日前，由江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院牽頭，聯(lián)合華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、蘇州拉索生物芯片科技有限公司（以下簡稱“拉索生物”）正式發(fā)布我國首款甘藍(lán)型油菜20K固相基因芯片——“中芯油1號”。這枚小小的芯片，不處理數(shù)據(jù)，不運(yùn)行程序，卻能“讀出”一株油菜未來的產(chǎn)量潛力、抗病能力、生長活力，不僅打破了國外近20年的基因芯片壟斷，更讓中國油菜種業(yè)從“看天吃飯”的傳統(tǒng)育種，邁入“精準(zhǔn)導(dǎo)航”的智慧育種時代。近日，《環(huán)球時報》記者專訪了相關(guān)研發(fā)人員，聽他們講述這枚“中國芯”背后的故事。

“中芯油1號”芯片（受訪者提供）

為油菜量身打造基因芯片

提到芯片，人們首先想到的是電腦、手機(jī)里的半導(dǎo)體芯片，而“中芯油1號”這枚專門為油菜“量身定制”的基因芯片，與電腦芯片有著本質(zhì)區(qū)別，卻同樣承載著核心支撐的作用?！皟烧叨际切酒仃?，但‘內(nèi)核’完全不同。”江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員陳倫林解釋道，電腦芯片集成的是晶體管，靠0和1實(shí)現(xiàn)功能?！爸行居?號”集成的是油菜基因組上的位點(diǎn)信息，相當(dāng)于為每個關(guān)鍵基因“做了專屬標(biāo)記”。

“以前只有等到油菜長出來、榨了油，才知道含油量高低，但為什么高、為什么低，背后的基因邏輯我們一無所知。”陳倫林說，“基因芯片讓我們看到了育種的底層邏輯：是哪些基因決定了性狀，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)篩選、定向培育?！?/p>

作為項(xiàng)目主導(dǎo)單位，江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院深耕油菜基因研究十余年，長期持續(xù)發(fā)掘、積累油菜核心功能基因位點(diǎn)，為芯片研發(fā)筑牢了核心數(shù)據(jù)根基。

據(jù)《環(huán)球時報》記者了解，“中芯油1號”搭載著1.7萬余個全基因組背景標(biāo)記和1500余個功能位點(diǎn)，幾乎涵蓋油菜育種研究的絕大多數(shù)需求，相當(dāng)于一本油菜關(guān)鍵基因信息“大辭典”。

江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院李書宇博士介紹稱：“團(tuán)隊(duì)長期扎根油菜基因功能研究，系統(tǒng)收集了與含油量、抗病性、產(chǎn)量等重要性狀相關(guān)的基因位點(diǎn)?！?/p>

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)國家油菜改良中心的易斌教授團(tuán)隊(duì)提供了眾多基因點(diǎn)位信息的幫助，進(jìn)一步豐富了芯片的位點(diǎn)庫。最終，團(tuán)隊(duì)將過去定位的油菜功能基因、測定的基因組序列，逐一轉(zhuǎn)化為可檢測的探針序列。“育種專家過去很難直接應(yīng)用論文里的抽象結(jié)果，有了我們的探針序列，就能通過芯片輕松篩選出高油酸、抗病性強(qiáng)的種質(zhì)資源。”易斌表示。

如果說江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院解決了芯片“裝什么”的核心問題，那么拉索生物就攻克了“怎么造”的技術(shù)難關(guān)。

“我們的核心工作，便是始終貼合項(xiàng)目組的研發(fā)構(gòu)想，把芯片制造出來：包括先進(jìn)的點(diǎn)制工藝、配套的芯片試劑，還有高精度的檢測設(shè)備?！崩魃镅邪l(fā)核心人員李智介紹稱，“我們提供的制造技術(shù)和配套設(shè)備，是育種工作者不可或缺的核心工具。”通過聯(lián)合設(shè)計(jì)探針、不斷打磨芯片工藝，最終實(shí)現(xiàn)了芯片的國產(chǎn)化落地。

