طراحی و ساخت نانوزیست حسگر مبتنی بر فلورسانس برای تشخیص گیاهان تراریخته

نوع مقاله: علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه بیوتکنولوژی، دانشگاه پیام نور

2 دانشیار، گروه مهندسی علوم زیستی، دانشگاه تهران

3 دانشجوی دکتری بیوتکنولوژی، دانشگاه تهران

چکیده

تشخیص و تعیین کمیت دقیق حضور ژنهای خارجی در گیاهان تراریخته ژنتیکی دارای اهمیت زیادی برای اطمینان از اثربخشی روش انتقال ژن و همچنین تعیین تراریخته بودن گیاه مورد نظر دارد. به این منظور در این تحقیق از یک نانوزیست حسگر مبتنی بر فلورسانس برای تشخیص پروموتر ژن خارجی استفاده گردید. ژن مورد بررسی بخش غنی از گوانین پروموتر 35S CaMV تعیین گردید تا برهمکنش مناسبی با فلوروفور متیلن بلو مورد استفاده داشته باشد. ابتدا نانوذرات مغناطیسی با پوشش طلا مورد استفاده قرار گرفت تا از خصوصیات مغناطیسی آنها برای جداسازی ژن‎های مورد بررسی و از لایه طلای اطراف آنها برای اتصال تک رشته پروب DNA استفاده گردد. با اضافه نمودن تک رشته‎های هدف مکمل با پروب مورد استفاده نانوزیست حسگر قابلیت شناسایی ژن مورد بررسی در محدوده 7-10×3 تا 9-10×2/2 را با افزایش غلظت پروب نشان داد و حد تشخیص آن معادل 10-10×2/1 تعیین گردید. با توجه به حد تشخیص مطلوب نانوزیست حسگر مورد استفاده در این تحقیق می توان از آن برای بررسی تراریخته بودن گیاهان و بافت‎های گیاهی مورد آزمایش به‎منظور اطمینان از موفق بودن فرایند انتقال ژن و همچنین تمایز گیاه مورد نظر از گیاهان دستکاری نشده ژنتیکی استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design and fabrication of fluorescence based nanobiosensor for detection of transgenic plants

نویسندگان [English]

  • Mehdi Dadmehr 1
  • Seyed Morteza Hosseini 2
  • Behnaz Korouzhdehi 3
1 Assistant Professor, Department of Biotechnology, Payame Noor University, Iran
2 Associate Professor, Department of Bioengineering, University of Tehran, Iran
3 Ph. D. Student, Department of Biotechnology , University of Tehran, Iran
چکیده [English]

Detection of foreign genes in genetically modified (GM) plants is very important for proving the effectiveness of genetic engineering procedure and determination of GM plants. In the present study a very sensitive and convenient fluorescence nanobiosensor for rapid detection of GM crops based on Fe3O4/Au core/shell nanoparticles was developed. Specific site of 35S CaMV, a well studied gene promoter in plant genetic engineering was used as the DNA sequence target. The core/shell Fe3O4/Au magnetic nanoparticles were synthesized to utilize their magnetic properties and improve their DNA functionalization. Fe@Au nanoparticles were functionalized by bounding of single stranded DNA (ssDNA) probe through sulfhydryl group at 5ʹ phosphate end. Then complementary target ssDNA were hybridized with immobilized ssDNA probe. Methylene blue was selected as a fluorescence probe. It was shown that methylene blue had significant interaction with hybridized DNA. Upon the addition of the target ssDNA, fluorescence intensity decreased in linear range by concentration of ssDNA from 3×10-7 to 2.2×10-9 M with detection limit of 1.2×10-10 M. The nanobiosensor enabled us to detect the transgenic crops through convenient and reliable simple method.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanobiosensor
  • Detection of transgenic crops
  • fluorescence
Castaneda MT, Merkoci A, Pumera M, Alegret S (2007) Electrochemical genosensors for biomedical applications based on gold nanoparticles. Biosens. Bioelectron. 22: 1961-1967.

Holst-Jensen A, Ronning SB, Lovseth A, Berdal KG (2003) PCR technology for screening and quantification of genetically modified organisms (GMOs). Anal. Bioanal. Chem. 375: 985-993.

Holst-Jensen A, Bertheau Y, De Loose M, Grohmann L, Hamels S, Hougs L (2012) Detecting un-authorized genetically modified organisms (GMOs) and derived materials. Biotechnol. Adv. 30: 1318-1335.

Huang L, Zheng L, Chen Y, Xue F, Cheng L, Adeloju SB (2015) A novel GMO biosensor for rapid ultrasensitive and simultaneous detection of multiple DNA components in GMO products. Biosens. Bioelectron. 66: 431-437.

Kang YS, Risbud S, Rabolt JF, Stroeve P (1996) Synthesis and characterization of nanometer-size Fe3O4 and γ-Fe2O3 particles. Chem. Mater. 8: 2209-2211.

Loaiza OA, Campuzano S, Pedrero M, Pividori MI, Garcia P, Pingarron JM (2008) Disposable magnetic DNA sensors for the determination at the attomolar level of a specific Enterobacteriaceae family gene. Anal. Chem. 80: 8239-8245.

Palecek E and Fojta M (2007) Magnetic beads as versatile tools for electrochemical DNA and protein biosensing. Talanta, 74: 276-290.

Paulose M, Varghese OK, Grimes CA (2003) Synthesis of gold-silica composite nanowires through solid-liquid-solid phase growth. J. Nanosci Nanotechnol. 3: 341-346.

Rohs R, Sklenar H, Lavery R, Roder B (2000) Methylene blue binding to DNA with alternating GC base sequence: a modeling study. J. Am. Chem. Soc. 122: 2860-2866.

Yang W, Ozsoz M, Hibbert DB, Gooding JJ (2002) Evidence for the direct interaction between methylene blue and guanine bases using DNA‐modified carbon paste electrodes. Electroanalysis, 14: 1299-1302.

Zhang Y, Wang Z, Jiang W (2011) A sensitive fluorimetric biosensor for detection of DNA hybridization based on Fe/Au core/shell nanoparticles. Analyst, 136: 702-707.

Zhao X, Cai Y, Wang T, Shi Y, Jiang G (2008) Preparation of alkanethiolate-functionalized core/shell Fe3O4@Au nanoparticles and its interaction with several typical target molecules. Anal. Chem. 80: 9091-9096.

 Kalogianni D, Koraki T, Christopoulos T, Ioannou P (2006) Nanoparticle-based DNA biosensor for visual detection of genetically modified organisms. Biosens. Bioelectron. 21: 1069-1073.

Qiu B, Zhang Y, Lin Y, Lu Y, Lin Z, Wong K, Chen G (2013) A novel fluorescent biosensor for detection of target DNA fragment from the transgene cauliflower mosaic virus 35S promoter. Biosens. Bioelectron. 41: 168-171.