$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Opierając się na naszych wcześniejszych doświadczeniach28, opracowaliśmy prostą, niedrogą, przyjazną dla środowiska procedurę chemiczną odpowiednią do eksploracji kolekcji dzikich plazm zarodkowych Arachis w celu identyfikacji gatunków odpornych na Aspergillus oraz określenia i scharakteryzowania nowych źródeł genetycznej odporności na tego oportunistycznego grzyba. Metoda ta opiera się na oczyszczaniu ekstraktu z nasion techniką ekstrakcji do fazy stałej (SPE) oraz kwantyfikacji aflatoksyn za pomocą ultrasprawnej chromatografii cieczowej (UPLC) i charakteryzuje się wystarczająco wysokim odzyskiem, precyzją i dokładnością. Proponowana metoda "Florisil" jest modyfikacją procedury czyszczenia pojedynczej minikolumny, która opiera się na unikalnej właściwości Florisil (żelu magnezowo-krzemionkowego) do silnego i selektywnego zatrzymywania aflatoksyn28. Podobnie jak w oryginalnej metodzie, próbki nasion ekstrahowano mieszaniną MeOH-H2 O, ale w innej proporcji 90:10 (v/v) w porównaniu z opublikowaną proporcją 80:20 (v/v). Ta zmiana zwiększyła natężenie przepływu rozpuszczalników przez kolumnę czyszczącą do 2,5 raza przy tym samym współczynniku odzysku aflatoksyny. Ta mieszanina metanolu i wody w proporcji 90:10 (v/v) zapewniła prawie 100% odzysk wzorców aflatoksyn B1, B2, G1 i G2 dodanych do rozpuszczalnika ekstrakcyjnego przy poziomach skoków odpowiadających 5-50 ng stężeń aflatoksyny w 1 g substratu, a także zapewniła wystarczająco wysoki odzysk z wzbogaconych próbek nasion orzeszków ziemnych (Tabela 1).
Wykazano, że aflatoksyny mogą być eluowane z adsorbentu Florisil tylko przy dużych ilościach acetonu30, acetonu i metanolu 31,32 oraz mieszanin acetonu i wody 33,34,35,36. W trakcie niniejszych badań odkryliśmy, że zakwaszony acetonitryl zachowuje się podobnie do acetonu pod względem zdolności do eluowania aflatoksyn z Florisilu. O ile nam wiadomo, ta właściwość acetonitrylu nie została opisana w literaturze. Odkrycie tej właściwości pozwala na wstrzykiwanie oczyszczonego ekstraktu bezpośrednio do systemu UPLC z pominięciem etapu odparowywania rozpuszczalnika, co znacznie skraca czas przygotowania. Nawet gdy acetonitryl został zmieszany z acetonem (aceton-acetonitryl-woda-88% kwas mrówkowy (65:31:3,5:0,5, v/v)), zapewniał gładkie, całkowite i szybkie usuwanie wody z oczyszczonych eluatów, znacznie skracając czas parowania rozpuszczalnika. Obecność acetonitrylu pozwoliła na użycie pojedynczego rozpuszczalnika, mieszaniny metanol-woda (90:10, v/v) w celu skutecznego usunięcia zanieczyszczeń z kolumny Florisil w porównaniu z opublikowaną metodą, w której wymagane były dwa dodatkowe rozpuszczalniki myjące, metanol i mieszanina chloroform-metanol. 28
Średnio standardowy odzysk aflatoksyny B1 wynosił ~ 98% przy użyciu 1,2 ml do elucji aflatoksyn. Ilość 50 mg Florisilu została dobrana tak, aby 1,2 ml rozpuszczalnika elucyjnego wypełniło minikolumnę do górnej części beczki i jednocześnie zapewniło zadowalający odzysk (Tabela 1). Takie podejście przyspiesza procedurę czyszczenia, ponieważ beczka kolumny musi być napełniona tylko raz. Na wczesnych etapach tego projektu nie było jasne, czy komercyjna frakcja Florisil o stosunkowo dużym rozmiarze cząstek, 100-200 mesh, będzie odpowiednia dla małej kolumny zawierającej tylko 3 mm warstwę adsorbentu. Dlatego zbadaliśmy różne frakcje Florisil uzyskane z komercyjnego produktu o oczkach 100-200 przy użyciu standardowych amerykańskich sit testowych 120-140, 140-170, 170-200, 200-270, 270-400 i >400 oczek. Wszystkie te frakcje zapewniły powtarzalne, niemal identyczne wyniki z zadowalającym odzyskiem. Chociaż frakcje o mniejszych rozmiarach cząstek wykazywały węższe pasma aflatoksyny w kolumnie pod wpływem światła UV, frakcje te nie były lepsze pod żadnym względem od komercyjnego produktu o siatce 100-200. Ponadto frakcja 100-200 mesh wykazała najkrótsze czasy elucji (8-12 min) dla całej procedury.
