基于趾夹开关传感器与NASBA扩增技术的太子参芜菁花叶病毒快速检测新方法

为解决太子参(Pseudostellaria heterophylla)生产中因芜菁花叶病毒(TuMV)感染导致的严重减产问题，福建农林大学团队开发了一种结合核酸序列依赖性扩增(NASBA)与趾夹开关(toehold switch)传感器的无细胞检测系统。该技术可在40分钟内检测到1 pM的TuMV RNA片段，灵敏度达10 fM，且能区分黄瓜花叶病毒(CMV)等常见病原体。田间试验表明，该方法对粗提RNA样本同样有效，为植物病毒现场诊断提供了快速、低成本的新工具。

　　

太子参作为中国传统药用植物，近年来因病毒病爆发导致产量锐减25%以上。其中芜菁花叶病毒(TuMV)因其高度变异性（基因组突变率达10^-3
/位点/年）成为最难防控的病原体之一。传统检测方法如ELISA和RT-PCR存在设备依赖性强、耗时长等缺陷，难以满足田间快速诊断需求。福建农林大学的研究团队创新性地将合成生物学工具与分子诊断技术结合，为这一难题提供了突破性解决方案。

研究团队运用NASBA等温扩增技术（41°C反应150分钟）和趾夹开关传感器（37°C触发翻译）两大核心技术。从田间采集的太子参样本中，通过生物信息学分析筛选出P1、HC-pro和P3等高变区作为检测靶点，设计10种传感器并通过自由能预测（<-20 kcal·mol^-1
）筛选出最优传感器A5。该传感器与CPRG显色系统联用，通过β-半乳糖苷酶催化黄色底物变紫实现可视化检测。

病毒疾病田间调查
对太子参转录组数据重分析发现39条病毒序列，其中5个TuMV分离株占比达19.2%。通过3'-RACE技术获得4个新TuMV分离株（TuMV-FJA1/2、FJB1/2），基因组比对显示P1和P3蛋白编码区变异率最高（>15%），为传感器设计提供靶点依据。

趾夹开关传感器筛选
针对TuMV保守区设计的10个传感器中，A5表现最优：对ssDNA和RNA的检测限分别为10 nM和100 nM，响应时间仅15-30分钟。NASBA预扩增使灵敏度提升至10 fM（提升10⁶
倍），且与黄瓜花叶病毒(CMV)无交叉反应（P<0.05）。

田间验证
在贵州施秉、福建柘荣等地采集的样本测试中，纯化RNA检测全程约3小时，粗提RNA（PEG裂解法5分钟制备）检测准确率达90.91%。传感器A5在病毒载量不同的样本中，吸光度值（A₅₇₀
）与qRT-PCR结果高度一致（R²

0.9）。

该研究首次将趾夹开关技术应用于草本植物病毒检测，建立的"NASBA-传感器"系统具有三大创新价值：一是突破设备限制，所有试剂可冻干保存，实现田间37°C条件下可视化判读；二是通过靶向设计解决TuMV高变异难题，P1/P3区传感器兼具物种特异性和属内保守性；三是粗提方案将样本前处理缩短至5分钟。这项发表于《Plant Methods》的成果，为植物病毒防控提供了可推广的合成生物学解决方案，未来可通过调整传感器序列应用于其他作物病毒诊断。