从“看瓜”到“看芯”，他们为西瓜精准育种装上“中国芯”

近日，一项令中国西瓜育种界振奋的研究成果在国际园艺学领域权威期刊《Horticulture Research》上在线发表。由江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所（简称淮阴所）孙玉东团队与北京大学现代农业研究院/潍坊现代农业山东省实验室张兴平团队合作研发的全球首款西瓜40K育种芯片正式问世。

这款芯片不仅仅是技术升级，更像是一场从“开盲盒”到“按图索骥”的育种革命。它意味着中国西瓜种业拥有了自主、可控的核心技术工具，可以从根本上改变过去依赖经验和“洋种子”的被动局面。作为这项研究的共同第一作者，淮阴所助理研究员程瑞向现代快报记者讲述了这款“中国芯”诞生背后的故事。

打造育种工具

让数据真正“落地”到育种田里

“这个想法其实是‘基础研究水到渠成’和‘育种需求倒逼’双向奔赴的结果，并不是一拍脑袋的突发奇想。”程瑞开门见山。

故事要从2022年说起。那一年，以淮阴所自主选育的优异西瓜自交系G42为核心材料，北京大学现代农业研究院主导组装出了世界上第一个小果型西瓜完整基因组图谱。2024年，淮阴所再次参与其主导的西瓜超级泛基因组图谱构建，将西瓜属7个物种、上百份代表性种质的基因组信息全面解析了一遍，“光结构变异（SV）就发现了几十万个。”

“基因组搞定了，数据量也有了，我们就一直在思考：这些发表在高水平期刊上的基因组数据，怎么才能真正‘落地’到育种田里？如何实现将野生种的抗病抗逆遗传位点高效导入现代好吃的栽培西瓜中呢？”常年在育种一线的程瑞，细数西瓜育种的痛点：传统育种靠“看瓜选瓜、凭经验”，周期太长；现有的分子标记太少，覆盖度不够，很多重要性状抓不住；野生资源利用不足，野生西瓜里有很多抗病、耐逆的好基因，但想把这些优良性状导入栽培品种，就像“大海捞针”，效率极低。

“论文发表了不是终点，育种家用得上、能实实在在提高育种效率，才是我们做农业科研的初心。”程瑞告诉记者。

2024年超级泛基因组研究成果发表后，两家团队便紧锣密鼓地启动了芯片研发。“整个过程更像是‘把论文写在大地上’的一次实践——从解析基因组奥秘，到打造育种工具，最终目的都是为了让西瓜育种更快、更准。”

集装箱里写代码

三年攻关“没有容易的时刻”

从数据到芯片，从论文到工具，这项研究持续了近三年。

“最艰难的时刻……其实没有容易的时刻。”程瑞坦言，“最轻松的时候就是芯片得到验证、成果发布出来的那一刻吧。其实后面我们还在升级，科研是没有止境的。”

说到研发过程，程瑞分享了一个科研人的“一根筋”故事。

“位点设计那会儿，因为团队育种需要，我在海南南繁。那年江苏省南繁中心正好在修整，为了方便下田，我们就租了一个集装箱放在田头。晚上，我就在集装箱里用手机开着‘热点’，整宿整宿地写代码、一遍一遍调参数、一轮一轮地设计位点。”

最难的不是找变异，而是很多结构变异位点设计不出有效的检测探针。团队从“全覆盖”调整为“高覆盖+高成功率”，每一轮都在反复磨合。“在张兴平老师等前辈的指导和带领下，我们关关难过关关过。”

响应消费者的喜好

西瓜育种不再“开盲盒”

对一线育种单位来说，西瓜40K育种芯片的价值不只是技术领先，更是育种范式的革命。

“最‘头疼’的问题是经费有限。”程瑞直言，“目前西瓜育种还有几个顽疾——枯萎病、蔓枯病、病毒病，还有跟品质相关的裂果、水浸瓤等问题，这些都是复杂性状，不好选。”

传统育种之所以进展缓慢，程瑞归结为三个难点：基因的“连锁累赘”——引入抗病基因时常带来不良性状的“连体婴”；复杂性状难以捉摸——抗病性、糖度等多基因控制的性状如同“黑箱”摸索；基因资源“家底不清”——不知道野生种里有什么“宝贝”，更不知道怎么“搬”回来。

而这款芯片的出现，让局面开始改变。“它就像一台CT机，可以给西瓜做全身扫描。”程瑞打了个比方，“以前西瓜育种就像开盲盒，现在我们有了它就可以精准靶入，甚至未来，育种芯片能让消费者和育种者直接沟通。比如消费者反映‘现在西瓜太大吃不完’‘我想要更脆的瓤口’，育种者就能利用芯片，在基因层面快速筛选符合这些需求的组合，像搭积木一样‘定制’新品种，快速响应消费者的喜好。”

不过，程瑞也坦言从消费者需求到基因筛选还有很长的验证路，但芯片至少让这个“对话”第一次有了技术接口。

既懂田间又懂代码

年轻一代育种家“在路上”

从解析基因组奥秘，到打造育种工具，最终目的都是为了让西瓜育种更快、更准，让好品种能更早走到老百姓的瓜田里。对于芯片的应用前景，程瑞有着清晰的规划。

“未来在育种中，我们的背景筛选、目标性状选择都离不开这款芯片工具。”程瑞和团队的育种目标非常明确——一方面围绕现有品种进行迭代升级，另一方面围绕产业痛点开展突破性育种应用。

程瑞透露了具体目标：“未来三年，我们计划用这款芯片完成至少2个核心亲本的‘抗病+品质’双升级，推出新一代‘苏梦’系列西瓜品种；五年内，力争将野生种质利用周期从现在的6-7代缩短到3-4代，让一个突破性品种的培育时间从10年压缩到5年左右。”

但他也清醒地认识到挑战：“从‘实验室能用’到‘育种家大规模用起来’，中间还有一段路要走。”成本问题、懂数据分析又懂育种的复合型人才匮乏、大部分西瓜基因功能未知，都是需要跨越的门槛。

“我们正在尝试老育种家带数据员的配对模式，让有经验的老育种家根据芯片检测报告做决策，同时培养既懂田间又懂代码的年轻一代育种家。”程瑞说，“我们已经在路上。”

现代快报/现代+记者 李鸣

（受访者供图）