低深度全基因组测序技术实现转基因玉米的高效多靶点检测

《Scientific Reports》：Efficient transgenic maize (Zea Mays L.) detection using low-depth next-generation sequencing

本研究针对转基因作物监管中存在的检测效率低、多靶点筛查困难等问题，开发了一种基于低深度下一代测序（NGS）的转基因玉米检测策略。通过优化DNA提取方法（如DNeasy Plant Maxi Kit）、文库构建流程（PCR-Free法）及数据分析算法（引入Coordinate reads），研究团队在5×测序深度下成功实现对56种转基因事件的特异性序列检测，且不受植物组织类型影响。该技术为转基因作物的标准化、规模化监管提供了高效、低成本的多靶点筛查方案，对保障生物安全及食品标签合规性具有重要意义。

　　

随着转基因作物在全球范围内的快速推广，其在提升农业产量、抗虫抗除草剂等方面的优势日益凸显。然而，转基因作物的商业化也带来了监管难题：传统检测方法（如PCR）需预先知悉外源基因序列，难以应对日益复杂的转基因事件组合。尤其在中国拟将转基因食品标签阈值调整为3%的背景下，开发高效、低成本的多靶点筛查技术成为当务之急。

为解决这一问题，齐鑫、赵欣等研究团队在《Scientific Reports》上发表研究，提出基于低深度全基因组测序（NGS）的转基因玉米检测新策略。该技术无需预先设计特异性引物，即可通过一次测序同时筛查多个转基因元件，大幅提升检测效率。

关键技术方法

研究以ND207、DBN9936等商业化转基因玉米为材料，通过优化DNA提取（CTAB法及多种试剂盒）、文库构建（PCR-Free、Tn5酶切等）及测序深度（1×–5×），建立标准化流程。利用BWA软件将测序数据与构建的56种转基因事件数据库比对，结合Split reads与Coordinate reads分析策略，确保检测准确性。

研究结果

1. 转基因序列检测的阳性判定标准

通过比对不同长度序列（5–50 bp）的检测效果，确定20 bp为最优阈值，其灵敏度与常规PCR引物长度一致，且经IGV可视化验证可精准定位LB/RB连接区。

2. 组织类型对检测结果无显著影响

对比根、茎、叶、种子等组织的检测效果，发现各组织阳性读数无统计学差异，表明任何组织均可作为可靠的检测样本来源。

3. DNA提取方法优化

DNeasy Plant Maxi Kit提取的DNA质量最高，阳性读数显著优于CTAB法及其他试剂盒，强调高质量DNA对低深度测序的重要性。

4. 文库构建方法比较

PCR-Free法产生的阳性读数最多（较其他方法提高1.27–1.56倍），且脱靶噪声最低，优于Tn5酶切、机械打断等传统方法。

5. 测序深度优化

对于纯合转基因材料（如ND207），3×深度即可稳定检测；但考虑到实际样本的杂合性（如DBN9936），推荐5×深度为最低可靠标准。

6. 数据分析流程升级

引入“配对读段（Coordinate reads）”概念（即一对读段分别比对至转基因组件和外源基因），使阳性读数数量显著增加，进一步提升检测灵敏度。

结论与展望

该研究建立的低深度NGS检测框架，实现了对转基因玉米多靶点的高通量、低成本筛查。其可扩展的序列数据库与标准化流程，为水稻、大豆等基因组更小的作物提供了应用潜力。然而，当前技术尚难以精准定量低丰度转基因成分，未来需进一步优化定量算法并建立标准化定量体系。这一技术突破不仅为转基因作物监管提供了新工具，也为全球生物安全治理贡献了重要解决方案。