巨变来临！国产固相芯片突破技术枷锁，民族种业迎来“芯”纪元

文章来源：35斗微信公众号

固相基因芯片，作为集高通量、高效率、标准化于一体的基因分型技术，在分子育种产业化应用中具有天然优势。这种革命性的技术，通过在微小芯片表面固定数以万计的已知DNA序列探针，能够一次性对大量样本进行基因型分析，极大加速了优良性状的筛选与遗传改良过程。正因如此，它成为了国际种业界创新与进步的加速器，助力多家跨国种业公司跃升为行业内的领航者，塑造了现代农业的格局。

然而，辉煌背后亦有隐忧。由于固相基因芯片制备技术长期为欧美垄断，高昂的成本无疑为我国的育种企业设置了极高的准入门槛，使得众多有潜力的育种企业望而却步。

图：拉索生物自研自产高密度固相基因芯片

尽管部分替代技术的出现，解决了在某些特定应用场景中的需求，但在生产级应用中，固相基因芯片仍是上佳选择。由于其制备技术长期空白，已经成为我国分子育种发展的严重桎梏。

这一困境正悄然迎来转机。

5月10日，拉索生物宣布企业已成功研发并推出我国首款具备完全自主知识产权（涵盖SNP标记、芯片、试剂及扫描仪）的高密度固相育种芯片——“华麦芯”普通小麦基因分型65K芯片(简称“华麦芯65K”)。这张针对普通小麦设计的65K芯片，性能可与顶尖欧美进口芯片媲美，这一突破性成果有望为我国分子育种的高速发展打开新窗口。

01 分子育种“芯片之困”

上世纪90年代，美国昂飞公司利用其独创的原位合成技术，率先开发出世界上第一块固相基因芯片。illumina紧随其后，开发出基于微球工艺的固相基因芯片，两家公司也由此开启了对世界长达20余年的固相基因芯片垄断。

固相基因芯片能够将百万乃至千万数量级用于检测的寡核苷酸探针精准固定于硅片基底，并通过巧妙的探针设计，基于碱基互补配对原则，一次性完成海量位点的遗传信息检测。

以微球芯片构造为例：

图：微球芯片构造示意图

固相基因芯片的技术路径，决定了其在基因序列已知的情况下，能够做到高通量（百万级检测位点）、高效率（72h检测周期）、高准确度（99%以上复现性）以及标准化（重复率高）的基因分型检测，更为重要的是，固相基因芯片在处理大样本量时，成本效益尤为显著。因此，固相基因芯片十分适合规模级、生产级的基因筛选，如生物育种，其高效、准确的特性使其被业界广泛认可，甚至被业内誉为分子育种的“金标准”。

它的出现，很快为欧美带来了一场育种革命。以美国纽勤公司（Neogen）为例，其在2007年以前，主要利用质谱仪进行基因分型，平均每天仅能处理约138,000个基因型。在使用固相基因芯片后，这一数字达到了惊人的200多亿，每年能够检测超200万只动物。纽勤也一跃成为全球顶尖的生物育种服务公司。

图片来源于网络

但在中国，由于芯片的制备技术长期被国外垄断，无本土定价能力，使用成本高企，故难以推广普及。

有研究指出，采用illumina平台芯片进行检测时 ，平均每头猪的检测价格近200元，如果开展大规模基因筛查，企业难以承担相应的育种成本。《2022年中国农业分子育种行业发展白皮书》显示，中国种质资源总量超过52万份，是全球第二大种质资源库，但完成精准鉴定的种质资源比例却不足十分之一，基因检测成本居高不下是造成限制的主要因素。

图片来源：亿欧智库

因此，我国分子育种想要实现规模化、高速化发展，就必须打破固相基因芯片的技术垄断、降低基因分型成本，同时有效破解技术更新与服务支持本土化、供应链受国际环境影响、基因数据外泄等问题。

加速国产高密度固相基因芯片的研制刻不容缓。

02 本土科技企业逆势突围

2018年，美国政府以各种理由对中国加征多轮关税，开启了旷日持久的中美贸易摩擦，供应链安全和产业链现代化议题得到高度关注。

正是在这一年，拉索生物组建起了一支汇集了全球知名芯片研发科学家、生物技术专家的研发团队，向突围高密度固相基因芯片技术“卡脖子”发起了“冲锋”。

图：拉索生物高密度固相基因芯片 效果图

起初，基因芯片的国产化制备在行业内被认为是“不可能完成的研发”，但拉索生物团队在大量调研中发现，得益于国内高端制造业、生物产业等相关产业的快速发展与迭代，如今的产业分工已能够高效应对诸多难题，这给了团队极大的鼓舞和决心。

2020年，苏州拉索生物芯片科技有限公司正式成立，专注于高密度固相基因芯片的研发、生产与商业化。

图：苏州拉索生物芯片科技有限公司

同时，企业与国内外顶尖科研机构、高校与人才开启深度合作，如中科院、南京大学、北京大学深圳研究院、四川大学、山东大学等，合力攻关高密度固相基因芯片技术难题。

功夫不负有心人。2021年，拉索生物宣布企业成功突破固相基因芯片在点位设计、探针设计和产品制备等方面核心技术难题，在被欧美“围猎”的固相基因芯片领域中实现“突围”。国产固相基因芯片的研发成功，标志着固相基因芯片将迎来本土化定价，不再被视为“奢侈品”。其在国内的产业化应用，也将为分子育种的高速发展提供新动力。

图：拉索生物OmniScan高通量基因芯片扫描仪

截至目前，拉索生物已获得13项发明专利授权、2项实用新型专利授权、1张医疗器械注册证，是中国法律体系下，在高密度固相基因芯片生产和研发领域知识产权布局较为完善的公司。能够提供包括芯片、扫描仪、试剂、算法及配套软件在内的一站式固相基因芯片解决方案。

