В этом протоколе проиллюстрирован комбинированный анализ рекомбиназной полимеразы CRISPR/Cas12a для обнаружения инвазивного патогена растений, Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropical race 4.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
* These authors contributed equally
В этом протоколе проиллюстрирован комбинированный анализ рекомбиназной полимеразы CRISPR/Cas12a для обнаружения инвазивного патогена растений, Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropical race 4.
Регулярный и точный надзор имеет решающее значение для эффективной борьбы с болезнями растений. В нем может быть указано, какой образ действий является наиболее целесообразным, и требуется ли профилактика, искоренение или отсутствие каких-либо действий. Эпиднадзор, основанный только на симптоматике у растений-хозяев, часто не является надежным из-за сходства симптомов, вызванных биотическим и абиотическим стрессами. Лабораторные молекулярные методы, такие как полимеразная цепная реакция (ПЦР) и количественная (q)ПЦР, являются наиболее распространенными и надежными для обнаружения патогенов растений, но требуют дорогостоящего оборудования и квалифицированных операторов. В данной статье мы описываем протокол, сочетающий в себе упрощенную экстракцию ДНК, рекомбиназную полимеразную амплификацию (RPA) и кластеризованные регулярно чередующиеся короткие палиндромные повторы (CRISPR)/Cas12a (RPA-Cas12a) для обнаружения инвазивного патогена Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropical race 4 (Foc TR4). Этот метод представляет собой простую альтернативу однопробирочному детектированию, которая является аналитически устойчивой с повышенной специфичностью по сравнению с доступными молекулярными детективными анализами и сводит на нет необходимость в дорогостоящем и сложном лабораторном оборудовании.
Фузариозное увядание, вызываемое почвенным грибковым патогеном Fusarium oxysporum f. sp. cubense (Foc), во всем мире считается одним из самых разрушительных трансграничных патогенов растений в истории1. После интродукции в новую область Фок остается невидимым до тех пор, пока у зараженных растений не разовьются симптомы. На это могут уйти месяцы, что позволит грибку укорениться и распространиться неосознанно. После укоренения его практически невозможно искоренить экономически из-за производства устойчивых хламидоспор и многолетнего характера производства бананов. Таким образом, важность профилактики и раннего выявления имеет первостепенное значение для защиты уязвимых производителей1. Нынешняя эпидемия заболевания, вызванного Foc тропической расы 4 (TR4), требует выявления с помощью регулярного эпиднадзора для выявления симптоматических банановых растений в районах высокого риска. Абиотические ограничения, такие как водный стресс и дефицит определенных питательных веществ, вызывают внешнее пожелтение, которое похоже на симптомы, вызванные инфекцией Foc TR4. Кроме того, симптомы, возникающие в результате заражения различными расами FOC, не могут быть различимы. Таким образом, лабораторная очистка и последующее фенотипическое и молекулярное обнаружение необходимы для надежного обнаружения Foc TR42. Для обнаружения Foc TR4 доступны различные молекулярные анализы, включая ПЦР, количественную (q) ПЦР и анализы петлевой изотермической амплификации (LAMP) 3,4,5,6,7. Однако большинство из этих протоколов по-прежнему требуют дорогостоящих и специализированных навыков и оборудования, которые должны проводиться в лабораторных условиях. Амплификация рекомбиназной полимеразы (РПА) может быть выполнена изотермически и, следовательно, устраняет необходимость в таком оборудовании и может быть рассмотрена для протоколов обнаружения в полевых условиях8.
Кластеризованные системы с регулярным чередованием коротких палиндромных повторов (CRISPR)-Cas все чаще используются для улучшения молекулярной диагностики9. Эти системы используются, поскольку они недороги, просты и не требуют использования специальных приборов, поэтому могут рассматриваться для обнаружения в полевых условиях. Диагностика на основе CRISPR обычно включает изотермическую амплификацию последовательности-мишени с последующим распознаванием мишени с помощью белков CRISPR-Cas и коллатеральным расщеплением флуоресцентного репортерного красителя ДНК или РНК для указания на присутствие мишени10,11. В системах CRISPR-Cas12a, в частности, CRISPR RNA (crRNA) направляет Cas12a на распознавание и расщепление мишеней нуклеиновых кислот. Эта кРНК может быть сконструирована для нацеливания на конкретную интересующую область ДНК или РНК путем гибридизации с комплементарной последовательностью. После связывания Cas12a расщепляет мишень с однонуклеотидной специфичностью, за которым следует коллатеральное расщепление репортерных молекул12. В последнее время системы CRISPR-Cas12a были использованы для обнаружения различных экономически важных грибковых патогенов растений 13,14,15,16,17,18,19,20.
