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民族“芯”动能 —— 首款国产固相育种芯片 “华麦芯65K”重磅发布

近日,我院杂交小麦研究所种子检测研究室(“北京小麦种子检测中心”)牵头,组织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,成功研发国内首款具备完全自主知识产权的高密度固相小麦育种芯片——“华麦芯”普通小麦基因分型65K芯片(简称“华麦芯65K”)。这一突破性成果对提升我国小麦品种创新、知识产权保护和种子质量控制具有重要意义。

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“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%。

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图1 华麦芯65K SNP位点染色体分布图

*本产品SNP位点丰富,完整覆盖普通小麦的21条染色体

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图2 华麦芯65K SNP位点最小等位基因频率(MAF)分布情况

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图3 使用华麦芯65K检测187份审定品种小麦标准样品构建的SNP指纹聚类图

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图4 华麦芯65K检测测试样本的检出率

*测试样本平均检出率为99.13%

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图5 华麦芯65K检测测试样本的复现性

*测试样本平均复现性为99.34%

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图6 华麦芯65K 单个SNP位点在品种鉴定应用中的聚类分型图


“华麦芯65K”具有五个突出优势:一是全自主。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。二是可扩充。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。三是多效用。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。四是低成本。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。五是高效率。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。仅需24个样本即可完成检测,无需凑样。

该芯片的成功研发,有效解决了国外固相芯片技术垄断“卡脖子”问题,实现了我国高密度固相育种芯片从0到1的突破,将为我国小麦育种创新发展提供重要支撑。