Published October 22, 2021 | Version v1
Publication Open

Bar-cas12a, a novel and rapid method for plant species authentication in case of Phyllanthus amarus Schumach. & Thonn

Creators

  • 1. Naresuan University
  • 2. Chiang Mai University

Description

Abstract Rapid and accurate species diagnosis accelerates performance in numerous biological fields and associated areas. However, morphology-based species taxonomy/identification might hinder study and lead to ambiguous results. DNA barcodes (Bar) has been employed extensively for plant species identification. Recently, CRISPR-cas system can be applied for diagnostic tool to detect pathogen's DNA based on the collateral activity of cas12a or cas13. Here, we developed barcode-coupled with cas12a assay, "Bar-cas12a" for species authentication using Phyllanthus amarus as a model. The gRNAs were designed from trnL region, namely gRNA-A and gRNA-B. As a result, gRNA-A was highly specific to P. amarus amplified by RPA in contrast to gRNA-B even in contaminated condition. Apart from the large variation of gRNA-A binding in DNA target, cas12a- specific PAM's gRNA-A as TTTN can be found only in P. amarus . PAM site may be recognized one of the potential regions for increasing specificity to authenticate species. In addition, the sensitivity of Bar-cas12a using both gRNAs gave the same detection limit at 0.8 fg and it was 1,000 times more sensitive compared to agarose gel electrophoresis. This approach displayed the accuracy degree of 90% for species authentication. Overall, Bar-cas12a using trnL -designed gRNA offer a highly specific, sensitive, speed, and simple approach for plant species authentication. Therefore, the current method serves as a promising tool for species determination which is likely to be implemented for onsite testing.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

ملخص يعمل التشخيص السريع والدقيق للأنواع على تسريع الأداء في العديد من المجالات البيولوجية والمجالات المرتبطة بها. ومع ذلك، فإن تصنيف/تحديد الأنواع القائم على المورفولوجيا قد يعيق الدراسة ويؤدي إلى نتائج غامضة. تم استخدام الرموز الشريطية للحمض النووي (BAR) على نطاق واسع لتحديد الأنواع النباتية. في الآونة الأخيرة، يمكن تطبيق نظام CRISPR - CAS لأداة تشخيصية للكشف عن الحمض النووي لمسببات الأمراض بناءً على النشاط الجانبي لـ cas12a أو cas13. هنا، طورنا الباركود المقترن بفحص cas12a، "Bar - cas12a" لمصادقة الأنواع باستخدام Phyllanthus amarus كنموذج. تم تصميم gRNAs من منطقة trnL، وهي gRNA - A و gRNA - B. نتيجة لذلك، كان gRNA - A محددًا للغاية لـ P. amarus الذي تم تضخيمه بواسطة RPA على النقيض من gRNA - B حتى في الحالة الملوثة. بصرف النظر عن التباين الكبير في ربط gRNA - A في هدف الحمض النووي، يمكن العثور على gRNA - A الخاص بـ PAM الخاص بـ cas12a مثل TTTN فقط في P. amarus . يمكن التعرف على موقع الهيئة العامة للقوى العاملة كواحدة من المناطق المحتملة لزيادة الخصوصية لمصادقة الأنواع. بالإضافة إلى ذلك، فإن حساسية Bar - cas12a باستخدام كل من gRNAs أعطت نفس حد الكشف عند 0.8 fg وكانت أكثر حساسية بمقدار 1000 مرة مقارنة بالرحيل الكهربائي لهلام الأغاروز. أظهر هذا النهج درجة دقة 90 ٪ لمصادقة الأنواع. بشكل عام، يوفر Bar - cas12a باستخدام gRNA المصمم من قبل trnL نهجًا محددًا للغاية وحساسًا وسريعًا وبسيطًا لمصادقة الأنواع النباتية. لذلك، تعمل الطريقة الحالية كأداة واعدة لتحديد الأنواع والتي من المرجح أن يتم تنفيذها للاختبار في الموقع.

Translated Description (French)

Résumé Un diagnostic rapide et précis des espèces accélère les performances dans de nombreux domaines biologiques et domaines associés. Cependant, la taxonomie/identification des espèces basée sur la morphologie pourrait entraver l'étude et conduire à des résultats ambigus. Les codes à barres ADN (Bar) ont été largement utilisés pour l'identification des espèces végétales. Récemment, le système CRISPR-cas peut être utilisé comme outil de diagnostic pour détecter l'ADN d'un agent pathogène en fonction de l'activité collatérale de cas12a ou cas13. Ici, nous avons développé un code-barres couplé au test cas12a, « Bar-cas12a » pour l'authentification des espèces en utilisant Phyllanthus amarus comme modèle. Les ARNg ont été conçus à partir de la région trnL, à savoir l'ARNg-A et l'ARNg-B. En conséquence, l'ARNg-A était hautement spécifique de P. amarus amplifié par la RPA contrairement à l'ARNg-B même dans des conditions contaminées. En dehors de la grande variation de la liaison de l'ARNg-A dans la cible d'ADN, l'ARNg-A de PAM spécifique de la cas12a en tant que TTTN ne peut être trouvé que chez P. amarus . Le site PAM peut être reconnu comme l'une des régions potentielles pour augmenter la spécificité d'authentification des espèces. De plus, la sensibilité de Bar-cas12a en utilisant les deux ARNg a donné la même limite de détection à 0,8 fg et elle était 1000 fois plus sensible par rapport à l'électrophorèse sur gel d'agarose. Cette approche affichait un degré de précision de 90 % pour l'authentification des espèces. Dans l'ensemble, Bar-cas12a utilisant l'ARNg conçu par trnL offre une approche très spécifique, sensible, rapide et simple pour l'authentification des espèces végétales. Par conséquent, la méthode actuelle constitue un outil prometteur pour la détermination des espèces qui est susceptible d'être mis en œuvre pour les tests sur site.

