农作物转基因成分高效快速检测技术取得新进展

中国热科院生物研究所、三亚研究所在农作物转基因成分高效快速检测方面取得新进展。本研究基于环介导等温扩增(LAMP)和LbCas12a的反式切割活性,实现了对难以建立酶联免疫吸附试验的植物转基因成分如pCaMV35S启动子、NOS终止子、卡那霉素抗性基因(NPTII)和潮霉素磷酸转移酶基因(HPT)的快速检测。为农作物田间转基因成分的快速检测提供了一种高效、便携、高灵敏度、低成本的检测方法。

随着转基因作物在全球种植面积的不断增加,各国对转基因作物的监管也越来越严格,因此对转基因成分的准确检测显得尤为重要。目前,根据原理,转基因作物的检测可分为两种鉴定方法:针对外源蛋白和针对外源DNA。外源DNA鉴定主要利用PCR等扩增技术对特定核酸进行指数扩增检测;外源蛋白的检测主要采用免疫学检测方法,通过抗原抗体特异性反应来检测具有抗原性的外源蛋白。目前这两种方法鉴定外源DNA需要复杂的仪器设备;但酶联免疫吸附法的检测受到抗体产生的限制,一些转基因成分,尤其是启动子、终止子等小分子成分很难建立检测反应。为了有效支持转基因相关产业的发展和管理,满足监管要求,有必要发展和建立一种快速、便捷、高灵敏度的转基因田间检测方法。

本研究开发了一种适用于大豆、玉米、水稻、木瓜等的粗核酸提取方法。将叶子简单研磨30秒,然后用于LAMP扩增,无需纯化。通过筛选不同转基因元件的LAMP引物,转基因元件的最低检测限为0.01%,比转基因元件PCR检测的标准限值高0.1%。同时,研究系统对LbCas12a的缓冲体系进行了优化,开发了高效的SF缓冲液,可以在5分钟内达到最大的转切活性。此外,研究人员还发现了被LbCas12a和MAD7特异切割的双链荧光报告分子,这种双链荧光报告分子的荧光强度是普通单链荧光报告分子的3.5倍。为了进一步降低检测成本,研究人员开发了10个样本的混合检测系统,以及35S启动子和潮霉素基因的双重检测能力。为了减少核酸污染,提高整个设备的便携性,研究人员开发了一种结合等温扩增、CRISPR核酸检测和试纸显色的3D打印设备。整个装置从取样到检测结果只需要40分钟,结果可以通过试纸或蓝光读取。通过小规模随机双盲试验,本研究开发的实验装置与PCR结果100%一致。因此,本研究为转基因植物的田间快速检测提供了一种高效、便携、灵敏、低成本的检测方法。

相关研究成果以《CAS 12a-基于现场的转基因作物快速检测》的研究论文发表于《Journal of Integrative Plant Biology》。中国热科院生物所杨助理研究员为论文第一作者,研究员为通讯作者。本研究得到了海南省重大科技计划项目“南方养殖区生物安全防控(ZDKJ202002)”和朱健康院士创新平台的支持。

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