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油菜育種變得更“智慧”
2026-05-14 09:41:36來源:科技日報責編:楊蕓菲

  5月,江西的油菜田裏飄著豐收的香。江西省農業科學院的試驗田裏,李書宇研究員正蹲在地頭采集樣本。就在不久前,她所在的團隊聯合華中農業大學、蘇州拉索生物晶片科技有限公司(以下簡稱“拉索生物”),正式發佈了我國首款甘藍型油菜20K固相基因晶片——“中芯油1號”。

  這塊泛著多彩光暈的小方片,打破了國外近20年對固相晶片技術的壟斷。“以前選育一個品種可能要10年,現在縮短至最快3年,單次檢測只要25元,72小時就能出結果。”李書宇向科技日報記者介紹。

  這塊不起眼的晶片背後,是拉索生物一群年輕人持續6年的“死磕”。沒有現成技術,沒有成熟經驗,連可借鑒的文獻都寥寥無幾,他們在一片技術荒原中,硬闖出一條路,讓中國油菜種業從“看天吃飯”的傳統育種,邁入“精準導航”的智慧育種時代。

  突破晶片點制工藝

  在蘇州工業園區的拉索生物實驗室裏,董事長李智拿起一枚晶片,對著光端詳。“你看這上面96個小方塊,每個方塊裏密布著150萬—250萬個微孔,每個微孔要恰好嵌入一個帶著幾十萬條探針的微球。”他説得很輕鬆,但6年前,這個看似簡單的“嵌入”動作,差點讓整個團隊崩潰。

  “那時候,國內外同行都勸我們‘別折騰’。”李智回憶,固相晶片的點制工藝,長期被少數美國公司壟斷,技術封鎖密不透風。沒有供應商、沒有對口人才,甚至連可供借鑒的文獻都找不到。研發負責人許心意記得,團隊最初連微球入孔後的狀態都看不清——前期沒有可用的模型,只能通過人眼判讀來建立模型。“我們全公司上上下下,連續幾週每天盯著熒光掃描圖,分析微孔中微球的狀態。”眼睛看花了,就滴眼藥水接著幹;數據量太大,就分批處理、反復驗證。“那段時間,我們不是在實驗室,就是在去實驗室的路上。”許心意苦笑。

  但真正的“攔路虎”還在後面——微球與微孔的匹配。微球大了進不去,小了卡不穩,受力不均還會影響性能。拉索生物總裁劉超鈞索性自己上手,現場編寫代碼,做力學倣真分析,優化孔徑設計和排列方式。“每一步都是極限挑戰,報廢的微球數以百億計。”李智説。6年間,團隊積累了1600多本實驗記錄本,撰寫了2700多份實驗報告,收集了超1000萬張掃描圖像,但失敗率99.9%,報廢的微球多達800億顆。

  轉機出現在2024年,得益於與中國科學院、南京大學等單位的産學研合作,一批90後、95後科研人員敢想敢幹,終於讓點制工藝從圖紙變成了現實。“以前國外把技術門檻渲染得高不可攀,現在年輕人不信這個邪。”李智笑著説。當客戶最終確認晶片性能完全自主、指標達到國際先進水準時,整個實驗室沸騰了。這項技術的突破,不僅讓“中芯油1號”有了堅實的“骨架”,更讓中國在固相晶片領域有了自己的話語權。

  攻克點位適配難關

  點制工藝解決了晶片怎麼造的問題,但晶片裏裝什麼,才是決定育種效率的關鍵。江西省農業科學院作物研究所研究員陳倫林打了一個比方:“晶片就像一部導航儀,基因點位就是地圖上的坐標。坐標越全、越準,育種才能少走彎路,精準選出好品種。”

