związki zostały uwolnione do supernatantu z botanicznym DNA (Ryc. 6). Chociaż wiarygodną amplifikację PCR uzyskano później w trzech egzemplarzach dla wszystkich matryc DNA wyekstrahowanych w terenie, ocenę jakości DNA przeprowadzono w laboratorium jako odniesienie. Stężenie ekstraktu DNA z główki kwiatu, oznaczone za pomocą fluorometrii, mieściło się w zakresie 3,69–5,36 ng/μl, podczas gdy stężenie ekstraktu DNA z liści mieściło się w zakresie 6,42–9,29 ng/μl. Współczynniki absorbancji A260/A280 i A260/A230 ekstraktów DNA z kwiatów i liści mierzono za pomocą spektrofotometrii. Jednak ze względu na nakładanie się widma absorpcji DNA i fitochemicznej absorpcji UV, nie można było zmierzyć tych proporcji wiarygodnie (dane nie pokazane).
Interkalacyjny barwnik fluorescencyjny został użyty do monitorowania wzmocnienia docelowych fragmentów w czasie rzeczywistym. Ponieważ zarówno specyficzne startery M. chamomilla, jak i C. nobile celują w region wewnętrznej transkrybowanej przestrzeni dystansowej 2 (ITS2), który ma dziesiątki do setek kopii w genomie rośliny, 25 cykli amplifikacji PCR jest wystarczających do wygenerowania wystarczającej liczby amplikonów do identyfikacji gatunków rumianku. W Rysunek 7, wartość Ct dla pozytywnej kontroli M. chamomilla w teście identyfikacji M. chamomilla była mniejsza niż 25 (GCP_GCT), podczas gdy po 25 cyklach amplifikacji fluorescencja tej samej kontroli w teście identyfikacji C. nobile była poniżej progu wykrywania (GCP_RCT). Z drugiej strony, po 25 cyklach fluorescencja dla kontroli pozytywnej C. nobile w teście identyfikacyjnym M. chamomilla była poniżej progu wykrywalności (RCP_GCT), podczas gdy wartość Ct dla tej samej kontroli w teście identyfikacji C. nobile była mniejsza niż 25 (RCP_RCT). Amplifikacja docelowych i niedocelowych kontroli dodatnich w ich odpowiednich testach wykazuje swoistość testu identyfikacji M. chamomilla. W przypadku próbki DNA, ekstrakt DNA z główki kwiatu polnego i liścia dał wartości Ct wynoszące odpowiednio 15,18 i 19,41 w teście identyfikacyjnym M. chamomilla (próbka1 (FLOWER_GCT) i próbka 2 (LIŚĆ) _GCT). Obie te próbki nie zostały amplifikowane w teście identyfikacji C. nobile (Próbka1(FLOWER)_RCT i Próbka2(LIŚĆ)_RCT). Wzorce amplifikacji obu próbek odpowiadały wzorcowi amplifikacji kontroli pozytywnej M. chamomilla. Kontrole ujemne nie zostały wzmocnione zarówno w testach identyfikacyjnych M. chamomilla, jak i C. nobile (NC_GCT i NC_RCT), co wyklucza możliwość wyników fałszywie dodatnich spowodowanych zanieczyszczeniem PCR. Aby dodatkowo potwierdzić specyficzną amplifikację w kontrolach pozytywnych i próbkach, frakcje produktu końcowego PCR z każdej studzienki przeprowadzono na 2% żelu agarozowym w laboratorium (Rysunek 8). W przypadku testu identyfikacyjnego M. chamomilla obie próbki terenowe dały amplikony biegnące w tej samej pozycji co kontrola pozytywna M. chamomilla o szacowanej wielkości nieco powyżej 100 pz (wielkość teoretyczna 102 pz). W przypadku testu identyfikacji C. nobile kontrola pozytywna gatunku niebędącego przedmiotem zwalczania C. nobile wykazała pasmo między 50 a 100 pz, co odpowiada teoretycznej wielkości 65 pz. Pozostałe tory nie wykazały żadnego konkretnego produktu wzmacniającego, co zgadzało się z brakiem sygnału fluorescencyjnego dla tych studni, co zaobserwowano w testach terenowych.
