I ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnica che utilizza cerotti con microaghi per raccogliere il DNA dai tessuti vegetali in un minuto, piuttosto che le ore necessarie per le tecniche convenzionali. L'estrazione del DNA è il primo passo per identificare le malattie delle piante, e il nuovo metodo è promettente per lo sviluppo di strumenti di rilevamento delle malattie delle piante in loco.

"Quando gli agricoltori rilevano una possibile malattia delle piante nel campo, come la peronospora della patata, vogliono sapere subito di cosa si tratta; il rilevamento rapido può essere importante per affrontare le malattie delle piante che si diffondono rapidamente, "dice Qingshan Wei, un assistente professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso la North Carolina State University e co-autore corrispondente di un articolo sul lavoro.

"Uno degli ostacoli al rilevamento rapido è la quantità di tempo necessaria per estrarre il DNA da un campione di pianta, e la nostra tecnica fornisce un veloce, soluzione semplice a quel problema, " dice Wei.

"Alcune malattie delle piante hanno sintomi fogliari simili, come la peronospora causata dal famoso patogeno della carestia irlandese Phytophthora infestans , e fitoftora piaga causata da una specie sorella P. nicotianae , "dice Jean Ristaino, William Neal Reynolds Distinguished Professor of Plant Pathology presso NC State e co-autore corrispondente dell'articolo. "Il gold standard per l'identificazione delle malattie è un test molecolare. La nostra nuova tecnica è importante perché non è possibile eseguire un test di amplificazione o genotipizzazione su ceppi di P. infestans , o qualsiasi altra malattia delle piante, finché non avrai estratto il DNA dal campione."

Tipicamente, Il DNA viene estratto da un campione di pianta utilizzando un metodo chiamato estrazione CTAB, che deve essere fatto in un laboratorio, richiede molta attrezzatura, e dura almeno 3-4 ore. L'estrazione CTAB è un processo in più fasi che coinvolge tutto, dalla macinazione dei tessuti ai solventi organici e alle centrifughe.

Al contrario, la nuova tecnica di estrazione del DNA prevede solo un cerotto con microaghi e una soluzione tampone acquosa. Il cerotto ha le dimensioni di un francobollo ed è realizzato con un polimero economico. La superficie su un lato del cerotto è composta da centinaia di aghi lunghi solo 0,8 millimetri.

Un agricoltore o un ricercatore può applicare il cerotto con microaghi a una pianta che sospetta sia malata, tenere il cerotto in posizione per alcuni secondi, quindi staccalo. Il cerotto viene quindi risciacquato con la soluzione tampone, lavare il materiale genetico dai microaghi e metterlo in un contenitore sterile. L'intero processo dura circa un minuto.

"È emozionante vedere la nuova applicazione della tecnologia dei cerotti con microaghi in agricoltura e scienze delle piante, "dice Zhen Gu, un professore di bioingegneria all'Università della California, Los Angeles e co-autore corrispondente dell'articolo, che ha sviluppato diversi sistemi di somministrazione di farmaci basati su microaghi per la salute umana.

"Nei test sperimentali, abbiamo scoperto che la tecnica del microago determina livelli leggermente più alti di impurità nel campione, rispetto a CTAB, " Wei dice. "Tuttavia, i livelli di purezza della tecnica del microago erano paragonabili ad altri, metodi di laboratorio convalidati di estrazione del DNA. Più importante, abbiamo scoperto che la leggera differenza nei livelli di purezza tra i campioni di microaghi e CTAB non ha interferito con la capacità di testare accuratamente i campioni mediante un test PCR o LAMP".

"Il fatto che i microaghi estraggono un volume di campionamento più piccolo non sembra essere un problema, "dice Rajesh Paul, un dottorato di ricerca studente presso NC State e primo autore del documento. "La tecnica del microneedle ha estratto con successo il DNA del patogeno da tutte le foglie di pomodoro infette raccolte sul campo in un recente test alla cieca".

"L'estrazione del DNA ha rappresentato un ostacolo significativo allo sviluppo di strumenti di test in loco, " Wei dice. "Ora stiamo andando avanti con l'obiettivo di creare un integrato, basso costo, dispositivo portatile sul campo in grado di eseguire ogni fase del processo, dal prelievo del campione all'identificazione dell'agente patogeno e alla segnalazione dei risultati di un'analisi."

La carta, "Estrazione di DNA vegetale mediante microaghi per il rilevamento rapido di malattie delle piante, " è pubblicato sulla rivista ACS Nano .