中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究室農(nóng)作物分子結(jié)構(gòu)繁育新技術(shù)和使用自主創(chuàng)新精英團(tuán)隊(duì)與石家莊市博瑞迪生物科技有限責(zé)任公司佳選的協(xié)同科學(xué)研究工作組，專注于高效液相生物芯片的產(chǎn)品研發(fā)。歷經(jīng)兩年的勤奮，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出密度高的靶向治療轉(zhuǎn)錄組測(cè)序-高效液相高端芯片管理體系，在擴(kuò)散系數(shù)、成本費(fèi)和收益上能夠 徹底替代固相集成ic，科研成果相繼在《中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)》、《分子育種（Molecular Breeding）》和《植物通訊（Plant Communications）》雜志發(fā)表。

　　據(jù)了解，與工業(yè)生產(chǎn)上的集成電路芯片（集成ic）相相近，生物芯片便是根據(jù)微縮技術(shù)性，依據(jù)分子結(jié)構(gòu)間的非特異相互影響的基本原理，將不持續(xù)的解析全過(guò)程集成化于硅或夾層玻璃等固相集成ic表層，以保持對(duì)體細(xì)胞、蛋白、遺傳基因以及他微生物成份的精確、迅速、大數(shù)據(jù)量的檢驗(yàn)。在生物分子檢驗(yàn)和基因型評(píng)定行業(yè)，包括密度高的分子標(biāo)記或探頭的生物芯片充分發(fā)揮著關(guān)鍵作用，已廣泛運(yùn)用于醫(yī)藥學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和繁育。以往20年以來(lái)，密度高的生物芯片關(guān)鍵由倆家跨國(guó)企業(yè)核心，我國(guó)市場(chǎng)的生物芯片均依靠這兩個(gè)企業(yè)做好設(shè)計(jì)方案、制做和檢驗(yàn)，一方面造成 我國(guó)動(dòng)物與植物繁育所需集成ic的定做要求回應(yīng)周期時(shí)間慢、發(fā)貨時(shí)間長(zhǎng)、不斷的技術(shù)服務(wù)和服務(wù)項(xiàng)目欠缺、成本費(fèi)昂貴；另一方面，生物芯片做為生物育種至關(guān)重要的分子結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，從根源上確定了牧業(yè)的科學(xué)技術(shù)水準(zhǔn)和國(guó)家的糧食生產(chǎn)安全。因而亟需發(fā)展趨勢(shì)可以取代固相集成ic、更為簡(jiǎn)潔有效的密度高的分子結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)辦法和技術(shù)性。

　　協(xié)同科學(xué)研究工作組最先從早期產(chǎn)品研發(fā)的苞米55K SNP集成ic選擇多態(tài)性高、缺少率低、性染色體上遍布均衡的20K SNP標(biāo)識(shí)，融合靶向治療轉(zhuǎn)錄組測(cè)序基因型檢驗(yàn)（Genotyping by Targeted Sequencing, GBTS）技術(shù)性，對(duì)標(biāo)識(shí)探頭開(kāi)展高效液相捕捉，完成了1K、5K、10K、20K等一系列高效液相集成ic標(biāo)識(shí)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。運(yùn)用96份來(lái)源于世界各國(guó)的苞米自交系和387份繁育新項(xiàng)目發(fā)生的里面原材料對(duì)高效液相集成ic開(kāi)展檢測(cè)，確認(rèn)了集成ic檢驗(yàn)的高寬比可重復(fù)性和穩(wěn)定性（Molecular Breeding 39:37, 2019）。接著，歷經(jīng)技術(shù)優(yōu)化和改善，使單獨(dú)高效液相集成ic的檢驗(yàn)高效率在玉米粒中提升到40K mSNP、260K SNP、912K 單倍型。依據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?biāo)識(shí)相對(duì)密度的要求，根據(jù)操縱測(cè)序深度就可以從同一標(biāo)識(shí)集得到從1K 到40K mSNP隨意結(jié)構(gòu)域（擴(kuò)增子）及其就此發(fā)展的不一樣數(shù)目的SNP標(biāo)識(shí)和單倍型（Plant Communications 2: 100230, 2021）。

　　圖1 靶向治療轉(zhuǎn)錄組測(cè)序-高效液相高端芯片步驟以及改善和提升

　　靶向治療轉(zhuǎn)錄組測(cè)序-高效液相高端芯片由2個(gè)與眾不同但又彼此交疊的工藝管理體系構(gòu)成：GenoPlexs和GenoBaits，全是在高效液相標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)靶向治療精彩片段開(kāi)展增加、捕捉和檢驗(yàn)。GenoPlexs涉及到二輪靶向治療結(jié)構(gòu)域的指定增加，現(xiàn)階段，該工藝已能夠完成單管系統(tǒng)達(dá)到2000對(duì)之上特殊引物設(shè)計(jì)的混和增加。GenoBaits的設(shè)計(jì)原理是根據(jù)總體目標(biāo)探頭與靶向治療編碼序列相輔相成融合開(kāi)展指定捕捉，對(duì)捕捉的靶標(biāo)編碼序列開(kāi)展過(guò)柱、靶標(biāo)增加、建庫(kù)和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，最后得到總體目標(biāo)SNP的基因型，在資金合理的標(biāo)準(zhǔn)下，能夠檢驗(yàn)的靶向治療結(jié)構(gòu)域以及標(biāo)識(shí)數(shù)量在玉米粒中還可以做到40K mSNP、260K SNP 和912K單倍型的水準(zhǔn)，在檢驗(yàn)相對(duì)密度和擴(kuò)散系數(shù)上相當(dāng)于密度高的固相集成ic。