Po amplifikacji PCR, przeprowadzono analizę krzywej topnienia, aby ocenić charakterystykę dysocjacji dwuniciowego DNA (dsDNA) podczas ogrzewania. Gdy temperatura wzrosła podczas ostatniego cyklu analizy krzywej topnienia, wzrost temperatury spowodował dysocjację dwuniciowych amplikonów. Interkalacyjny barwnik fluorescencyjny był stopniowo uwalniany do roztworu, zmniejszając intensywność fluorescencji (Rysunek 9A). Punkt przegięcia pierwszej krzywej pochodnej wykorzystano do wyznaczenia temperatury topnienia (Tm) (Rysunek 9B), która zależy głównie od długości fragmentu DNA i zawartości GC. Połączenie wartości Ct z temperaturą topnienia może zwiększyć specyficzność analizy qPCR. W niniejszym badaniu pik temperatury topnienia amplikonu PCR kontroli pozytywnej M. chamomilla wystąpił w temperaturze 85,6 °C (GCP_GCT) i różnił się od piku temperatury topnienia amplikonu PCR z kontrolą dodatnią C. nobile w temperaturze 79,1 °C (RCP_RCT). Amplikon PCR z główki kwiatu polnego i liścia spowodował skoki temperatury topnienia odpowiednio w temperaturze 85,2 °C i 84,8 °C (próbka1 (FLOWER_GCT) i próbka 2 (LEAF) _GCT). Aby ocenić zmiany temperatury topnienia mierzone za pomocą przenośnego systemu qPCR, zebrano dodatkowe punkty danych, aby potwierdzić, że temperatury topnienia próbki były zawsze zbliżone do temperatury topnienia uzyskanej z kontroli pozytywnej M. chamomilla (w granicach 2 °C) i były dalekie od temperatury topnienia amplikonu kontroli dodatniej C. nobile (Rysunek 10). Szczyty temperatur topnienia odnotowywano niekiedy w innych odwiertach. Jednak ich wartości Ct były nie mniejsze niż 25, a szczyty temperatury topnienia nie były bliskie kontroli dodatniej M. chamomilla lub C. nobile (oddalone od siebie o więcej niż 2 °C).
Podsumowując, test identyfikacyjny M. chamomilla może być interpretowany na podstawie reguł decyzyjnych podsumowanych w Tabeli 5. Ponieważ wszystkie kontrole pozytywne dały wynik pozytywny dla domniemanego gatunku botanicznego, negatywny dla innych gatunków, a kontrole ujemne dały wynik negatywny, obie próbki terenowe zostały uznane za zawierające M. chamomilla, ale nie C. nobile. Ponadto, aby dostosować wyniki testów terenowych do innych technik analitycznych, wnioski terenowe zostały dodatkowo potwierdzone za pomocą wcześniej zwalidowanej metody kodowania kreskowego DNA25 (dane nie pokazane).

Ryc. 1: Identyfikacja morfologiczna materiału botanicznego. (A) Kwiaty hibiscus rosa-sinensis, korzenie Curcuma longa, liście Malva Sylvestris, liście Rosmarinus officinalis, nasiona Coriandrum sativum, korzenie Zingiber officinale. (B) Płatki Petroselinum crispum i Apium graveolens są trudne do odróżnienia. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Identyfikacja chemiczna materiałów botanicznych. (A) Przyrząd do HPTLC i reprezentatywny chromatogram HPTLC. (B) Przyrząd do HPLC i reprezentatywny chromatogram HPLC. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Ryc. 3: Matricaria chamomilla i Chamaemelum nobile w terenie. (A) Matricaria chamomilla, zaczerpnięte z Wikipedii na licencji CC BY-SA 3.0, https://en.wikipedia.org/wiki/Matricaria_chamomilla#/media/File:Matricaria_February_2008-1.jpg. (B) Chamaemelum nobile, zaczerpnięte z Wikipedii pod numerem CC BY-SA 3.0, https://en.wikipedia.org/wiki/Chamomile#/media/File:Chamaemelum_nobile_001.JPG. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Ryc. 4: Zbieranie części roślin M. chamomilla z pola. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 5: Rozmieszczenie studzienek testowych w demonstracji. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rycina 6: Ekstrakt DNA z pola w probówkach zbiorczych. Tkanka botaniczna pozostaje w oryginalnej probówce i jest pokryta żółtawym ekstraktem DNA. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 7: Wykres fluorescencyjny przedstawiający akumulację produktów PCR w ciągu 25 cykli termocyklingu. Kontrola pozytywna M. chamomilla i kontrola pozytywna C. nobile wykazują wartości Ct mniejsze niż 25 odpowiednio w testach identyfikacyjnych M. chamomilla i C. nobile. Próbki kwiatów i liści polnych amplifikowano za pomocą testu identyfikacyjnego M. chamomilla o wartościach Ct 15,18 i 19,41. Reszta studni nie była wzmocniona. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 8: Elektroforeza żelowa produktów amplifikacji PCR w terenie. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 9: Analiza temperatury topnienia. (A) Sygnał fluorescencji w każdym studzience zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury. (B) Tożsamość produktów PCR została potwierdzona przez pik temperatury topnienia w analizie krzywej topnienia. W próbkach kwiatów i liści polnych szczyty temperatury osiągają temperatury 85,2 °C i 84,8 °C. Są one bliskie szczytowi wytwarzanemu przez kontrolę pozytywną M. chamomilla. Kontrola dodatnia C. nobile wytworzyła pik w temperaturze 79,1 °C, który różni się od pozostałych trzech próbek. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 10: Skokowa zmienność temperatury topnienia między kontrolą dodatnią a próbkami terenowymi. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
| scena | cykl | temperatura | Godzina |
| Stała temperatura | 1 | 95 °C | Lata 60. |
| Wzmocnienie | 25 | 95 °C | Lata 30. |
| 60 °C | Lata 30. |
| Krzywa topnienia | 1 | 60 °C | Rampa 0.05 °C/s |
| 95 °C |
Tabela 1: warunki termocyklingu qPCR dla testów identyfikacyjnych M. chamomilla i C. nobile.
