中国农业科学院作物科学研究室农作物分子结构繁育新技术和使用自主创新精英团队与石家庄市博瑞迪生物科技有限责任公司佳選的协同科学研究工作组，专注于高效液相生物芯片的产品研发。历经两年的勤奋，开发设计出密度高的靶向治疗转录组测序-高效液相高端芯片管理体系，在扩散系数、成本费和收益上能够 彻底替代固相集成ic，科研成果相继在《中国农业科学》、《分子育种（Molecular Breeding）》和《植物通讯（Plant Communications）》杂志发表。

　　据了解，与工业生产上的集成电路芯片（集成ic）相相近，生物芯片便是根据微缩技术性，依据分子结构间的非特异相互影响的基本原理，将不持续的解析全过程集成化于硅或夹层玻璃等固相集成ic表层，以保持对体细胞、蛋白、遗传基因以及他微生物成份的精确、迅速、大数据量的检验。在生物分子检验和基因型评定行业，包括密度高的分子标记或探头的生物芯片充分发挥着关键作用，已广泛运用于医药学、分子生物学、细胞生物学和繁育。以往20年以来，密度高的生物芯片关键由俩家跨国企业核心，我国市场的生物芯片均依靠这两个企业做好设计方案、制做和检验，一方面造成 我国动物与植物繁育所需集成ic的定做要求回应周期时间慢、发货时间长、不断的技术服务和服务项目欠缺、成本费昂贵；另一方面，生物芯片做为生物育种至关重要的分子结构无损检测技术，从根源上确定了牧业的科学技术水准和國家的粮食生产安全。因而亟需发展趋势可以取代固相集成ic、更为简洁有效的密度高的分子结构检验办法和技术性。

　　协同科学研究工作组最先从早期产品研发的苞米55K SNP集成ic选择多态性高、缺少率低、性染色体上遍布均衡的20K SNP标识，融合靶向治疗转录组测序基因型检验（Genotyping by Targeted Sequencing, GBTS）技术性，对标识探头开展高效液相捕捉，完成了1K、5K、10K、20K等一系列高效液相集成ic标识的开发设计。运用96份来源于世界各国的苞米自交系和387份繁育新项目发生的里面原材料对高效液相集成ic开展检测，确认了集成ic检验的高宽比可重复性和稳定性（Molecular Breeding 39:37, 2019）。接着，历经技术优化和改善，使单独高效液相集成ic的检验高效率在玉米粒中提升到40K mSNP、260K SNP、912K 单倍型。依据应用领域对标识相对密度的要求，根据操纵测序深度就可以从同一标识集得到从1K 到40K mSNP随意结构域（扩增子）及其就此发展的不一样数目的SNP标识和单倍型（Plant Communications 2: 100230, 2021）。

　　图1 靶向治疗转录组测序-高效液相高端芯片步骤以及改善和提升

　　靶向治疗转录组测序-高效液相高端芯片由2个与众不同但又彼此交叠的工艺管理体系构成：GenoPlexs和GenoBaits，全是在高效液相标准下对靶向治疗精彩片段开展增加、捕捉和检验。GenoPlexs涉及到二轮靶向治疗结构域的指定增加，现阶段，该工艺已能够完成单管系统达到2000对之上特殊引物设计的混和增加。GenoBaits的设计原理是根据总体目标探头与靶向治疗编码序列相辅相成融合开展指定捕捉，对捕捉的靶标编码序列开展过柱、靶标增加、建库和转录组测序，最后得到总体目标SNP的基因型，在资金合理的标准下，能够检验的靶向治疗结构域以及标识数量在玉米粒中还可以做到40K mSNP、260K SNP 和912K单倍型的水准，在检验相对密度和扩散系数上相当于密度高的固相集成ic。

　　与基本转录组测序检验和固相集成ic剖析对比，靶向治疗转录组测序-高效液相高端芯片具备服务平台广适性，不用凭借特殊的价格昂贵机器设备，能够采取各种各样可供使用的转录组测序服务平台。标识订制时沒有起止样本数和标记数量的限定，转录组测序与标记基因型检验可在同一管中进行；应用时沒有一次检验样本数限定；可及时向管理体系中添加新的引物设计或对已经有引物设计开展调节；依据同一套密度高的标识，能够 经过调节测序深度来获取不一样数目的标识。全部检测试剂均建立了本土化，进而大幅度降低了实验试剂成本费，与此同时运用原有的转录组测序机器设备减少了检测仪器的维护保养、管理方法和经营相关的成本费。高效液相高端芯片具备高宽比可重复性和稳定性，有利于将不一样時间、地址和实验室得到的数据开展累积、较为和综合性。与固相集成ic、全基因重转录组测序和随机性的简单化基因组测序等技术性对比，针对网站和支承系统软件的标准很低，不用凭借附加的无损检测技术或高宽比现代化的生物特征精英团队（农业科学研究 53:2983-3004, 2020）。

　　协同科学研究团队还讨论了怎样在高效液相高端芯片的支持下，根据分子结构绿色植物繁育，推动做为我国牧业发展战略的海南南繁牧业的转型发展（农业科学研究 54, 2021）。高效液相高端芯片与当代繁育技术性相结合，将推动南繁牧业从单一的繁育加代向資源引入和点评、繁育挑选、纯净度检验、种源沟通交流和知识产权保护等以外的产业链方式变化，完成从海南省冬繁到周年纪念繁育的变化，将海南省的南繁自然地理和绿色生态优点转换为南繁与繁育相融合的产业链优点，加速繁育进度、提升 繁育高效率，推动牧业发展趋势。要完成“海南省繁育，全国各地检测”，必须搭建包含高效液相高端芯片支撑点下的高效率繁育设备、迅速繁育、转基因水稻和基因编辑技术技术性、双单倍体育种技术性、全基因挑选等以外的综合性繁育管理体系。

　　靶向治疗转录组测序-高效液相高端芯片可替代目前的固相高端芯片和别的中密度高的的分子结构监测系统，广泛运用于生命的进化、遗传图谱搭建、遗传基因定位克隆、标识特性相关性分析、后人评定、遗传基因渐渗、遗传基因累积、种类权维护、产品品质检测、转基因水稻成份/基因编辑技术/共生矿生物检测等行业。协同科学研究工作组以苞米为例子，选用867份来源于全世界不一样种类的苞米自交系，各自运用不一样标识种类开展多元性、人群构造、连锁加盟非均衡衰减系数和全基因相关性分析。科学研究确认，运用mSNP以及单倍型取代固相集成ic中的单一SNP标识可以得到另外的检验高效率（Plant Communications 2: 100230, 2021）。根据靶向治疗转录组测序和mSNP的高效液相高端芯片具备普遍的种群适应能力，能够 适用于全部动物与植物和生物的分子结构检验。现阶段早已在13种关键粮食作物、蔬菜水果及其一部分小动物和微生物菌种中开发设计了根据GBTS的高效液相集成ic50余套，并已在以上行业获得广泛运用。

　　图2 高像素多聚SNP （mSNP） 高效液相集成ic无损检测技术管理体系以及运用

　　参加该协同科学研究的队伍还包含佛山科技进步学校、上海农牧业研究院、新疆省农恳研究院、河北农业和林业研究院、江汉大学和国际玉米小麦改良中心。