中國農(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)新精英團隊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，開發(fā)設(shè)計出密度高的靶向治療轉(zhuǎn)錄組測序-高效液相高端芯片管理體系，在擴散系數(shù)、成本費和收益上能夠 徹底替代固相集成ic，科研成果相繼在《中國農(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)的解析全過程集成化于硅或夾層玻璃等固相集成ic表層，以保持對體細胞、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。在生物分子檢驗和基因型評定行業(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，已廣泛運用于醫(yī)藥學(xué)、分子生物學(xué)、細胞生物學(xué)和繁育。以往20年以來，密度高的生物芯片關(guān)鍵由倆家跨國企業(yè)核心，我國市場的生物芯片均依靠這兩個企業(yè)做好設(shè)計方案、制做和檢驗，一方面造成 我國動物與植物繁育所需集成ic的定做要求回應(yīng)周期時間慢、發(fā)貨時間長、不斷的技術(shù)服務(wù)和服務(wù)項目欠缺、成本費昂貴；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)無損檢測技術(shù)，從根源上確定了牧業(yè)的科學(xué)技術(shù)水準(zhǔn)和國家的糧食生產(chǎn)安全。因而亟需發(fā)展趨勢可以取代固相集成ic、更為簡潔有效的密度高的分子結(jié)構(gòu)檢驗辦法和技術(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，融合靶向治療轉(zhuǎn)錄組測序基因型檢驗（Genotyping by Targeted Sequencing, GBTS）技術(shù)性，對標(biāo)識探頭開展高效液相捕捉，完成了1K、5K、10K、20K等一系列高效液相集成ic標(biāo)識的開發(fā)設(shè)計。運用96份來源于世界各國的苞米自交系和387份繁育新項目發(fā)生的里面原材料對高效液相集成ic開展檢測，確認了集成ic檢驗的高寬比可重復(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，使單獨高效液相集成ic的檢驗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)識相對密度的要求，根據(jù)操縱測序深度就可以從同一標(biāo)識集得到從1K 到40K mSNP隨意結(jié)構(gòu)域（擴增子）及其就此發(fā)展的不一樣數(shù)目的SNP標(biāo)識和單倍型（Plant Communications 2: 100230, 2021）。

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

　　靶向治療轉(zhuǎn)錄組測序-高效液相高端芯片由2個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)下對靶向治療精彩片段開展增加、捕捉和檢驗。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)達到2000對之上特殊引物設(shè)計的混和增加。GenoBaits的設(shè)計原理是根據(jù)總體目標(biāo)探頭與靶向治療編碼序列相輔相成融合開展指定捕捉，對捕捉的靶標(biāo)編碼序列開展過柱、靶標(biāo)增加、建庫和轉(zhuǎn)錄組測序，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，能夠檢驗的靶向治療結(jié)構(gòu)域以及標(biāo)識數(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)，在檢驗相對密度和擴散系數(shù)上相當(dāng)于密度高的固相集成ic。

　　與基本轉(zhuǎn)錄組測序檢驗和固相集成ic剖析對比，靶向治療轉(zhuǎn)錄組測序-高效液相高端芯片具備服務(wù)平臺廣適性，不用憑借特殊的價格昂貴機器設(shè)備，能夠采取各種各樣可供使用的轉(zhuǎn)錄組測序服務(wù)平臺。標(biāo)識訂制時沒有起止樣本數(shù)和標(biāo)記數(shù)量的限定，轉(zhuǎn)錄組測序與標(biāo)記基因型檢驗可在同一管中進行；應(yīng)用時沒有一次檢驗樣本數(shù)限定；可及時向管理體系中添加新的引物設(shè)計或?qū)σ呀?jīng)有引物設(shè)計開展調(diào)節(jié)；依據(jù)同一套密度高的標(biāo)識，能夠 經(jīng)過調(diào)節(jié)測序深度來獲取不一樣數(shù)目的標(biāo)識。全部檢測試劑均建立了本土化，進而大幅度降低了實驗試劑成本費，與此同時運用原有的轉(zhuǎn)錄組測序機器設(shè)備減少了檢測儀器的維護保養(yǎng)、管理方法和經(jīng)營相關(guān)的成本費。高效液相高端芯片具備高寬比可重復(fù)性和穩(wěn)定性，有利于將不一樣時間、地址和實驗室得到的數(shù)據(jù)開展累積、較為和綜合性。與固相集成ic、全基因重轉(zhuǎn)錄組測序和隨機性的簡單化基因組測序等技術(shù)性對比，針對網(wǎng)站和支承系統(tǒng)軟件的標(biāo)準(zhǔn)很低，不用憑借附加的無損檢測技術(shù)或高寬比現(xiàn)代化的生物特征精英團隊（農(nóng)業(yè)科學(xué)研究 53:2983-3004, 2020）。

　　協(xié)同科學(xué)研究團隊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，推動做為我國牧業(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，將推動南繁牧業(yè)從單一的繁育加代向資源引入和點評、繁育挑選、純凈度檢驗、種源溝通交流和知識產(chǎn)權(quán)保護等以外的產(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)點轉(zhuǎn)換為南繁與繁育相融合的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)點，加速繁育進度、提升 繁育高效率，推動牧業(yè)發(fā)展趨勢。要完成“海南省繁育，全國各地檢測”，必須搭建包含高效液相高端芯片支撐點下的高效率繁育設(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)測系統(tǒng)，廣泛運用于生命的進化、遺傳圖譜搭建、遺傳基因定位克隆、標(biāo)識特性相關(guān)性分析、后人評定、遺傳基因漸滲、遺傳基因累積、種類權(quán)維護、產(chǎn)品品質(zhì)檢測、轉(zhuǎn)基因水稻成份/基因編輯技術(shù)/共生礦生物檢測等行業(yè)。協(xié)同科學(xué)研究工作組以苞米為例子，選用867份來源于全世界不一樣種類的苞米自交系，各自運用不一樣標(biāo)識種類開展多元性、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?？茖W(xué)研究確認，運用mSNP以及單倍型取代固相集成ic中的單一SNP標(biāo)識可以得到另外的檢驗高效率（Plant Communications 2: 100230, 2021）。根據(jù)靶向治療轉(zhuǎn)錄組測序和mSNP的高效液相高端芯片具備普遍的種群適應(yīng)能力，能夠 適用于全部動物與植物和生物的分子結(jié)構(gòu)檢驗?，F(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物和微生物菌種中開發(fā)設(shè)計了根據(jù)GBTS的高效液相集成ic50余套，并已在以上行業(yè)獲得廣泛運用。

　　圖2 高像素多聚SNP （mSNP） 高效液相集成ic無損檢測技術(shù)管理體系以及運用

　　參加該協(xié)同科學(xué)研究的隊伍還包含佛山科技進步學(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)和國際玉米小麥改良中心。