中國是一個糧食消費進口大國，為解決糧食短缺的壓力，國內(nèi)育種科學(xué)家一直致力于更高產(chǎn)量，更高質(zhì)量的育種研究策略，育種產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迄今為止已經(jīng)逐漸走過了四個階段：馴化育種，遺傳育種、分子育種、設(shè)計育種，同時結(jié)合生命科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，已逐步通過精準解析遺傳信息，實現(xiàn)高效定向改良，加速育種進程。
在測序技術(shù)的不斷發(fā)展中，DNBseq及SURFseq?等國產(chǎn)測序儀的強勢崛起給國內(nèi)育種科學(xué)家提供了多元選擇：DNBseq主要基于DNBSEQ 技術(shù)（DNA納米球測序技術(shù)），結(jié)合聯(lián)合探針錨定聚合（cPAS）技術(shù)實現(xiàn)高通量測序；SURFseq基于“可逆末端終止測序法”技術(shù)路線，突破性推出TB級別桌面測序儀，縮短測序周期。目前，這兩種二代測序技在作物育種中具有廣泛的應(yīng)用，顯著提高育種效率、降低成本，并加速優(yōu)良品種的培育。
SURFseq&DNBSEQ平臺協(xié)助作物領(lǐng)域研究實例
文章題目：Improving Seed Shattering Resistance in Wild O. alta Rice with Mesoporous Silica Nanoparticle Delivery Systems[1]
中文題目：介孔二氧化硅納米粒子遞送系統(tǒng)提高野生稻種子易碎抗性
發(fā)表時間：2024.09
當(dāng)前全球局勢下氣候的劇烈變化及人口進一步增長加劇了對糧食作物需求的增長，在農(nóng)業(yè)中會利用野生稻對栽培水稻進行種質(zhì)改良，這一過程的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是針對種子破碎的問題，種子破碎的物理結(jié)構(gòu)是花梗中的脫落層（AL），其形成受環(huán)境因素和植物激素變化的影響，利用傳統(tǒng)基因工程靶向種子破碎相關(guān)基因的沉默或敲除可以產(chǎn)生種子不破碎的表型，但是難免會對其他表型產(chǎn)生影響，因此本研究開發(fā)了一種利用納米材料介孔二氧化硅納米顆粒（MSNs）改進CRISPR-Cas系統(tǒng)的方法對靶基因進行沉默，這種MSN-siRNA遞送系統(tǒng)可以作為一種靈活可逆的作物性狀改良工具。而其中利用真邁測序平臺SURFseq 5000進行轉(zhuǎn)錄組測序研究了MSN-siRNA遞送系統(tǒng)中各種成分對植物的影響，結(jié)果表明了MSN-siRNA傳遞系統(tǒng)可能通過克服植物細胞屏障，包括細胞壁和膜，有效地傳遞siRNA并誘導(dǎo)特定的生理反應(yīng)。
文章題目：The cellulose synthase-like G3 (CslG3) gene mediates polysaccharide synthesis and drought stress response in Dendrobium catenatum[2]
中文題目：類纖維素合酶G3（CslG3）介導(dǎo)鐵皮石斛多糖合成和干旱脅迫反應(yīng)
發(fā)表時間：2024.07
鐵皮石斛（Dendrobium catenatum）是一種著名的觀賞藥用植物，具有增強免疫力、抗氧化作用，這些效應(yīng)歸因于生物活性次生代謝物的積累，包括多糖、類黃酮、生物堿、萜類化合物等，其中，多糖是鐵皮石斛的主要活性成分，具有增強免疫力、降血糖、抗氧化、抗疲勞和抗腫瘤作用，因此，多糖含量是鐵皮石斛的主要質(zhì)量指標，葡甘露聚糖被認為是鐵皮石斛莖中的主要多糖，甘露糖與葡萄糖的比例不同，導(dǎo)致每種葡甘露聚糖的功能存在較大差異。許多研究表明，CesA?基因調(diào)節(jié)甘露聚糖合成，此外，SUS?可以與 CesA?相互作用，為細胞壁合成提供 UDP-葡萄糖，類纖維素合酶（Csl）基因與 CesA?家族基因具有高度序列相似性，在甘露聚糖的生物合成中起著至關(guān)重要的作用，為了挖掘?qū)е露嗵呛坎町惖墓δ芑颍狙芯炕贒NBSEQ測序平臺，從兩個多糖含量由顯著差異品種的鐵皮石斛轉(zhuǎn)錄組中鑒定了 Csl?基因家族，并研究了它們的物理化學(xué)性質(zhì)和系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，又進一步確定了 DcCslG3b?在不同組織中的亞細胞定位和表達模式，此外，還測試了 DcCslG3b?介導(dǎo)的非生物脅迫反應(yīng)是否有助于孤立葉片的水分流失率。
文章題目：Sequencing and?analysis of?complete chloroplast genomes of?einkorn wheats?Triticum sinskajae and?Triticum monococcum accession k-20970[3]
中文題目：單粒小麥Triticum sinskajae和Triticum monococcum保藏號k-20970葉綠體全基因組測序與分析
發(fā)表時間：2024.01
單粒小麥包含一粒小麥（Triticum monococcum?L.），野生一粒小麥(Triticum boeoticum?Boiss.) 和烏拉爾圖小麥(Triticum urartu)三種二倍體小麥，而辛斯卡婭小麥（Triticum sinskajae）也經(jīng)常被認為是第四種單粒小麥，辛斯卡婭小麥可長到120厘米高，特征為軟質(zhì)的穗殼、較短但更密的穗、較大的小穗和發(fā)育較差的芒，光滑的光澤性穗殼等特征。辛斯卡婭小麥是一種研究較少的植物，很少被納入禾本科族的系統(tǒng)發(fā)育研究中，因此對其核基因組和葉綠體基因組進行測序非常重要，研究其在黑麥屬中的系統(tǒng)發(fā)育位置也非常有意義，然而目前還有不少科研人員認為將辛斯卡婭小麥作為一個獨立物種缺少足夠的證據(jù)，因此本次研究目標是測序并比較辛斯卡婭小麥和一粒小麥，以及野生一粒小麥的葉綠體基因組，以闡明黑麥的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。本研究中基于真邁國產(chǎn)測序平臺Genolab M對辛斯卡婭小麥和一粒小麥，以及野生一粒小麥的葉綠體基因組進行了測序，結(jié)果表明辛斯卡婭小麥可能是由于生殖隔離產(chǎn)生的一種獨立物種，而不是一粒小麥的突變體。
