Bu protokolde, istilacı bitki patojeni Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropikal ırk 4'ün tespiti için kombine bir rekombinaz polimeraz amplifikasyonu CRISPR/Cas12a testi gösterilmektedir.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
* These authors contributed equally
Bu protokolde, istilacı bitki patojeni Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropikal ırk 4'ün tespiti için kombine bir rekombinaz polimeraz amplifikasyonu CRISPR/Cas12a testi gösterilmektedir.
Düzenli ve doğru gözetim, bitki hastalıklarının etkin yönetiminin merkezinde yer alır. Hangi hareket tarzının en uygun olduğunu ve önleme, yok etme veya herhangi bir eylemin gerekli olup olmadığını gösterebilir. Biyotik ve abiyotik streslerin neden olduğu semptomlardaki benzerlikler nedeniyle tek başına konukçu bitkilerde semptomolojiye dayalı sürveyans genellikle güvenilir değildir. Polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) ve kantitatif (q)PCR gibi laboratuvar tabanlı moleküler yöntemler, bitki patojeni tespiti için en yaygın ve güvenilir şekilde kullanılanlardır, ancak pahalı ekipmanlara ve yetenekli operatörlere dayanır. Burada, istilacı patojenin tespiti için basitleştirilmiş bir DNA ekstraksiyonu, rekombinaz polimeraz amplifikasyonu (RPA) ve kümelenmiş düzenli aralıklı kısa palindromik tekrarları (CRISPR)/Cas12a'yı (RPA-Cas12a) birleştiren bir protokolü açıklıyoruz, Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropikal ırk 4 (Foc TR4). Teknik, mevcut moleküler tespit testlerine kıyasla gelişmiş özgüllük ile analitik olarak sağlam olan ve pahalı ve sofistike laboratuvar ekipmanlarına olan ihtiyacı ortadan kaldıran basit bir tek tüplü tespit alternatifi sağlar.
Toprak kaynaklı mantar patojeni Fusarium oxysporum f. sp. cubense (Foc), küresel olarak tarihteki en yıkıcı sınır ötesi bitki patojenlerinden biri olarak kabul edilmektedir1. Foc, yeni bir alana girdikten sonra, enfekte olmuş bitkiler semptomlar geliştirene kadar görünmez kalır. Bu aylar sürebilir ve mantarın bilmeden yerleşmesine ve yayılmasına izin verebilir. Bir kez kurulduktan sonra, dayanıklı klamidosporların üretimi ve muz üretiminin çok yıllık doğası nedeniyle ekonomik olarak yok edilmesi neredeyse imkansızdır. Bu nedenle, önleme ve erken teşhisin önemi, savunmasız yetiştiricilerin korunmasında çok önemlidir1. Foc tropikal ırk 4'ün (TR4) neden olduğu mevcut hastalık salgını, yüksek riskli bölgelerdeki semptomatik muz bitkilerini belirlemek için düzenli gözetim ile tespit edilmesini gerektirir. Su stresi ve bazı besin eksiklikleri gibi abiyotik kısıtlamalar, Foc TR4 enfeksiyonunun neden olduğu semptomlara benzer şekilde dış sararmaya neden olur. Ek olarak, farklı Foc ırklarının neden olduğu enfeksiyondan kaynaklanan semptomlar ayırt edilemez. Bu nedenle, güvenilir Foc TR4 tespiti2 için laboratuvar bazlı saflaştırma ve müteakip fenotipik ve moleküler bazlı tespit gereklidir. PCR, kantitatif (q) PCR ve döngü aracılı izotermal amplifikasyon (LAMP) testleri 3,4,5,6,7 dahil olmak üzere Foc TR4 tespiti için çeşitli moleküler testler mevcuttur. Bununla birlikte, bu protokollerin çoğu, laboratuvar ortamlarında yürütülmesi gereken pahalı ve özel beceri ve ekipman gerektirir. Rekombinaz polimeraz amplifikasyonu (RPA) izotermal olarak gerçekleştirilebilir ve bu nedenle bu tür ekipmanlara olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve saha içi tespit protokolleri için düşünülebilir8.
Kümelenmiş düzenli aralıklı kısa palindromik tekrarlar (CRISPR)-Cas sistemleri, gelişmiş moleküler tanı9 için giderek daha fazla kullanılmaktadır. Bu sistemler ucuz, basit oldukları ve özel enstrümantasyon kullanımı gerektirmedikleri için kullanılır ve bu nedenle sahada tespit için düşünülebilir. CRISPR tabanlı teşhis tipik olarak bir hedef dizinin izotermal amplifikasyonunu, ardından CRISPR-Cas proteinleri aracılığıyla hedef tanımayı ve hedef10,11'in varlığını belirtmek için bir DNA veya RNA floresan raportör boyasının kollateral bölünmesini içerir. CRISPR-Cas12a sistemlerinde, özellikle, CRISPR RNA (CRRNA), Cas12a'yı nükleik asit hedeflerini tanıması ve parçalaması için yönlendirir. Bu crRNA, tamamlayıcı bir diziye hibridizasyon yoluyla belirli bir DNA veya RNA ilgilenilen bölgeyi hedeflemek üzere tasarlanabilir. Bağlandıktan sonra, Cas12a'nın hedefi tek nükleotid özgüllüğü ile parçalaması ve ardından raportör moleküllerin12 kollateral bölünmesi ile sonuçlanır. Son zamanlarda, ekonomik açıdan önemli çeşitli mantar bitki patojenlerini 13,14,15,16,17,18,19,20 tespit etmek için CRISPR-Cas12a sistemleri kullanılmıştır.
