解锁智慧育种，油菜中国“芯”炼成记

本报记者 李迅典

“中芯油1号”芯片 （受访者提供）

日前，由江西省农业科学院牵头，联合华中农业大学、苏州拉索生物芯片科技有限公司（以下简称“拉索生物”）正式发布我国首款甘蓝型油菜20K固相基因芯片——“中芯油1号”。这枚小小的芯片，不处理数据，不运行程序，却能“读出”一株油菜未来的产量潜力、抗病能力、生长活力，不仅打破了国外近20年的基因芯片垄断，更让中国油菜种业从“看天吃饭”的传统育种，迈入“精准导航”的智慧育种时代。近日，《环球时报》记者专访了相关研发人员，听他们讲述这枚“中国芯”背后的故事。

为油菜量身打造基因芯片
提到芯片，人们首先想到的是电脑、手机里的半导体芯片，而“中芯油1号”这枚专门为油菜“量身定制”的基因芯片，与电脑芯片有着本质区别，却同样承载着核心支撑的作用。“两者都是芯片矩阵，但‘内核’完全不同。”江西省农业科学院研究员陈伦林解释道，电脑芯片集成的是晶体管，靠0和1实现功能。“中芯油1号”集成的是油菜基因组上的位点信息，相当于为每个关键基因“做了专属标记”。

“以前只有等到油菜长出来、榨了油，才知道含油量高低，但为什么高、为什么低，背后的基因逻辑我们一无所知。”陈伦林说，“基因芯片让我们看到了育种的底层逻辑：是哪些基因决定了性状，从而实现精准筛选、定向培育。”

作为项目主导单位，江西省农业科学院深耕油菜基因研究十余年，长期持续发掘、积累油菜核心功能基因位点，为芯片研发筑牢了核心数据根基。

据《环球时报》记者了解，“中芯油1号”搭载着1.7万余个全基因组背景标记和1500余个功能位点，几乎涵盖油菜育种研究的绝大多数需求，相当于一本油菜关键基因信息“大辞典”。

江西省农业科学院李书宇博士介绍称：“团队长期扎根油菜基因功能研究，系统收集了与含油量、抗病性、产量等重要性状相关的基因位点。”

华中农业大学国家油菜改良中心的易斌教授团队提供了众多基因点位信息的帮助，进一步丰富了芯片的位点库。最终，团队将过去定位的油菜功能基因、测定的基因组序列，逐一转化为可检测的探针序列。“育种专家过去很难直接应用论文里的抽象结果，有了我们的探针序列，就能通过芯片轻松筛选出高油酸、抗病性强的种质资源。”易斌表示。

如果说江西省农业科学院解决了芯片“装什么”的核心问题，那么拉索生物就攻克了“怎么造”的技术难关。

“我们的核心工作，便是始终贴合项目组的研发构想，把芯片制造出来：包括先进的点制工艺、配套的芯片试剂，还有高精度的检测设备。”拉索生物研发核心人员李智介绍称，“我们提供的制造技术和配套设备，是育种工作者不可或缺的核心工具。”通过联合设计探针、不断打磨芯片工艺，最终实现了芯片的国产化落地。

打破国外垄断，告别“盲猜”育种
“中芯油1号”的发布缓解了我国油菜育种领域长期存在的“卡脖子”困境。此前近20年，固相芯片点制工艺被国外垄断，我国育种工作者只能依赖进口芯片，受制于人。

“以前进口芯片单次检测就要400元，成本太高。”陈伦林坦言，“我们想根据国内实际需求对进口芯片进行升级，根本不可能实现，只能被国外技术‘卡脖子’。”传统育种模式同样低效：靠“一把尺子一杆秤”，属于“盲猜式”育种，只有等油菜长出性状才能检测，还容易受环境影响。

“以前选育一个油菜品种，要在田里摸爬滚打10年；现在有了‘中芯油1号’，结合‘一年五熟’快速育种技术，最快3年就能培育成功。”陈伦林道出了这款国产基因芯片带来的育种变革。

“过去育种主要依赖经验，有很大不确定性，而有了芯片，不用等作物长大就能提前判断性状，还能实现大规模检测。”易斌说，这款芯片具备了“精准识别”优良基因的能力，相当于为育种工作者配备了“放大镜”。

对于育种工作者和油菜产业来说，“中芯油1号”的意义更为深远。
李书宇解释道，一方面，检测成本大幅下降，单次检测只要几十元，72小时快速出结果，让精准育种技术能在全行业普及。另一方面，芯片集成了含油量、抗病性、产量、品质等关键基因信息，育种工作者可以精准筛选优良材料，培育出产量更高、品质更好、抗逆性更强的品种。

拉索生物攻克的点制工艺是打破垄断的关键。“我们是全球第三家、中国第一家且唯一一家能够实现固相芯片技术的生物技术企业。”李智表示，正是因为突破了国外的工艺封锁，实现了芯片制造、试剂、配套设备的全链条国产化，让芯片成本大幅下降。

未来有望服务于全球油菜育种
与国际同类产品相比，“中芯油1号”有着显著优势：单次检测成本仅为进口芯片的1/8左右；搭载的基因点位更贴合国内育种实际需求，检测精准度达到国际先进水平；更具竞争力的是升级灵活性。“国外的固相育种芯片，想要升级就要从头合成所有探针，费钱费时；而我们的微球芯片，只要设计新位点的探针，加入原有的微球池就能完成升级，非常灵活。”李书宇介绍称。

“目前我们对产量等相关的基因点位积累还不够多，未来会循序渐进，积累更多、更准确的基因信息。”陈伦林表示，江西省农业科学院将组织更多油菜科研院所推进2.0版本芯片研发，基因点位扩充到6万个，相当于从“基因辞典”升级为“基因辞海”。“我们希望‘中芯油1号’不仅服务于我国，也能为国外育种单位提供检测服务，提升全球油菜育种效率。”