汉产芯片改写水稻育种节奏

    □ 长江日报记者宋涛

    检测费用从800元降至10元，育种周期由十多年压缩至两三年。一枚外形和电子芯片毫无相似之处的生物“芯片”，却给水稻育种带来巨大变革。8月20日，湖北省农科院粮作所水稻研究室，副研究员吴边打开一只普通白色纸盒，里面摆放着3只小巧的塑料试管。试管内装载的，便是针对稻米外观、食味品质40多个关键基因位点进行精准检测的“稻品芯1号”。这项成果填补了优质食味稻米多性状协同改良专用基因芯片的空白。

    “这是我们刚获得国家发明专利授权的‘稻品芯1号’水稻育种液相基因芯片，也是‘稻功芯’系列芯片最新成果。”吴边拿起试管介绍，“它虽然看着不像半导体芯片，但对水稻育种的推动作用，堪比半导体芯片推动电子信息产业发展。”

    ■ 固相升级液相，检测成本降至十分之一

    育种芯片有什么作用？吴边介绍，水稻是我国种植面积最大的主粮作物之一。传统育种需要把秧苗种到田里，等到抽穗、成熟收割后，才能判断品种好坏，周期长、试错成本高。

    省农科院粮作所水稻研究室主任周雷说，如今市场对稻米要求越来越高，想要培育高产、抗病、好看又好吃的品种难度持续加大。传统育种动辄耗时七八年甚至十多年，效率难以跟上产业发展，育种芯片应运而生。

    “稻品芯1号”联合研制方、武汉基诺赛克科技有限公司技术总监王博介绍，育种芯片本质是基因芯片，原理通俗易懂：提取水稻DNA进行检测，对照基因数据库，就能快速摸清样本携带哪些优良特性。简单来讲，种子刚刚发芽，借助芯片就能预判成熟后的表现。育种人员可以提前筛选优良幼苗栽种，原本8—10年的育种工作，现在两三年就能完成。

    “早期育种芯片外观很像电子芯片。”吴边回忆，传统固相芯片以硅片、玻璃片或尼龙膜作为基底，检测探针附着在基底上，存在价格昂贵、方案调整不便的短板。10年前，省农科院水稻学科首席科学家游艾青带领团队开始攻关液相育种芯片。“液相芯片无需固体基底，检测试剂为液态，可一次性完成全部目标基因检测。”吴边举起试管介绍，技术路线革新后，单个样本检测费用从800元降至80元左右。

    2024年，国内首个水稻主效功能基因液相芯片“稻功芯1号”研发成功，并获得国家发明专利授权。这款芯片一次可检测水稻产量、品质、抗病性等273个关键基因位点，检测时长从数天缩短至几个小时。2025—2026年，该成果先后获得中国发明协会发明创业奖一等奖、全国发明展览会金奖、第51届日内瓦国际发明展览会金奖。

    ■ 通用走向专精，精准匹配育种需求

    归田园（武汉）现代农业科技有限责任公司负责人王小峰，自2025年起使用“稻功芯1号”芯片改良水稻种质。他表示：“这款芯片覆盖水稻产量、株型、米质、抗逆性等大部分重要基因，检测精准高效。”使用一年多，成效初步展现，依靠芯片检测，团队快速筛选到一批聚合多个优良基因的水稻种质。

    实践过程中，王小峰提出新诉求：“现在水稻育种日趋精细，针对单一性状改良，能否推出更具针对性的检测方案？”这一想法与研发团队的规划不谋而合。周雷介绍，细化芯片功能，可以减少不必要的检测，进一步降低成本、提升效率。

    从这一思路出发，研发团队挑选和稻米外观、口感相关的40多个关键基因位点，打造“稻品芯1号”，实现品质性状精准检测。“这些基因决定大米粒形、香味、口感等核心特点，稻米好不好吃，一测便知。”吴边说。

    “精简检测范围后，成本进一步下降。”王博介绍，如今单个样本检测成本降至10元以内，检测时长压缩至一两个小时。他算了一笔账：过去检测一份材料需要800元，一年检测数百份就要数十万元；现在单价10元，成本降幅超98%，中小型育种团队也能负担。

    吴边同时透露，面向抗病、耐逆境、高产等场景的专用育种芯片正在研发，未来几年将陆续推出。“我们计划打造‘稻功芯’系列芯片矩阵，降低分子育种技术应用门槛。”

    本版策划/李英波 统筹/贾蓓