全球首张!重庆科学家成功研发油菜液相育种芯片 低成本培育更优质油菜品种

华龙网-新重庆客户端
2022-09-28 15:56
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油菜液相育种芯片。受访单位供图

华龙网-新重庆客户端讯(记者 秦思思)生物芯片作为生物育种关键技术,从源头上决定种业科技水平和国家粮食安全。近日,华龙网-新重庆客户端记者从西南大学获悉,西南大学团队历经八年努力,成功研发全球首张油菜液相育种芯片——油菜50K液相育种芯片,目前,该成果已在《The Crop Journal》国际学术期刊上发表。

什么是油菜液相育种芯片?又有什么作用呢?

油菜液相育种芯片对于大多数人而言,是陌生的。“油菜、液相、育种芯片,这些词我们挨着拆分来解释,大家就很容易明白了。”西南大学农学与生物科技学院教授卢坤解释,简单来说,油菜液相育种芯片的最终目的,在于能让我们低成本培育出符合设计要求的油菜品种。

油菜液相育种芯片。受访单位供图

育种芯片 新农业的重要赛道

要想收成好,首先种子好。种子创新是推动农业发展的核心动力,生物育种则是生物农业的首要方向。“这也就是我们常提到的‘种质资源’‘育种技术创新’。”卢坤介绍。

一堆种子摆在面前,经验丰富的人也许能凭借肉眼观察其好坏,但哪些种子长出来的植株更高?哪些种子的产量高?哪种种子不容易生病虫害?这些问题则必须依靠现代科技。随着分子设计育种成为引领作物遗传改良的前沿技术,越来越多的研究者希望借助基因组测序、多组学分析、生物信息学的利器探索基因调控奥秘,提高育种效率。

正因如此,近年来,育种芯片的研发,也成为育种技术创新的重要赛道。

育种芯片和传统意义上手机电脑等工业芯片不同,是生物物种基因检测的重要工具,通过生物芯片可以读取生物样本DNA。

为什么要捕捉DNA?卢坤介绍,研究人员通过捕获DNA再测序,可精确检测控制目标性状的基因型,而通过控制基因型则可培育出符合要求的品种。“就像一堆积木,你拿到后,排列组合成你想要的形状,但前提是你要先拿到这些积木。”

而液相育种芯片的作用,正是检测基因型。卢坤解释,由于等位基因的存在,一个基因在不同品种中存在好的类型和不好的类型。芯片检测作用就是知道品种培育过程中基因型的变化,保证符合人类需求的类型越多越好,不好的类型越少越好。“气候越来越热,就需要提高油菜的耐热性;和水稻茬口衔接有问题,就需要早熟的油菜品种,我们就可以通过育种芯片,更精准更高效地实现育种目标。”他说道。

油菜液相育种芯片。受访单位供图

液相育种芯片 成本价格仅占固相芯片的1/5

当然,育种芯片的形式也有不同,大致分为固相芯片和液相芯片两类。

卢坤介绍,液相芯片在价格上极具优势。从原理来讲,传统的固相芯片是基于荧光检测,根据荧光强弱进行反应。由于反应位点固定,且以板为单位进行使用,即使只有效使用了其中一个芯片单元,都会造成整板芯片报废,这在无形之中增加了研发成本。

而液相芯片是基于DNA的捕获,然后再进行测序,它对同一个位置进行了多次的测序。准确率不仅更高,且位点设计更为灵活,成本价格也仅占固相芯片的1/5。

油菜种子。受访单位供图

聚焦油菜领域 未来将设计“新”品种

“油菜过去有育种芯片,但不是液相芯片;液相芯片有其他领域,但不是针对油菜。油菜液相育种芯片则是全球首张。”卢坤说。

据了解,该团队历时八年,前期对全球588份有代表性的油菜品种进行了全基因重测序,挖掘出500万多个SNP位点,然后从中筛选了5万多个位点,设计了这款液相育种芯片。该芯片能为油菜靶向捕获测序、遗传分析和基因组育种提供基因组学资源。卢坤介绍,之所以聚集油菜领域,是因为油菜作为我国重要的油料作物,每年为国家提供50%以上的国产食用油,对扩大油料生产,保障国家粮油安全有重要意义。

“育种从古至今,已经经历了四代变革。”卢坤向记者说,第一代是人类将作物驯化为栽培品种;第二代是常规育种,如杂交育种;第三代是分子标记辅助选择育种;第四代是智能化生物育种,以全基因组选择和基因组设计育种的方式获得新品种。

卢坤表示,油菜液相育种芯片的研发只是一个中间环节,前期团队完成了油菜全基因组重新测序,鉴定出全球油菜的上百万个变异位点。“未来,我们将基于该芯片构建智慧设计育种平台,利用平台,设计好基因型,培育出国家和农民需要的新品种。”他说道。

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