  過去15年,江西省農業科學院一直在做一件事——收集油菜的基因點位信息。但這是項“笨功夫”,日積月累攢下的數據,對開發晶片來説仍是“杯水車薪”。“就像你想編一本大辭典,手裏卻只有幾頁單詞表。”陳倫林形容道。2025年,在華中農業大學國家油菜改良中心教授易斌的牽線搭橋下,行業內的頂尖專家開始傾囊相授。易斌團隊率先提供了大量關鍵基因點位信息;緊接著,中國農業科學院油料作物研究所首席科學家華瑋也帶隊支援。一時間,基因點位信息從幾千個暴漲到2萬個。

  “2萬個是什麼概念?幾乎涵蓋了普適研究的所有需求,相當於我們終於有了一本油菜關鍵基因信息‘大辭典’。”陳倫林説。但這本“辭典”要用到晶片上,還需要彌合技術突破與産業化應用之間的差距。為此,團隊與企業建立了高頻溝通機制。“有時候為了一個工藝參數,我們和企業工程師能聊到深夜。”李書宇回憶。

  2025年10月,“中芯油1號”正式面世。這塊小小的晶片上,搭載著17000余個全基因組背景標記和1500余個功能位點。陳倫林評價説,這項成果帶動了我國油菜選育從“傳統育種”向“智慧育種”模式轉型,“以前育种家靠經驗‘看長相’,現在靠晶片‘看基因’,精準度和效率都不可同日而語”。

  站在油菜花田裏,李書宇一邊採集樣本一邊對記者感慨:“‘中芯油1號’只是一個開始。”他透露,2.0版本已經在籌備中,屆時將包含6萬個基因點位,相當於從“辭典”升級為“辭海”。而那塊曾經被國外壟斷的小小晶片,如今正穩穩地安在油菜的“心臟”上,守護著中國人的“油瓶子”。

  解鎖靈活升級密碼

  “以前大家都覺得,固相晶片定制不靈活、升級成本高,這曾是國外企業主導市場時留給行業的普遍印象。”李智手裏拿著一塊升級後的晶片,語氣裏帶著一絲自豪,“但我們偏要打破這個印象,做一款中國人用得起、能升級的晶片。”

  李智介紹,目前固相基因晶片主要分為原位合成晶片和微球晶片兩大類。“國外常用的原位光刻合成技術,要是想升級,就得從頭合成所有探針,相當於重新做一張晶片,又費錢又費時;而我們的微球晶片不一樣,只要設計新位點的探針,加入原有的微球池,就能完成升級,靈活得很。”他説。

  更關鍵的是,微球晶片的檢測單元是物理隔離的——每個微球都獨立佔據一個凹槽,新加入的微球和原有微球互不干擾,不用擔心交叉反應,檢測結果也更精準。

  “從探針設計到微球偶聯、解碼、封裝,我們全做到了國産化,沒有依賴任何國外技術。這樣一來,升級成本就降下來了,能讓更多育種工作者用得上、用得起。”李智説。

  晶片做好了,如何精準解析數據,又是一個難題。“我們自主研發了高精度固相基因晶片掃描設備,掃描又快又準。高通量掃描器還能搭載自動化工作站,實現自動化檢測,大大節省了人力成本。”李智指著旁邊的掃描設備説,“還有配套試劑,都是專門為這個晶片量身定制的,和晶片、掃描器高度相容,能確保檢測流程順暢,結果準確。”

  産品推廣初期,質疑聲一直沒斷過:“你們真能自己做出來?”“是不是用了國外技術?”面對質疑,團隊用數據説話,用驗證回應。李智回憶,當客戶最終確認晶片性能完全自主、指標達到國際先進水準時,那份成就感難以言表。

  2026年中央一號文件明確提出,深入實施種業振興行動,加快選育和推廣突破性品種,推進生物育種産業化。“生物育種”連續第6年寫進中央一號文件,這為團隊的工作注入了更多動力。

  “現在,我們已經形成了覆蓋豬、雞、牛、羊等主要畜禽,以及小麥、玉米、大豆、水稻、油菜等關鍵作物的産品矩陣。”李智語氣堅定,“未來,我們還要繼續深耕,讓國産晶片不僅服務於中國育種,也能為全球生物育種産業提供支撐,讓‘中國芯’照亮更多育種人的路。”

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