Precise in-field molecular diagnostics of crop diseases by smartphone-based mutation-resolved pathogenic RNA analysis

核酸 核糖核酸 作物 生物 生物技术 计算生物学 纳米技术 遗传学 农学 材料科学 基因
作者
Ting Zhang,Qingdong Zeng,Fan Ji,Honghong Wu,Rodrigo Ledesma‐Amaro,Qingshan Wei,Hao Yang,Xuhan Xia,Yao Ren,Keqing Mu,Qiang He,Zhensheng Kang,Ruijie Deng
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1): 4327-4327 被引量:22
标识
DOI:10.1038/s41467-023-39952-x
摘要

Abstract Molecular diagnostics for crop diseases can guide the precise application of pesticides, thereby reducing pesticide usage while improving crop yield, but tools are lacking. Here, we report an in-field molecular diagnostic tool that uses a cheap colorimetric paper and a smartphone, allowing multiplexed, low-cost, rapid detection of crop pathogens. Rapid nucleic acid amplification-free detection of pathogenic RNA is achieved by combining toehold-mediated strand displacement with a metal ion-mediated urease catalysis reaction. We demonstrate multiplexed detection of six wheat pathogenic fungi and an early detection of wheat stripe rust. When coupled with a microneedle for rapid nucleic acid extraction and a smartphone app for results analysis, the sample-to-result test can be completed in ~10 min in the field. Importantly, by detecting fungal RNA and mutations, the approach allows to distinguish viable and dead pathogens and to sensitively identify mutation-carrying fungicide-resistant isolates, providing fundamental information for precision crop disease management.
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