图：拉索生物发明专利证书

未来，拉索生物还将尝试出海业务，助力推动全球基因检测技术的普及化进程，增强“中国智造”在全球生物科技领域的品牌影响力及技术领导力。

03 我国迎来首款自主研发固相育种芯片

华麦芯65K由北京市农林科学院杂交小麦研究所北京小麦种子检测中心联合苏州拉索生物芯片科技有限公司、中国农业大学、西北农林科技大学等单位研发，是我国首款具备完全自主知识产权（涵盖SNP标记、芯片、试剂及扫描仪）的高密度固相小麦育种芯片。经严格测试，各项性能指标均可比肩欧美同等产品。

位点方面，华麦芯65K严格遵照《小麦品种真实性鉴定SNP标记法》（NY/T 4021-2021），囊括真实性鉴定和已知品种高密度指纹数据库构建的所有位点，并整合转基因检测所必需的特定标记物，以及部分与小麦产量、品质、抗病等功能基因或紧密连锁的SNP标记。

以中国春2.1版本为参考，目前包含54993个精选的SNP标记（可根据未来研究重要结果扩充至65K），覆盖196个性状相关标记。SNP位点在A、B、D染色体上分布较均衡，多态性位点占比高达99.1%，具备良好的区分能力和稳定性；单个SNP位点采用15-30个微球重复检测，平均检出率高达99.0%，再现性高达99.5%。

结合国产高密度固相基因芯片制备技术，华麦芯65K具备以下显著优势：

1、全自主：从芯片制备到扫描仪、试剂、配套软件及算法在内的一体化解决方案均可自主实现。主要供应商立足本土，不受国际环境波动影响，确保产品稳定供应。专业的本土技术支持团队提供全程高效服务，确保用户无忧使用。

2、可扩充：可根据需要在原有芯片基础上随时添加新的检测位点，无需重新定制新的芯片，灵活性高、可塑性强。

3、多效用：该芯片集背景筛选、品种鉴定、转基因检测等多用途于一体，可实现一站式全面筛查，大幅提高检测效率，并节约成本。

4、低成本：固相芯片在规模化检测时展现出显著的成本效益。随着样本数量增加，单个样本的检测成本呈下降趋势，经济效益明显。

5、高效率：固相芯片以固态基底上的寡核苷酸探针为基础，无需依赖测序或其他基因分型技术，即可一次性并行检测数十万至数百万个SNP位点，从检测到数据分析，整个过程仅需72小时，且准确率保持在99%以上。同时，仅需24个样本即可完成检测，无需凑样。

芯片可广泛应用于：

✔小麦品种真实性/特异性/一致性辅助检测

✔实质派生品种诊断

✔转基因检测

✔遗传连锁图谱构建与QTL定位

✔全基因组选择育种

✔标记辅助选择育种等

华麦芯65K的研发成功，实现了国产分子育种固相基因芯片从0到1的突破，也预示着国产固相基因芯片技术将能够在更多农作物种类及研究领域展现巨大潜力。未来，拉索生物还将持续聚焦玉米、大豆等主粮作物，以及生猪、肉鸡、奶牛等禽畜育种技术革新，推动我国种业向更高效、更精准、更自主的方向大步迈进。

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关于北京市农林科学院杂交小麦研究所
北京小麦种子检测中心

北京市农林科学院杂交小麦研究所北京小麦种子检测中心，是从事小麦等农作物DNA指纹检测技术研发和应用的专业机构。该中心是农业农村部农作物DNA指纹创新利用重点实验室（部省共建)，首批全国打假维权种子检测机构之一，小麦等农作物种子质量监督抽查检验、国家及各省市小麦区试品种DNA指纹检测牵头机构，以及农作物DNA指纹数据库构建单位。

团队现有骨干成员11名，其中正高级2人、副高级1人、中级5人、初级1人，具有博士学位3人、硕士学位4人。团队承担国家区试标准样品库和北京麦类种质资源库建设，拥有各类种质资源约20000余份；率先制定了小麦真实性、品种纯度等7套小麦品种分子鉴定标准；构建了我国最大的SSR和SNP-DNA指纹数据库，库容达1.3万余份；搭建起农作物规模化SSR、SNP标记分子鉴定平台；开发出wheat 90K SNP固相、5K靶向测序液相SNP芯片、65K SNP固相芯片（首个国产具有完全知识产权的SNP芯片）；建立了集农作物实体库、表型库、分子指纹于一体的综合数据库管理系统；累计为品种管理部门和公安司法等提供技术服务3万余次，为我国小麦种质资源评价、品种选育、品种审定、新品种保护、市场监管和种子认证等提供了重要技术支撑。

关于苏州拉索生物

苏州拉索生物芯片科技有限公司是国内较早实现高密度固相基因芯片技术自主研发、生产和商业化的企业。公司提供包含芯片、扫描设备、试剂、专业算法及配套软件在内的一站式固相基因芯片解决方案，致力于通过国产自主研发和持续创新，推动基因检测技术在更多场景的应用和普及。

团队核心成员毕业于北京大学、清华大学、哥伦比亚大学、上海交通大学等国内外知名学府，并曾在国际一流实验室或研究中心进行深入研修。研发团队成员的专业背景覆盖分子生物学、合成生物学、有机化学、机械工程、机器学习、生物信息等多个学科，形成了一个高度专业且跨学科交融的知识架构。他们在分子诊断、生命科学等领域具有丰富的研发经验，并同时兼具扎实的项目管理能力和实战能力。