В данном протоколе описана разработка однотрубочной методики детектирования, сочетающей в себе упрощенную экстракцию ДНК, амплификацию рекомбиназной полимеразы (RPA) и технологию CRISPR/Cas12a (RPA-Cas12a) для обнаружения Foc TR4, который визуализировался как на портативном флуориметре, так и невооруженным глазом под недорогим светоизлучающим (LED) синим световым трансиллюминатором21. Этот метод может быть дополнительно оптимизирован для обнаружения в полевых условиях, чтобы улучшить стратегии предотвращения и сдерживания. Аналогичный подход также может быть использован для разработки анализов обнаружения других патогенов растений на основе Cas12a.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Упрощенное извлечение ДНК из растительного сырья
ПРИМЕЧАНИЕ: Обзор см. на рисунке 1 .
2. Синтез и контроль качества crRNA
3. Реакция на амплификацию рекомбиназной полимеразы (RPA)-Cas12a в одной пробирке для обнаружения in vitro Foc TR4
ПРИМЕЧАНИЕ: Обзор см. на рисунке 3 .
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Успешное обнаружение Foc TR4 из зараженного растительного материала с помощью упрощенной экстракции ДНК с последующим комбинированным анализом RPA-Cas12a на портативном флуориметре Genie III показано на рисунке 4A. Положительные образцы показывают видимую флуоресценцию (дорожка 6-8), в то время как отрицательные образцы показывают низкую флуоресценцию конечной точки (полоса 1-5). Когда пробирки с образцами рассматривались под светодиодным синим светом, у инф...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Регулярный эпиднадзор является важной стратегией для эффективной профилактики и сдерживания Foc TR4 и других важных инвазивных вредителей. Протоколы обнаружения, которые можно применять в полевых условиях и быстро и точно выявлять патогены, могут ускорить принятие решений и ограничить затраты, связанные с эпиднадзором. С этой целью представленный здесь протокол объединил упрощенную экстракцию ДНК, проведенную непосредственно на отобранном растительном материале, который впоследствии был ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых или интеллектуальных интересов.
Мы выражаем признательность за финансирование от Национального исследовательского фонда Южной Африки, номер гранта: 138109, в рамках конкурсной поддержки программы для исследователей без рейтинга. Мы также выражаем признательность за финансирование программы исследований и инноваций Европейского Союза «Горизонт 2020» имени Марии Склодовской-Кюри в рамках гранта проекта INDICANTS: 890856.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Белок EnGen Lba Cas12a (Cfp1) | New England Biolabs | M0653T | |
| EnGen Lba Cas12a Diluent | New England Biolabs | B0653A | |
| ПЦР-трубки Eppendorf | Merck | EP0030124332 | |
| Микропробирки с безопасным замком Eppendorf | Merck | EP0030121708 | |
| Универсальные мешки для извлечения | BIOREBA | 430100 | |
| Лестница ДНК GeneRuler 100 bp | Thermo Fischer Scientific | SM0241 / SM0242 | |
| Genie Centrifuge Mini-6KO | OptiGene | OP-FUGE | |
| Genie III | OptiGene | https://www.optigene.co.uk/instruments/genie-iii/ | |
| Держатель для лент Genie | OptiGene | GBLOCK-01 / GBLOCK-02 / GBLOCK-03 | |
| Genie Strips | OptiGene | OP-0008-50 / OP-0008-500 | |
| HiScribe T7 — набор для синтеза РНК с высоким выходом | New England Biolabs | E2040S | |
| NanoDrop ND-1000 УФ/Vis спектрофотометр | Thermo Fischer Scientific | https://caeonline.com/buy/spectrometers/nanodrop-nd-1000/293669253 | |
| NEBuffer 3 | New England Biolabs | B7003S | |
| NEBuffer r2.1 | New England Biolabs | B6002S | |
| Порошок поливинилпирролидона (PVP) | Сигма-Олдрич | 9003-39-8 | |
| Комплект для очистки РНК и концентратора-5 | Zymo Research | R1013 | |
| Краситель для загрузки РНК | Thermo Fischer Scientific | R0641 | |
| SmartBlue Blue Light Transilluminator | Accuris Instruments | E4000-E | |
| Гранулы гидроксида натрия (NaOH) | Merck, EMPARTA | K277 | |
| Трис (гидроксилметил) аминометан | Merck | 77-86-1 | |
| Жидкий базовый набор TwistAmp | TwistDx | TALQBAS01 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.