東北地理所在育種基因芯片SNP傳感機制研究方面取得進展
單核苷酸多態(tài)性（SNP）的精準(zhǔn)分型在分子育種、作物遺傳改良以及精準(zhǔn)醫(yī)療等領(lǐng)域具有至關(guān)重要的作用。然而，在復(fù)雜基因組背景下，由于完全匹配與單堿基錯配序列之間熱力學(xué)差異極小，實現(xiàn)高保真、低成本的SNP可靠識別一直是核酸生物傳感領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。針對這一技術(shù)瓶頸，東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所近期在育種基因芯片的SNP傳感機制與平臺構(gòu)建方面取得系列重要進展。
研究團隊創(chuàng)新性地開發(fā)了多種基于構(gòu)象調(diào)控、競爭性識別及無酶信號放大的新型生物傳感平臺，為解決傳統(tǒng)檢測方法依賴大型儀器、成本高昂及特異性不足等問題提供了全新框架。具體核心突破如下：（1）為了擴大SNP檢測窗口并提升單堿基突變的識別特異性，團隊提出競爭性探針設(shè)計與構(gòu)象能壘調(diào)控，阻斷了復(fù)雜樣本背景下的非特異性激活干擾，實現(xiàn)了極高的單堿基識別特異性。（2）針對復(fù)雜樣本背景下“低豐度靶標(biāo)捕獲”和“信號放大”的技術(shù)瓶頸，團隊開發(fā)了基于納米酶催化的雙模自驗證機制，以及無酶級聯(lián)放大系統(tǒng)，成功實現(xiàn)了極低豐度SNP的高靈敏檢測。（3）為解決傳統(tǒng)檢測成本高的實際挑戰(zhàn)。團隊提出探針可重置設(shè)計實現(xiàn)降本增效。以上傳感平臺已成功應(yīng)用于大豆基因型中，實現(xiàn)了與大豆葉片形態(tài)等關(guān)鍵表型相關(guān)SNP位點的精準(zhǔn)鑒定。
圖1. （A）基于可重置PS小球設(shè)計的雙模SNP傳感示意圖；（B）基于構(gòu)象轉(zhuǎn)變探針設(shè)計的SNP固相識別示意圖。
上述系列研究成果極大地豐富了育種基因芯片底層的分子傳感理論。從能量勢壘調(diào)控到智能生物計算，再到無酶可重置設(shè)計，這些通用型分析框架為作物分子標(biāo)記輔助育種提供了極具價值的工具。以上研究成果發(fā)表在Biosensors and Bioelectronics（中國科學(xué)院1區(qū)），Sensors & Actuators B: Chemical（中國科學(xué)院1區(qū)）和Analytical Chemistry（中國科學(xué)院1區(qū)）等國際期刊上，研究由聯(lián)培碩士生劉春艷（第一作者）、聯(lián)培碩士生唐薌（第一作者）、葉景副研究員（第一作者及通訊作者）、張迪鳴研究員（通訊作者）和馮獻忠研究員（通訊作者）等人共同完成。本研究受國家自然科學(xué)基金項目（No. 32501984）、吉林省自然科學(xué)基金項目（No. YDZJ202501ZYTS374）和吉林省重點研發(fā)項目（No.20260206059ZP）等共同資助。
論文信息如下：
(1) Biosensors and Bioelectronics 2026, 303, 118583. DOI: 10.1016/j.bios.2026.118583.
(2) Analytical Chemistry 2026. DOI: 10.1021/acs.analchem.6c00333.
(3) Sensors and Actuators B: Chemical 2026, 458, 139759. 10.1016/j.snb.2026.139759.
(4) Sensors and Actuators B: Chemical 2026, 447, 138875. DOI: 10.1016/j.snb.2025.138875.
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