Gradientowe dostarczanie rozpuszczalnika UPLC pozwoliło na zadowalające oddzielenie aflatoksyn, a także na całkowite usunięcie zanieczyszczeń niepolarnych z kolumny (rysunek 5G). Takie podejście doprowadziło do bezbłędnej pracy kolumny i powtarzalnych wyników analiz setek próbek. Tożsamość aflatoksyn wymytych z kolumny Florisil została potwierdzona zgodnie z wcześniejszym opisem. 28 Zastosowana tutaj analityczna kolumna UPLC o średnicy 3 mm wykazała wyższą selektywność i bardziej niezawodne rozdzielanie aflatoksyn B1, B2, G1 i G2 przy wyższych stężeniach w porównaniu z kolumną o średnicy 2,1 mm o tym samym składzie chemicznym. Co więcej, żywotność kolumny 3 mm (ponad 1200 wtrysków) była znacznie wyższa niż kolumny 2,1 mm (do 800 wtrysków). Mimo, że kolumna 3 mm wymagała większej dawki fazy ruchomej (o 40% większej), ta wada została zniwelowana przez powyższe zalety kolumny.
Minikolumna Florisil była skuteczna w oczyszczaniu ekstraktów z nasion orzeszków ziemnych silnie zanieczyszczonych metabolitami Aspergillus (ryc. 5G); Takie nasiona zawierały również wysoki poziom fitoaleksyn stilbenoidowych, które były wytwarzane przez nasiona w odpowiedzi na inwazję grzybów. Wszystkie te zanieczyszczenia mogą przekraczać stężenie aflatoksyny w nasionach nawet 106-krotnie 22, co sprawia, że nasiona te stanowią wyzwanie dla analiz aflatoksyn. Rysunek 5G przedstawia brak pików interferujących na chromatogramie w czasie retencji aflatoksyny, co sprawiło, że wykrywanie i oznaczanie ilościowe aflatoksyn było nienaruszone na wszystkich badanych poziomach (tabela 1). Jak widać w tabeli 1, dokładność i precyzja metody były wystarczająco wysokie w badanym zakresie 1,0-50,0 ng/g, który jest również najbardziej krytycznym zakresem wykrywania aflatoksyn. Odzysk na różnych poziomach dla różnych genotypów dzikich orzeszków ziemnych był jednolity, a odchylenia standardowe dla pięciu różnych ekstrakcji były zasadniczo niskie.
Metoda została również przetestowana na nasionach orzeszków ziemnych, bawełny, kukurydzy i ryżu naturalnie zanieczyszczonych od zera do ekstremalnie wysokich poziomów - ponad 10 000 ng/g całkowitych aflatoksyn. Odzysk aflatoksyn B1, B2, G1 i G2 z kukurydzy, nasion bawełny i ryżu na poziomie 5 ng/g wahał się odpowiednio od 76,1% do 93,7%, od 77,1% do 86,6% i od 90,5% do 96,2%. Największemu odzyskowi aflatoksyn z ryżu towarzyszyła "czystość" eluentu, czyli praktycznie brak jakichkolwiek zanieczyszczeń. Co więcej, ryż stanowił najmniejszy pojedynczy badany obiekt, średnio 19 mg/nasiono.
Całkowity czas przygotowania pojedynczego ziarna orzeszków ziemnych (w tym łuskanie, ważenie, ekstrakcja, odwirowanie i oczyszczanie) przy użyciu kolumny Florisil nie przekraczał 20 minut. Koszt minikolumny Florisil jest >10 razy niższy niż w przypadku komercyjnych kolumn czyszczących. Dodatkowe oszczędności wynikają z zastosowania mniejszych ilości adsorbentów, rozpuszczalników i azotu gazowego w porównaniu z opublikowaną procedurą28. Minikolumna nie wymaga do działania urządzeń pompujących ani próżniowych i ma nieokreślony okres trwałości.
Badanie plazmy rozrodczej roślin pod kątem odporności na aflatoksyny jest wyjątkowo trudne, ponieważ akumulacja mikotoksyn nie przebiega zgodnie z normalnym rozkładem37,38; Aby przezwyciężyć to zjawisko, potrzebna jest duża liczba analiz aflatoksyn w pojedynczych nasionach. Oprócz zawartości aflatoksyny, informacje na temat ilościowego składu fitoaleksyny są bardzo cenne w świetle dużej ilości informacji, które można uzyskać z pojedynczego nasiona (rysunek 1A) i prześledzić do konkretnej rośliny (rysunek 1E). Metoda ta została z powodzeniem wykorzystana do badań przesiewowych setek akcesji, w tym ras lokalnych, zaawansowanych linii hodowlanych i elitarnych odmian orzeszków ziemnych. Metoda jest sugerowana do stosowania w programach badawczych przed hodowlą i hodowlą orzeszków ziemnych i może pomóc w scharakteryzowaniu genów orzeszków ziemnych pod kątem odporności na grzyby.