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）的精準分型在分子育種、作物遺傳改良以及精準醫(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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