基于RNAi技术的转基因植物检测方法的构建及信号放大策略的研究

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RNA干扰(RNA interference,RNAi)是指由内源或外源的双链RNA(double-stranded RNA,ds RNA)引发m RNA降解,导致特异性阻碍靶标基因表达的现象。由于RNAi诱导基因沉默具有高效性、特异性以及快速简便性等优点,现已成为研究各种生物基因功能的有力工具,在功能基因研究、基因表达调控、新型农药的开发、害虫防治等领域得到广泛应用。近年来,RNAi机制也被用于开发具有优良性状和抗病毒能力的转基因作物。随着科学家们对植物基因组的深入探索及基因编辑工具的发现,转基因植物技术得到迅猛发展。然而,相关转基因植物的生产和流通也引起了人们关于生物安全问题的担忧。尽管世界各国都在不断完善关于规范转基因产品管理的相关法律法规,但受地区限制、阈值范围、标识制度等因素限制,尚无安全统一的管理体系。因此引入转基因产品中外源成分的检测在转基因生物评价中一直占有重要地位。转基因技术引入的外源DNA含量通常较低,为满足实际样品的分析通常在建立检测体系时引入信号放大策略,可以显著提高分析性能,降低检出限,为电化学DNA传感器的组装和应用提供了新的研究思路。本论文主要将电化学DNA传感器以及CRISPR技术分别结合不同的信号放大策略应用于RNAi相关转基因植物检测分析中,主要研究内容如下:(1)构建了一种基于DNA探针杂交的电化学传感器,实现长双链RNA在转基因玉米叶片中的定量检测。设计了一种新型的三嵌段DNA捕获探针,并对金电极表面进行了功能修饰。为了减少电极表面不必要的非特异性吸附,杂交前用6-巯基己醇封闭电极表面的结合位点。用计时电流法监测电化学信号。X射线光电子能谱表征了电极界面的成功修饰和探针杂交。经过一系列的条件优化,我们可以检测到低至10 f M的合成RNA,并且在转基因玉米叶片提取的3637.5ng/μL总RNA中检测到特异性序列,通过PCR方法对实际样品中提取的转基因双链RNA进行定量,验证了该传感器的实用性。因此,本工作提出的电化学DNA传感器为转基因植物的基因灵敏检测开辟了一条新的途径。(2)开发了一种基于CRISPR-Cas(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)系统结合重组酶聚合酶等温放大(Recombinase Polymerase Amplification,RPA)的DNA杂交检测体系,实现转基因植物核酸的荧光定量灵敏检测。本实验中,采用一步法对目标序列进行逆转录扩增,通过设计序列特异性的cr RNA引导CRISPR-Cas13a直接检测ds RNA并激活其非特异性切割活性,当检测体系中引入荧光基团标记的信号分子时,可通过荧光分光光度计检测特定波长观察到荧光信号,实现对于不同浓度目标的灵敏检测。在最优条件下,该荧光分析方法的检测范围为100 a M-10 p M,最低检测限为100a M。此外,该方法在实际样品检测中表现出良好的选择性,出色的实用性,分析时间短,在临床检测方面具有广泛应用前景。
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