| Test | Nazwa podkładu | Sekwencja 5'-3' | pozycja | region | Rozmiar amplikonu |
| Matricaria recutita | 3 ZŁ | TCGTCGGTCGCAAGGATAAG | naprzód | ITS2 | 102 pz |
| ZŁ 4 | TAAACTCAGCGGGTAGTCCC | rewers |
| Chamaemelum nobile | 11 ZŁ | TGTCGCACGTTGCTAGGAAGCA | naprzód | ITS2 | 65 pz |
| 12 ZŁ | TCGAAGCGTCATCCTAAGACAAC | rewers |
Tabela 2: Pary starterów do testów identyfikacyjnych M. chamomilla i C. nobile.
| Dobra pozycja | Dobra nazwa | Opis |
| 1 | GC_PosCtrl_GC_Test | Dodatnia kontrola rumianku niemieckiego w teście GC |
| cyfra arabska | GC_PosCtrl_RC_Test | Pozytywna kontrola rumianku niemieckiego w teście RC |
| 3 | RC_PosCtrl_GC_Test | Pozytywna kontrola rumianku rzymskiego w teście GC |
| 4 | RC_PosCtrl_RC_Test | Pozytywna kontrola rumianku rzymskiego w teście RC |
| 5 | Field_Sample_GC_Test | Próbka tkanki liścia poddana testowi GC |
| 6 | Field_Sample_RC_Test | Próbka tkanki liścia poddana testowi RC |
| 7 | Field_Sample_GC_Test | Próbka tkanki kwiatowej w teście GC |
| 8 | Field_Sample_RC_Test | Próbka tkanki kwiatowej w teście RC |
| 9 | NegCtrl_GC_Test | Próbka kontroli ujemnej w teście GC |
| 10 | NegCtrl_RC_Test | Próbka kontroli ujemnej w teście RC |
Tabela 3: Typy studni i opisy do testów identyfikacyjnych M. chamomilla i C. nobile.
| Odczynnik | GC_Test | RC_Test |
| Uniwersalna mieszanka qPCR* | 10 μL | 10 μL |
| Podkład ZL3 (10 μM) | 0,4 μl | nie |
| Podkład ZL4 (10 μM) | 0,4 μl | nie |
| Podkład ZL11 (10 μM) | nie | 0,4 μl |
| Podkład ZL12 (10 μM) | nie | 0,4 μl |
| H2O(bez nukleaz) | 7,2 μl | 7,2 μl |
| * zawiera polimerazę DNA Hot Start Taq |
Tabela 4: Kompozycja Master-mix do testów identyfikacyjnych M. chamomilla i C. nobile.
| Nazwa studni | Oczekiwany wynik | Kryteria pozytywnego wyniku | Kryteria wyniku negatywnego |
| Wykryte / Obecne | Nie wykryto / Brak |
| GC_PosCtrl_GC_Test | Wykryte | Ct < 25 i 84 < = Tm <= 86 | - |
| GC_PosCtrl_RC_Test | Nie wykryto | - | Brak wartości Ct w ciągu 25 cykli |
| RC_PosCtrl_GC_Test | Nie wykryto | - | Brak wartości Ct w ciągu 25 cykli |
| RC_PosCtrl_RC_Test | Wykryte | Ct < 25 i 79 < = Tm <= 81 | - |
| Field_Sample_Leaf_GC_Test | prezentować | Ct < 25 i 84 < = Tm <= 86 | Brak wartości Ct w ciągu 25 cykli |
| Field_Sample_Leaf_RC_Test | nieobecny | - | Brak wartości Ct w ciągu 25 cykli |
| Field_Sample_Flower_GC_Test | prezentować | Ct < 25 i 84 < = Tm <= 86 | Brak wartości Ct w ciągu 25 cykli |
| Field_Sample_Flower_RC_Test | nieobecny | - | Brak wartości Ct w ciągu 25 cykli |
| NegCtrl_GC_Test | Nie wykryto | - | Brak wartości Ct w ciągu 25 cykli |
| NegCtrl_RC_Test | Nie wykryto | - | Brak wartości Ct w ciągu 25 cykli |
Tabela 5: Zasady interpretacji wyników qPCR.