打破國外壟斷，告別“盲猜”育種

“中芯油1號”的發(fā)布緩解了我國油菜育種領(lǐng)域長期存在的“卡脖子”困境。此前近20年，固相芯片點(diǎn)制工藝被國外壟斷，我國育種工作者只能依賴進(jìn)口芯片，受制于人。

“以前進(jìn)口芯片單次檢測就要400元，成本太高?！标悅惲痔寡裕拔覀兿敫鶕?jù)國內(nèi)實(shí)際需求對進(jìn)口芯片進(jìn)行升級，根本不可能實(shí)現(xiàn)，只能被國外技術(shù)‘卡脖子’?！眰鹘y(tǒng)育種模式同樣低效：靠“一把尺子一桿秤”，屬于“盲猜式”育種，只有等油菜長出性狀才能檢測，還容易受環(huán)境影響。

“以前選育一個油菜品種，要在田里摸爬滾打10年；現(xiàn)在有了‘中芯油1號’，結(jié)合‘一年五熟’快速育種技術(shù)，最快3年就能培育成功。”陳倫林道出了這款國產(chǎn)基因芯片帶來的育種變革。

“過去育種主要依賴經(jīng)驗(yàn)，有很大不確定性，而有了芯片，不用等作物長大就能提前判斷性狀，還能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模檢測。”易斌說，這款芯片具備了“精準(zhǔn)識別”優(yōu)良基因的能力，相當(dāng)于為育種工作者配備了“放大鏡”。

對于育種工作者和油菜產(chǎn)業(yè)來說，“中芯油1號”的意義更為深遠(yuǎn)。

李書宇解釋道，一方面，檢測成本大幅下降，單次檢測只要幾十元，72小時快速出結(jié)果，讓精準(zhǔn)育種技術(shù)能在全行業(yè)普及。另一方面，芯片集成了含油量、抗病性、產(chǎn)量、品質(zhì)等關(guān)鍵基因信息，育種工作者可以精準(zhǔn)篩選優(yōu)良材料，培育出產(chǎn)量更高、品質(zhì)更好、抗逆性更強(qiáng)的品種。

拉索生物攻克的點(diǎn)制工藝是打破壟斷的關(guān)鍵?！拔覀兪侨虻谌?、中國第一家且唯一一家能夠?qū)崿F(xiàn)固相芯片技術(shù)的生物技術(shù)企業(yè)?！崩钪潜硎?，正是因?yàn)橥黄屏藝獾墓に嚪怄i，實(shí)現(xiàn)了芯片制造、試劑、配套設(shè)備的全鏈條國產(chǎn)化，讓芯片成本大幅下降。

未來有望服務(wù)于全球油菜育種

與國際同類產(chǎn)品相比，“中芯油1號”有著顯著優(yōu)勢：單次檢測成本僅為進(jìn)口芯片的1/8左右；搭載的基因點(diǎn)位更貼合國內(nèi)育種實(shí)際需求，檢測精準(zhǔn)度達(dá)到國際先進(jìn)水平；更具競爭力的是升級靈活性?！皣獾墓滔嘤N芯片，想要升級就要從頭合成所有探針，費(fèi)錢費(fèi)時；而我們的微球芯片，只要設(shè)計(jì)新位點(diǎn)的探針，加入原有的微球池就能完成升級，非常靈活?！崩顣罱榻B稱。

“目前我們對產(chǎn)量等相關(guān)的基因點(diǎn)位積累還不夠多，未來會循序漸進(jìn)，積累更多、更準(zhǔn)確的基因信息?！标悅惲直硎荆魇∞r(nóng)業(yè)科學(xué)院將組織更多油菜科研院所推進(jìn)2.0版本芯片研發(fā)，基因點(diǎn)位擴(kuò)充到6萬個，相當(dāng)于從“基因辭典”升級為“基因辭?！薄！拔覀兿Ｍ行居?號’不僅服務(wù)于我國，也能為國外育種單位提供檢測服務(wù)，提升全球油菜育種效率?！?/p>