科技日報記者 周思同 王飛

一顆種子要經(jīng)歷些什么，才能成為餐桌上合格的食材？

面對這個問題，人們心中的答案往往是播種與澆灌。但在生物育種技術(shù)不斷發(fā)展的今天，這個看似簡單的問題卻包含著許多科技奧妙。

11月23日，科技日報記者跟隨“高質(zhì)量發(fā)展調(diào)研行”湖南主題采訪活動來到位于長沙岳麓區(qū)的華智生物技術(shù)有限公司（以下簡稱華智生物），現(xiàn)場目睹了生物育種的各種“黑科技”正在加速種質(zhì)創(chuàng)新的步伐。

小芯片破解基因大奧秘

生物育種的第一步，要從基因開始。

“我們一般會首先對各個物種的基因進(jìn)行測序，篩選其中的優(yōu)質(zhì)基因并進(jìn)行應(yīng)用。比如針對農(nóng)作物的種子，我們要從中選取能讓種出來的作物粒大、株高、少生病的基因，將之組合起來，從而選育出我們想要的多基因多優(yōu)質(zhì)表型組合的個體。”

華智生物分子育種技術(shù)智創(chuàng)中心研究員李樂介紹，過去由于技術(shù)所限，測序選育的過程十分緩慢。而今，在新型技術(shù)的幫助下，這一過程的效率大大提升。其中，利用基因芯片輔助基因分型便是最具代表性的例子之一。

“基因型分型工作需要通過綜合表現(xiàn)評估。以牛為例，它體內(nèi)可能包含8—10萬個基因，如此龐大的數(shù)量下想要完成分型，就需要將生物的探針堿基用光刻機(jī)刻在硅晶板上，制成‘芯片’，以此達(dá)成快速、精準(zhǔn)的篩選。”李樂介紹。

在華智生物的研發(fā)實驗室內(nèi)，記者看到了一塊傳統(tǒng)的固相芯片：它看上去只有巴掌大，但其中卻包含了數(shù)萬個探針，一次便能檢測五到六萬個位點。

李樂介紹，固相芯片工藝精密高深，價格一度居高不下。為更好地應(yīng)對育種科研單位及企業(yè)的需求，我國近年來投入了大量研發(fā)資源，在傳統(tǒng)固相芯片的基礎(chǔ)上，開發(fā)了多層擴(kuò)充和靶向捕獲兩項技術(shù)。由于這兩項技術(shù)可在液體環(huán)境下實現(xiàn)，mGPS、cGPS液相芯片便應(yīng)運(yùn)而生。

“與傳統(tǒng)固相芯片相比，液相芯片的數(shù)據(jù)一致性可達(dá)到99.5%，而價格只有前者的40%—50%，甚至更低。”李樂表示，目前，我國已開發(fā)了140余款液相芯片，布局了60余個物種，實現(xiàn)了技術(shù)工藝國產(chǎn)化，為廣大育種家和科研工作者提供用得好、用得起、精準(zhǔn)高效的基因型分型服務(wù)。

自動化構(gòu)筑種子存儲“魔力盒”

要得到好品種，不僅要能選，還要能儲藏。

在華智生物展示區(qū)，一個自動化、信息化的智能種質(zhì)休眠艙十分引人注目。操作人員只需要在屏幕上輕輕點擊，便可對庫內(nèi)各項數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)控，其還具備貨架管理、種質(zhì)管理、設(shè)備管理等功能。

據(jù)了解，種質(zhì)休眠艙適合各種農(nóng)作物種子的中長期貯藏，目的是建立種子庫，保護(hù)種質(zhì)資源，穩(wěn)步推進(jìn)種子管理和研發(fā)選育工作。

華智生物智造技術(shù)負(fù)責(zé)人張淑君介紹，這個智能種質(zhì)休眠艙長11.5米，寬3米，高3.6米，存放有234個存放單位，能對種子進(jìn)行自動化、智能化、社會化存儲。“通過無人作業(yè)、集中存儲、智能管理的方式，這個種質(zhì)休眠艙能夠?qū)崿F(xiàn)多類作物種質(zhì)資源存儲，以水稻類型種質(zhì)100g為例，可以同時存放4萬份，能耗降低3/4。”張淑君說。

相較傳統(tǒng)種質(zhì)資源庫，該種質(zhì)休眠艙仿佛一個巨大的“魔力盒”，通過智能管理系統(tǒng)進(jìn)行高效檢索和信息溯源，大幅提升種質(zhì)及生物樣本的存儲質(zhì)量、效率及安全。張淑君表示：“它的空間利用率提升1倍；自動化存儲操作過程零失誤，存取效率提升2倍；全流程信息數(shù)據(jù)化，數(shù)據(jù)完成率100%。”目前，智能種質(zhì)休眠艙已在海南、云南等地投入使用，并進(jìn)行持續(xù)迭代升級。

華智生物技術(shù)有限公司副總裁王朝暉表示，華智生物始終堅持創(chuàng)新驅(qū)動，打造AI賦能的生物技術(shù)+數(shù)據(jù)技術(shù)融合技術(shù)路線，助推種業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展。