Bu protokolde, hem taşınabilir bir florometrede hem de ucuz bir ışık yayan diyot (LED) mavi ışık transillüminatörü21 altında çıplak gözle görselleştirilen Foc TR4'ün tespiti için basitleştirilmiş bir DNA ekstraksiyonu, rekombinaz polimeraz amplifikasyonu (RPA) ve CRISPR/Cas12a teknolojisini (RPA-Cas12a) birleştiren tek tüplü bir tespit tekniğinin geliştirilmesi açıklanmaktadır. Yöntem, önleme ve kontrol altına alma stratejilerini geliştirmek amacıyla saha içi tespit için daha da optimize edilebilir. Benzer bir yaklaşım, diğer bitki patojenleri için Cas12a bazlı tespit testleri tasarlamak için de kullanılabilir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
1. Bitki materyalinden basitleştirilmiş DNA ekstraksiyonu
NOT: Genel bir bakış için Şekil 1'e bakın.
2. crRNA sentezi ve kalite kontrolü
3. İn vitro Foc TR4 tespiti için rekombinaz polimeraz amplifikasyonu (RPA)-Cas12a tek tüplü reaksiyon
NOT: Genel bir bakış için Şekil 3'e bakın.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Genie III taşınabilir florometrede yürütüldüğünde, basitleştirilmiş DNA ekstraksiyonu ve ardından kombine RPA-Cas12a testi kullanılarak enfekte bitki materyalinden Foc TR4'ün başarılı bir şekilde saptanması Şekil 4A'da gösterilmektedir. Pozitif numuneler görünür floresans (Şerit 6-8) gösterirken, negatif numuneler düşük uç nokta floresansı (Şerit 1-5) gösterir. Numune tüpleri LED mavi ışık altında görüntülendiğinde, Foc TR4 ile enfekte olmuş numuneler de gör...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Düzenli sürveyans, Foc TR4 ve diğer önemli istilacı zararlıların etkili önleme ve kontrol altına alma çabaları için önemli bir stratejidir. Sahada uygulanabilen ve patojenleri hızlı ve doğru bir şekilde tanımlayabilen tespit protokolleri, karar verme sürecini hızlandırabilir ve sürveyans çabalarıyla ilişkili maliyetleri sınırlayabilir. Bu amaçla, burada sunulan protokol, Foc TR421'in hızlı ve hassas tespiti için doğrudan örneklenmiş bitki materyali üzerinde gerçek...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarlar, rekabet eden hiçbir finansal veya entelektüel çıkar beyan etmemektedir.
Derecelendirilmemiş araştırmacılar programı için rekabetçi destek kapsamında Güney Afrika Ulusal Araştırma Vakfı, Hibe Numarası: 138109'dan fon aldığını kabul ediyoruz. Ayrıca, INDICANTS Proje Hibe Numarası: 890856 kapsamında Avrupa Birliği Horizon 2020 araştırma ve yenilik programı Marie Sklodowska-Curie Bursu finansmanını da kabul ediyoruz.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| EnGen Lba Cas12a (Cfp1) Proteini | New England Biolabs | M0653T | |
| EnGen Lba Cas12a Diluent | New England Biolabs | B0653A | |
| Eppendorf PCR Tüpleri | Merck | EP0030124332 | |
| Eppendorf Güvenli Kilitli Mikro Test Tüpleri | Merck | EP0030121708 | |
| Evrensel Çıkarma Torbaları | BIOREBA | 430100 | |
| GeneRuler 100 bp DNA Merdiveni | Thermo Fischer Scientific | SM0241 / SM0242 | |
| Genie Santrifüj Mini-6KO | OptiGene | OP-FUGE | |
| Genie III | OptiGene | https://www.optigene.co.uk/instruments/genie-iii/ | |
| Genie Şerit Tutucu | OptiGene | GBLOCK-01 / GBLOCK-02 / GBLOCK-03 | |
| Cin Şeritleri | OptiGene | OP-0008-50 / OP-0008-500 | |
| HiScribe T7 Yüksek Verimli RNA Sentez Kiti | New England Biolabs | E2040S | |
| NanoDrop ND-1000 UV/Vis Spektrofotometresi | 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 | |
| Polivinilpirrolidon (PVP) tozu | Sigma-Aldrich | 9003-39-8 | |
| RNA Temizliği ve Konsantretör-5 Kiti | Zymo Araştırması | R1013 | |
| RNA Yükleme Boya | Thermo Fischer Scientific | R0641 | |
| SmartBlue Mavi Işık Transilaydınatörü | Accuris Instruments | E4000-E | |
| Sodyum hidroksit (NaOH) peletleri | Merck, EMPARTA | K277 | |
| Tris (hidroksilemetil) aminometan | Merck | 77-86-1 | |
| TwistAmp Sıvı Temel Kit | TwistDx | TALQBAS01 |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.