　　與基本轉(zhuǎn)錄組測(cè)序檢驗(yàn)和固相集成ic剖析對(duì)比，靶向治療轉(zhuǎn)錄組測(cè)序-高效液相高端芯片具備服務(wù)平臺(tái)廣適性，不用憑借特殊的價(jià)格昂貴機(jī)器設(shè)備，能夠采取各種各樣可供使用的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序服務(wù)平臺(tái)。標(biāo)識(shí)訂制時(shí)沒(méi)有起止樣本數(shù)和標(biāo)記數(shù)量的限定，轉(zhuǎn)錄組測(cè)序與標(biāo)記基因型檢驗(yàn)可在同一管中進(jìn)行；應(yīng)用時(shí)沒(méi)有一次檢驗(yàn)樣本數(shù)限定；可及時(shí)向管理體系中添加新的引物設(shè)計(jì)或?qū)σ呀?jīng)有引物設(shè)計(jì)開(kāi)展調(diào)節(jié)；依據(jù)同一套密度高的標(biāo)識(shí)，能夠 經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)測(cè)序深度來(lái)獲取不一樣數(shù)目的標(biāo)識(shí)。全部檢測(cè)試劑均建立了本土化，進(jìn)而大幅度降低了實(shí)驗(yàn)試劑成本費(fèi)，與此同時(shí)運(yùn)用原有的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序機(jī)器設(shè)備減少了檢測(cè)儀器的維護(hù)保養(yǎng)、管理方法和經(jīng)營(yíng)相關(guān)的成本費(fèi)。高效液相高端芯片具備高寬比可重復(fù)性和穩(wěn)定性，有利于將不一樣時(shí)間、地址和實(shí)驗(yàn)室得到的數(shù)據(jù)開(kāi)展累積、較為和綜合性。與固相集成ic、全基因重轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和隨機(jī)性的簡(jiǎn)單化基因組測(cè)序等技術(shù)性對(duì)比，針對(duì)網(wǎng)站和支承系統(tǒng)軟件的標(biāo)準(zhǔn)很低，不用憑借附加的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)或高寬比現(xiàn)代化的生物特征精英團(tuán)隊(duì)（農(nóng)業(yè)科學(xué)研究 53:2983-3004, 2020）。

　　協(xié)同科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)還討論了怎樣在高效液相高端芯片的支持下，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)綠色植物繁育，推動(dòng)做為我國(guó)牧業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的海南南繁牧業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展（農(nóng)業(yè)科學(xué)研究 54, 2021）。高效液相高端芯片與當(dāng)代繁育技術(shù)性相結(jié)合，將推動(dòng)南繁牧業(yè)從單一的繁育加代向資源引入和點(diǎn)評(píng)、繁育挑選、純凈度檢驗(yàn)、種源溝通交流和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等以外的產(chǎn)業(yè)鏈方式變化，完成從海南省冬繁到周年紀(jì)念繁育的變化，將海南省的南繁自然地理和綠色生態(tài)優(yōu)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為南繁與繁育相融合的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)點(diǎn)，加速繁育進(jìn)度、提升 繁育高效率，推動(dòng)牧業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。要完成“海南省繁育，全國(guó)各地檢測(cè)”，必須搭建包含高效液相高端芯片支撐點(diǎn)下的高效率繁育設(shè)備、迅速繁育、轉(zhuǎn)基因水稻和基因編輯技術(shù)技術(shù)性、雙單倍體育種技術(shù)性、全基因挑選等以外的綜合性繁育管理體系。

　　靶向治療轉(zhuǎn)錄組測(cè)序-高效液相高端芯片可替代目前的固相高端芯片和別的中密度高的的分子結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，廣泛運(yùn)用于生命的進(jìn)化、遺傳圖譜搭建、遺傳基因定位克隆、標(biāo)識(shí)特性相關(guān)性分析、后人評(píng)定、遺傳基因漸滲、遺傳基因累積、種類權(quán)維護(hù)、產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)、轉(zhuǎn)基因水稻成份/基因編輯技術(shù)/共生礦生物檢測(cè)等行業(yè)。協(xié)同科學(xué)研究工作組以苞米為例子，選用867份來(lái)源于全世界不一樣種類的苞米自交系，各自運(yùn)用不一樣標(biāo)識(shí)種類開(kāi)展多元性、人群構(gòu)造、連鎖加盟非均衡衰減系數(shù)和全基因相關(guān)性分析。科學(xué)研究確認(rèn)，運(yùn)用mSNP以及單倍型取代固相集成ic中的單一SNP標(biāo)識(shí)可以得到另外的檢驗(yàn)高效率（Plant Communications 2: 100230, 2021）。根據(jù)靶向治療轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和mSNP的高效液相高端芯片具備普遍的種群適應(yīng)能力，能夠 適用于全部動(dòng)物與植物和生物的分子結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)。現(xiàn)階段早已在13種關(guān)鍵糧食作物、蔬菜水果及其一部分小動(dòng)物和微生物菌種中開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了根據(jù)GBTS的高效液相集成ic50余套，并已在以上行業(yè)獲得廣泛運(yùn)用。

　　圖2 高像素多聚SNP （mSNP） 高效液相集成ic無(wú)損檢測(cè)技術(shù)管理體系以及運(yùn)用

　　參加該協(xié)同科學(xué)研究的隊(duì)伍還包含佛山科技進(jìn)步學(xué)校、上海農(nóng)牧業(yè)研究院、新疆省農(nóng)懇研究院、河北農(nóng)業(yè)和林業(yè)研究院、江漢大學(xué)和國(guó)際玉米小麥改良中心。