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由沃森克里克配对杂环碱基组成的基因组DNA是遗传信息的主要载体,遗传信息的准确性和维护是所有生物生存的基本前提。DNA修饰酶负责基因组DNA的切割、标记、连接和延伸,并参与细胞增殖、分化、衰老、凋亡等多种细胞过程。DNA修饰酶的功能障碍直接干扰DNA复制、修复和重组的正常功能,最终诱发包括癌症在内的多种人类疾病。因此,DNA修饰酶可以作为疾病诊断的有效生物标志物以及抗癌治疗和药物筛选的潜在靶点。DNA修饰酶的检测对于基础生物医学研究、临床诊断和抗癌药物的发现至关重要。在本文中,我们以碱性磷酸酶（alkaline phosphatase,ALP）和DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase,DNA MTase）为研究对象,发展了两种基于核苷酸信号放大的荧光生物传感器。内容如下:（1）3’-末端修复驱动的聚腺嘌呤（adenine,A）分子信标（molecular beacons,MBs）的树枝状纳米组装用于一步定量人血清中的ALP。ALP是一种重要的水解酶,在多种生物过程中起着至关重要的作用,其失调可引发多种人类疾病。传统的检测ALP的方法存在过程繁琐、灵敏度低等缺点。在此,我们利用MBs的内在优势和末端脱氧核苷酸转移酶（terminal deoxynucleotidyl transferase,Td T）的独特特性,首次证明了3’末端修复驱动的poly-A MBs的树枝状纳米组装可以一步定量人血清中的ALP。当ALP存在时,它可以催化poly-A MBs的3’末端去磷酸化,诱导Td T介导的无模板聚合,产生长的聚胸腺嘧啶（thymidine,T）链。长的poly-T链可以作为锚定模板与大量的poly-A MBs杂交,导致环结构的展开和FAM-BHQ1对的解离（第1次放大阶段）。随后,所有3’端羟基化的poly-A MBs都可以通过Td T进行延伸,产生长的poly-T支链,与更多的poly-A MBs杂交,使得更多的FAM-BHQ1对解离（第2次放大阶段）。通过多轮的延伸、组装和激活,poly-A MBs可自动形成树枝状的DNA纳米结构,使得大量的荧光团从FAM-BHQ1对中解离,产生指数级放大的荧光信号（第n次放大阶段）。该方法可以评估动力学参数,筛选潜在的抑制剂,估算细胞抑制效应,并检测人血清中的ALP。（2）甲基化驱动的双色发光RNA纳米传感器的构建及其应用于无标记和超灵敏检测多种DNA MTases。DNA甲基化是最重要的表观遗传修饰之一,参与调节原核生物和真核生物的多种细胞过程。DNA MTases可以维持基因组DNA的甲基化模式,其活性异常可能导致包括癌症在内的各种疾病。然而,由于催化底物的多样性和甲基化依赖的限制性内切酶（methylation-dependent restriction endonucleases,MDREs）的稀少性,准确、灵敏地检测多种DNA MTases仍然具有挑战性。在此,受发光RNA适配体的内在优势和T7转录扩增独特特性的启发,我们首次展示了一种甲基化驱动的双色发光RNA纳米传感器的构建及其应用于无标记和超灵敏检测多种DNA MTases。在Cp G（M.Sss I）和腺嘌呤甲基转移酶（Dam）存在下,哑铃探针1（DP1）分别在胞嘧啶（cytosine,C）（C-5）和腺嘌呤（N-6）处甲基化,形成Gla I和Dpn I的催化底物,然后由Gla I和Dpn I同时裂解,产生两种裂解产物（CP1和2）。CP1和2可以与DP2中环的3’端序列杂交,并作为引物启动双向链置换扩增（strand displacement amplification,SDA）反应,产生触发器1和2。触发器1和2可以与DP2中茎的5’端序列杂交,并作为转录模板在T7 RNA聚合酶存在下激活双转录扩增,产生两种发光RNA转录本（即芒果和菠菜适配体）。TO1-3PEG-biotin（TO1-biotin）和3,5-二氟-4-羟基亚苄基咪唑啉酮（3,5-difluoro-4-hydroxybenzylidene imidazolidinone,DFHBI）可以与芒果和菠菜适配体特异性结合,产生增强的双色荧光信号,同时检测M.Sss I和Dam MTases的活性。该纳米传感器具有良好的特异性和高灵敏度,对M.Sss I MTase的检测限为3.77×10-3 U m L-1,对Dam MTase的检测限为7.21×10-5 U m L-1。此外,它还可以用于筛选潜在的抑制剂,并定量大肠杆菌细胞和人血清样本中M.Sss I和Dam MTases的活性。重要的是,这种纳米传感器可以在2小时内在一个管中均匀地完成,并以无标记的方式检测,不涉及任何甲基化独立的裂解、复杂的操作和荧光标记,为在生物医学研究和临床治疗中检测多种DNA MTases提供了一个方便、新颖和强大的平台。