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Simplified Sample Preparation and Lateral Flow Immunoassay for the Detection of Plant Viruses

  • Lateral flow immunoassays (LFA) are widely used for decentralized testing, but their application for in-field plant virus diagnostics is often limited by tedious sample preparation. Here, we present a simplified dipstick LFA for the detection and monitoring of cowpea chlorotic mottle virus (CCMV) as a model plant pathogen. The assay employes a monoclonal mouse antibody for capture and a polyclonal rabbit antibody conjugated to 80-nm gold nanoparticles for detection. Conventional sample and conjugate pads are omitted, allowing the test strips to be dipped directly into wells containing plant extract and antibody-gold conjugate. In addition, no plastic casing was necessary, which significantly reduces waste. It was shown that CCMV concentrations as low as 4 μg/L or 400 pg per sample could be reliably detected in 15 minutes. Specificity tests confirmed that other plant viruses, cowpea mosaic virus (CPMV) and tobacco mosaic virus (TMV), did not produce false positive results. Furthermore,Lateral flow immunoassays (LFA) are widely used for decentralized testing, but their application for in-field plant virus diagnostics is often limited by tedious sample preparation. Here, we present a simplified dipstick LFA for the detection and monitoring of cowpea chlorotic mottle virus (CCMV) as a model plant pathogen. The assay employes a monoclonal mouse antibody for capture and a polyclonal rabbit antibody conjugated to 80-nm gold nanoparticles for detection. Conventional sample and conjugate pads are omitted, allowing the test strips to be dipped directly into wells containing plant extract and antibody-gold conjugate. In addition, no plastic casing was necessary, which significantly reduces waste. It was shown that CCMV concentrations as low as 4 μg/L or 400 pg per sample could be reliably detected in 15 minutes. Specificity tests confirmed that other plant viruses, cowpea mosaic virus (CPMV) and tobacco mosaic virus (TMV), did not produce false positive results. Furthermore, we describe a field-compatible sampling procedure using a manual punch and a disposable syringe. This step combines sample grinding, extraction, and conjugate reconstitution within the syringe frit, enabling the analysis of punched leaf discs without laboratory equipment. When applied to CCMV-infected cowpea plants, the assay revealed systemic infection before visual symptoms became apparent. This work demonstrates that simplified LFAs combined with innovative sampling techniques can provide sensitive, specific, and rapid diagnostics for crop monitoring and support early intervention strategies in agriculture.zeige mehrzeige weniger
  • Lateral Flow Immunoassays (LFA) werden häufig für dezentrale Tests verwendet, aber ihre Anwendung für die Diagnose von Pflanzenviren im Feld wird oft durch die mühsame Probenvorbereitung eingeschränkt. Hier stellen wir einen vereinfachten Dipstick-LFA zum Nachweis und zur Überwachung des Cowpea Chlorotic Mottle Virus (CCMV) als Modellpflanzenpathogen vor. Der Assay verwendet einen monoklonalen Maus-Antikörper zum Einfangen des Virus und einen polyklonalen Kaninchen-Antikörper, der an 80-nm-Goldnanopartikel konjugiert ist, zum Nachweis. Herkömmliche Proben- und Konjugatpads entfallen, sodass die Teststreifen direkt in Vertiefungen getaucht werden können, die Pflanzenextrakt und Antikörper-Gold-Konjugat enthalten. Darüber hinaus war keine Kunststoffhülle erforderlich, was den Abfall erheblich reduziert. Es zeigte sich, dass CCMV-Konzentrationen von nur 4 μg/L oder 400 pg pro Probe innerhalb von 15 Minuten zuverlässig nachgewiesen werden konnten. Spezifitätstests bestätigten, dass andereLateral Flow Immunoassays (LFA) werden häufig für dezentrale Tests verwendet, aber ihre Anwendung für die Diagnose von Pflanzenviren im Feld wird oft durch die mühsame Probenvorbereitung eingeschränkt. Hier stellen wir einen vereinfachten Dipstick-LFA zum Nachweis und zur Überwachung des Cowpea Chlorotic Mottle Virus (CCMV) als Modellpflanzenpathogen vor. Der Assay verwendet einen monoklonalen Maus-Antikörper zum Einfangen des Virus und einen polyklonalen Kaninchen-Antikörper, der an 80-nm-Goldnanopartikel konjugiert ist, zum Nachweis. Herkömmliche Proben- und Konjugatpads entfallen, sodass die Teststreifen direkt in Vertiefungen getaucht werden können, die Pflanzenextrakt und Antikörper-Gold-Konjugat enthalten. Darüber hinaus war keine Kunststoffhülle erforderlich, was den Abfall erheblich reduziert. Es zeigte sich, dass CCMV-Konzentrationen von nur 4 μg/L oder 400 pg pro Probe innerhalb von 15 Minuten zuverlässig nachgewiesen werden konnten. Spezifitätstests bestätigten, dass andere Pflanzenviren, das Cowpea Mosaic Virus (CPMV) und das Tobacco Mosaic Virus (TMV), keine falsch positiven Ergebnisse lieferten. Darüber hinaus beschreiben wir ein feldtaugliches Probenahmeverfahren unter Verwendung eines manuellen Stanzers und einer Einwegspritze. Dieser Schritt kombiniert das Zerkleinern der Probe, die Extraktion und die Rekonstitution des Konjugats innerhalb der Spritzenfritte und ermöglicht so die Analyse von ausgestanzten Blattscheiben ohne Laborausrüstung. Bei der Anwendung auf CCMV-infizierte Augenbohnenpflanzen zeigte der Test eine systemische Infektion, bevor visuelle Symptome sichtbar wurden. Diese Arbeit zeigt, dass vereinfachte LFAs in Kombination mit innovativen Probenahmetechniken eine sensitive, spezifische und schnelle Diagnostik für die Überwachung von Nutzpflanzen ermöglichen und frühzeitige Interventionsstrategien in der Landwirtschaft unterstützen können.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Robert Tannenberg, Georg Tscheuschner, Christopher Raab, Sabine Flemig, Sarah Döring, Marco Ponader, Melinda Thurmann, Martin Paul, Michael G. WellerORCiD
Dokumenttyp:Preprint
Veröffentlichungsform:Graue Literatur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Preprints
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.5 Proteinanalytik
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.8 Umweltanalytik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:MDPI
Verlagsort:Basle, Switzerland
Aufsatznummer:2025121492
Erste Seite:1
Letzte Seite:14
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Freie Schlagwörter:Conjugate pad; Cowpea; Crop monitoring; Lateral flow immunoassay; Mobile detection; Plant pathogen; Plant virus; Plastic waste; Sample pad; Sample preparation; Vigna unguiculata
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Chemie und Prozesstechnik / Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
DOI:10.20944/preprints202512.1492.v1
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-651731
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:18.12.2025
Referierte Publikation:Nein
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Preprints der BAM
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