Development of a portable paper-based biosensor for the identification of genetically modified corn (Zea mays) and soybean (Glycine max).
Biosens Bioelectron · 2025 · 287:117690 · PMID 40543168 · 등급8 기타 분석법개발 · 농업과 정책 > GM 작물 · 식물 · 제형(GBH)
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초록 전문 번역 · gemma4:e4b
유전자 변형(GM) 작물인 옥수수와 대두는 향상된 저항성 형질을 제공하지만, 유전자 흐름 관리, 내성 해충/잡초 방지 및 규제 준수를 위해 지속적인 모니터링이 필요하다. 본 연구에서는 원시 잎 추출물로부터 하이브리드 옥수수(Roundup Hybridization System 1, RHS1)와 대두(Roundup-Ready 1 및 2, RR1 및 RR2) 형질을 신속하고 비용 효율적으로 검출하기 위한 새로운 루프 매개 등온 증폭(LAMP) 기반 마이크로유체지 기반 분석 장치($\mu$PAD) 바이오센서를 제시하였다. 본 $\mu$PAD-LAMP 분석법은 속도(60분 이내), 단순성(간단한 설계), 경제성(검사당 $2.90)이 특징인 GM 검출에 유망한 해결책을 제공한다. 우리는 $\mu$PAD-LAMP 카트리지를 개발하고 이미지 분석 알고리즘을 활용하여 색 변화의 시간 경과에 따른 정량화를 수행함으로써 객관성과 정확성을 향상시켰다. 본 플랫폼은 DNA 정제 과정 없이, 0.12–0.25 % SDS를 포함하는 물에 희석된 잎 추출물 1:7 비율을 사용하여 $65^\circ\text{C}$에서 GM 형질을 검출하였다. $\mu$PAD-LAMP 시스템으로 RHS1, RR1 및 RR2 표적의 검출 한계(LoD)는 각각 반응당 $1.40 \times 10^3$, $1.10 \times 10^3$, 및 $1.00 \times 10^3$ 게놈 복사본이었다. 이 휴대용 $\mu$PAD-LAMP 플랫폼은 잎 추출물로부터 GM 옥수수와 대두를 검출하는 데 있어 100 %의 특이성, 민감도 및 정확도를 달성하여 신뢰할 수 있는 현장 검출 도구로서의 잠재력을 입증하였다. 다른 GM 작물이나 유전자 표적으로의 적응성은 이를 GM 산업에서 필요 시점(PON) 분석을 위한 유망한 표준으로 자리매김하게 한다.ORIGINAL ABSTRACT
Genetically modified (GM) crops like corn and soy offer enhanced resistance traits but require consistent monitoring to manage gene flow, prevent resistant pests/weeds, and ensure regulatory compliance. In this study, we present a novel loop-mediated isothermal amplification (LAMP)-based microfluidic paper-based analytical device (μPAD) biosensor for the rapid and cost-effective detection of hybrid corn (Roundup Hybridization System 1, RHS1) and soy (Roundup-Ready 1 and 2, RR1 and RR2) traits directly from crude leaf extracts. Our μPAD-LAMP assay offers a promising solution for GM detection, characterized by its speed (within 60 min), simplicity (straightforward design), and affordability ($2.90 per test). We developed μPAD-LAMP cartridges and utilized an image analysis algorithm for time-resolved quantification of colorimetric changes, improving objectivity and accuracy. Our platform detected GM traits at 65 °C using a 1:7 dilution of leaf extracts in 0.12-0.25 % SDS in water, without needing DNA purification. The limit of detection (LoD) for RHS1, RR1, and RR2 targets was 1.40 × 103, 1.10 × 103, and 1.00 × 103 genomic copies per reaction, respectively, with our μPAD-LAMP system. This portable μPAD-LAMP platform achieves 100 % specificity, sensitivity, and accuracy in detecting GM corn and soy from leaf extracts, demonstrating its potential as a reliable on-site detection tool. Its adaptability to other GM crops or gene targets positions it as a promising standard for point-of-need (PON) assays in the GM industry.| 저자 | Ahmed, B.; Raut, B.; Pauley, A.; Davidson, J. L.; Yang, S.; Verma, M. S. |
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| 저널 | Biosensors & bioelectronics |
| 권·호·쪽 | 287, 117690 |
| PMID | 40543168 |
| DOI | 10.1016/j.bios.2025.117690 |
| MeSH | Zea mays; Glycine max; Plants, Genetically Modified; Biosensing Techniques; Nucleic Acid Amplification Techniques; Plant Leaves; Paper; Limit of Detection; DNA, Plant; Equipment Design; Molecular Diagnostic Techniques |