5-甲基胞嘧啶是生物体内最为常见的修饰碱基,也是表观遗传学的重要组成部分。胞嘧啶的甲基化修饰可通过抑制转录因子与基因序列的结合和吸引蛋白来调控基因的表达并可引发基因沉默。基因启动子区域的CpG岛的异常超甲基化现象在正常细胞中相对少见,但却广泛存在于许多种类的肿瘤细胞中,是一种十分有潜力的癌症早期诊断标志。现有的甲基胞嘧啶检测手段多以亚硫酸氢钠转化、限制性内切酶切割和蛋白结合DNA这三种方法为基础。亚硫酸氢钠法的处理转化对象是正常的胞嘧啶,若是反应不完全则会对检测结果带来较大误差,且这种方法会给DNA链造成较严重的损伤。限制性内切酶的剪切对象也是非修饰的碱基,这种相对高效、低廉的方法却受制于有限的剪切位点与酶的活性,且无法做到单碱基检测。而有蛋白参与的免疫沉淀法也同样摆脱不了对抗体特异性的高度依赖,虽能检测甲基胞嘧啶含量却无法确定甲基化修饰的位点。对甲基胞嘧啶的特异选择性、对目标样品的广泛适用性和操作的简便性是未来甲基化检测新方法的研究方向。本论文设计并证明了一种利用链交换反应检测5-甲基胞嘧啶的新方法。本方法利用甲基化修饰对胞嘧啶所在的DNA双链的局部结构的扰乱作用,设计对应序列的探针进攻这一结构改变的区域,从而根据不同的链交换结果将甲基化胞嘧啶与普通胞嘧啶区分开来。在这种5-甲基胞嘧啶引发的链交换反应中,荧光探针单链能够根据碱基序列的互补性准确识别目标检测位点。对于非甲基化胞嘧啶,其附近的双链结构稳定,探针难以取代其同源序列完成链交换。而对于甲基化胞嘧啶,甲基的存在使得其附近的双螺旋结构被扰乱、检测位点更易打开,因而探针能够成功进攻并与互补序列结合生成带有荧光的新双链结构产物。本论文研究了多种实验因素对链交换反应的影响,并根据实验结果选取最适宜的反应条件建立了一个高效的5-甲基胞嘧啶特异选择性链交换反应模型。在此基础上,本论文还研究了链交换反应对不同甲基化程度/模式的DNA序列的检测能力,并成功进行了对同一体系内多个甲基化位点的同时检测。本论文研究的以链交换反应为基础的5-甲基胞嘧啶的检测方法具有简便、低耗、高效、准确的优点。这种检测方法对5-甲基胞嘧啶具有极高的选择性,且无需对被测DNA进行任何前处理,并适用于各种不同序列。反应条件十分温和,接近生理条件。所用实验器材与试剂常见且价格低廉。