Translated Description (Spanish)

Resumen El diagnóstico rápido y preciso de especies acelera el rendimiento en numerosos campos biológicos y áreas asociadas. Sin embargo, la taxonomía/identificación de especies basada en la morfología podría dificultar el estudio y conducir a resultados ambiguos. Los códigos de barras de ADN (Bar) se han empleado ampliamente para la identificación de especies de plantas. Recientemente, el sistema CRISPR-cas se puede aplicar como herramienta de diagnóstico para detectar el ADN del patógeno en función de la actividad colateral de cas12a o cas13. Aquí, desarrollamos un código de barras acoplado con el ensayo cas12a, "Bar-cas12a" para la autenticación de especies utilizando Phyllanthus amarus como modelo. Los ARNg se diseñaron a partir de la región trnL, a saber, ARNg-A y ARNg-B. Como resultado, el ARNg-A fue altamente específico para P. amarus amplificado por RPA en contraste con el ARNg-B incluso en condiciones contaminadas. Aparte de la gran variación de la unión de ARNg-A en la diana de ADN, el ARNG-A DE PAM específico de cas12a como TTTN solo se puede encontrar en P. amarus . El sitio PAM puede ser reconocido como una de las regiones potenciales para aumentar la especificidad para autenticar especies. Además, la sensibilidad de Bar-cas12a usando ambos ARNg dio el mismo límite de detección a 0,8 fg y fue 1000 veces más sensible en comparación con la electroforesis en gel de agarosa. Este enfoque mostró un grado de precisión del 90% para la autenticación de especies. En general, Bar-cas12a que utiliza ARNg diseñado por trnL ofrece un enfoque altamente específico, sensible, rápido y simple para la autenticación de especies de plantas. Por lo tanto, el método actual sirve como una herramienta prometedora para la determinación de especies que es probable que se implemente para las pruebas in situ.

Files

s41598-021-00006-1.pdf.pdf

Files (3.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b78dc39fcc464c7be976e4dbc4dfa31b
3.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
Bar - cas12a، طريقة جديدة وسريعة لتوثيق الأنواع النباتية في حالة Phyllanthus amarus Schumach. & Thonn
Translated title (French)
Bar-cas12a, une méthode nouvelle et rapide d'authentification des espèces végétales en cas de Phyllanthus amarus Schumach. & Thonn
Translated title (Spanish)
Bar-cas12a, un método novedoso y rápido para la autenticación de especies vegetales en caso de Phyllanthus amarus Schumach. & Thonn

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3205885234
DOI
10.1038/s41598-021-00006-1

Is supplement to
https://openalex.org/W2788277189 (Other)
https://openalex.org/W2130076355 (Other)
https://openalex.org/W2119695867 (Other)
https://openalex.org/W2117258802 (Other)
https://openalex.org/W2082860237 (Other)
https://openalex.org/W2046158694 (Other)
https://openalex.org/W2013243191 (Other)
https://openalex.org/W1993764875 (Other)
https://openalex.org/W1990804418 (Other)
https://openalex.org/W1971568933 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W14221377
  • https://openalex.org/W1969422019
  • https://openalex.org/W1973537153
  • https://openalex.org/W1974776986
  • https://openalex.org/W1986373859
  • https://openalex.org/W2001193282
  • https://openalex.org/W2009671688
  • https://openalex.org/W2034767282
  • https://openalex.org/W2043029962
  • https://openalex.org/W2099901798
  • https://openalex.org/W2107474759
  • https://openalex.org/W2123138987
  • https://openalex.org/W2142370032
  • https://openalex.org/W2165869860
  • https://openalex.org/W2379742646
  • https://openalex.org/W2461185620
  • https://openalex.org/W2482723931
  • https://openalex.org/W2785904295
  • https://openalex.org/W2787024379
  • https://openalex.org/W2792900877
  • https://openalex.org/W2799813956
  • https://openalex.org/W2963341873
  • https://openalex.org/W2970391528
  • https://openalex.org/W2973036603
  • https://openalex.org/W2996758853
  • https://openalex.org/W3015163530
  • https://openalex.org/W3017841229
  • https://openalex.org/W3018493306
  • https://openalex.org/W3083205524
  • https://openalex.org/W3095576060
  • https://openalex.org/W3141200142
  • https://openalex.org/W4245539560
  • https://openalex.org/W920722558