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智能手机 CRISPR 测试在马铃薯早疫病防治方面取得进展

马铃薯农学家越来越多地将智能手机用作田间实验室,将 CRISPR 酶、DNA 等温扩增和光学读数结合起来。这些平台已经在晚疫病上得到了验证,现在正被用于早疫病(Alternaria solani),这种病害会降低产量并增加喷洒成本。

早疫病通常从下部叶片上的细小暗色病斑开始,但目测诊断可能不确定,并导致不必要的杀菌剂使用。基于田间的快速分子检测有助于更精确地掌握喷洒时机。

一个实用的工作流程整合了重组酶聚合酶扩增(RPA)、CRISPR-Cas12a 检测和智能手机读数。RPA 可在 37-42 °C、约 20 分钟内扩增 DNA 片段。Cas12a 在 RNA 序列的引导下激活旁系裂解,产生荧光或比色信号。读出信号可使用夹式光学仪器或简单的比色法应用程序。样品制备方法包括简化的缓冲液、纸吸管和微针贴片,可在一分钟内直接从叶片组织中提取 DNA。

最近的研究证明了这种方法的可行性。2025 年,一个集成了 RPA-CRISPR-Cas12a 系统的智能手机在 60-90 分钟内检测到 Phytophthora infestans,检测浓度约为 2 pg/µL,早于可见症状。另一项研究验证了 RPA-CRISPR 检测小麦中的 Alternaria 菌种,确认了检测的特异性。基于智能手机的比色法平台,如 RAVI-CRISPR 和 MagicEye 应用程序,在田间条件下也表现出了可靠的性能。

现场就绪的早疫病工作流程包括微针取样、20 分钟的 RPA 扩增、10-20 分钟的 CRISPR 检测以及通过智能手机应用程序进行分析。可在 90 分钟内做出决定,从而根据已确认的 A. solani 存在情况推迟或提前使用杀菌剂。

分析性能取决于导向设计,以避免与交替花叶病毒和其他叶面病原体发生交叉反应。特异性、对马铃薯组织中抑制剂的稳健性和污染控制仍然是实际需要考虑的问题。目前正在开发温度稳定的试剂、密封试管化学试剂和标准化电话光学仪器,以减少变异性。

与侦察和高光谱成像相比,CRISPR 诊断直接检测病原体 DNA,提供确认而非间接的压力信号。虽然 PCR 仍是实验室标准,但 CRISPR 提供了一种便携式、序列特异的选择,其周转速度比 LAMP 检测更快。

实施方面的挑战包括成本(仍高于 LAMP),以及在加工商和买家将结果纳入供应链协议之前需要验证数据。不过,多重试剂盒可将诊断范围扩大到晚疫病、黑腿病和软腐病病原体,将单一的智能手机平台变成更广泛的田间实验室。

研究人员指出,气候压力和市场不确定性正在加速精准诊断的采用。针对早疫病的智能手机-CRISPR检测方法有望在未来一到两年内从实验原型转变为实用的田间工具包。

来源:Potato News Today

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