DNBSEQ&SURFseq平臺協(xié)助作物領(lǐng)域測試結(jié)果展示
自10年前DNBSEQ測序技術(shù)的首款國產(chǎn)基因測序儀BGISEQ-500發(fā)布以來，DNBSEQ系列測序平臺已助力發(fā)表超1w+高質(zhì)量文章，建立了國產(chǎn)測序儀的國際口碑，而近兩年來，SURFseq作為國產(chǎn)測序儀的新秀，也以其低成本，通量高及優(yōu)秀的數(shù)據(jù)表現(xiàn)逐漸受到科研人員的認可，以下是北京百邁客生物科技有限公司基于SURFseq測序平臺的測試數(shù)據(jù)結(jié)果展示
| 文庫 | 物種 | 平臺 | 原始產(chǎn)出（G） | 過濾有效率 | useQ30 | Mapped(%) | Unique_mapped | Conversion |
| Trans | 玉米 | NovaX | 8.57 | 94% | 94.53 | 88.1% | — | — |
| SURF | 8.60 | 97% | 95.98 | 89.1% | — |
— |
||
| WGS | 白菜 | NovaX | 87.54 | 95% | 93.92 | 98.6% | — | 91.01% |
| SURF | 92.97 | 96% | 95.47 | 98.8% | — | 91.23% | ||
| Lnc | 銀杏 | NovaX | 21.39 | 94% | 93.95 | 95.18% | — | |
| SURF | 19.86 | 97% | 95.96 | 95.91% | — | |||
| WGBS | 西瓜 | NovaX | 87.54 | 95% | 93.92 | — | 38.84% | 99.58% |
| SURF | 92.97 | 96% | 95.47 | — | 41.31% | 99.61% |
真邁SURFSeq 5000與主流進口測序儀同批樣本測試中數(shù)據(jù)表現(xiàn)
每種文庫類型上機4-8個重復(fù)，下機統(tǒng)計數(shù)據(jù)質(zhì)量與基礎(chǔ)質(zhì)控結(jié)果，可以看出SURFseq 5000測序結(jié)果整體產(chǎn)出數(shù)據(jù)高質(zhì)量數(shù)據(jù)及有效數(shù)據(jù)比例更高，比對率覆蓋度等指標與Nova X plus平臺相比基本持平，數(shù)據(jù)質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
Trans及LncRNA文庫SURFseq 5000及Nova X plus平臺各重復(fù)樣本相關(guān)性統(tǒng)計，整體相關(guān)性在98%以上，數(shù)據(jù)分析結(jié)果與主流平臺結(jié)果一致性較高。
甲基化DMR分析結(jié)果顯示，SURFseq 5000 測序數(shù)據(jù)（Z007及Z008）鑒定DMR數(shù)要多于Nova X plus測序同批數(shù)據(jù)（B921-7及B921-8），且根據(jù)韋恩圖統(tǒng)計結(jié)果來看，SURFseq 5000 測序兩個重復(fù)樣本重合的DMR較Nova X plus測序的兩重復(fù)樣本更多，測序結(jié)果一致性更好。實測數(shù)據(jù)顯示：SURFseq能夠完美復(fù)刻甚至優(yōu)于國際主流平臺的數(shù)據(jù)質(zhì)量。
優(yōu)種計劃啟動!基因科技助力中國糧倉升級
2025年，為了加速國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)作物種質(zhì)培育及推動優(yōu)化國內(nèi)糧食作物產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，北京百邁客生物科技有限公司投放百萬補貼正式啟動【優(yōu)種計劃】! 該計劃將聚焦水稻、小麥、大豆等糧食作物及棉花，油菜等經(jīng)濟作物，基于優(yōu)質(zhì)國產(chǎn)平臺，覆蓋基因組學(xué)、群體研究、轉(zhuǎn)錄表觀組學(xué)等多種科研技術(shù)致力于構(gòu)建國產(chǎn)種質(zhì)資源基因數(shù)據(jù)庫，為培育高產(chǎn)、抗逆、優(yōu)質(zhì)新品種提供精準導(dǎo)航。
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【參考文獻】
1: Liu Z, Zhang J, Cai Y, Wang H, Luo M, Li J, Yu H, Meng X, Cao Y. Improving?Seed Shattering Resistance in Wild <i>O. alta</i> Rice with Mesoporous Silica?Nanoparticle Delivery Systems. Nano Lett. 2024 Sep 25;24(38):11823-11830. doi:10.1021/acs.nanolett.4c02297.
2:Hongyan Hou, Junxia Wu, Yu Zhang, Chenfei Lu, Wu Jiang, Yanghui Shen, Lanying Pan, Qingsong Shao, Aimin Lv,The cellulose synthase-like G3 (CslG3) gene mediates polysaccharide synthesis and drought stress response in Dendrobium catenatum,Scientia Horticulturae,https://doi.org/10.1016/j.scienta.2024.113514.
3:Kuluev, A., Kuluev, B., Mikhaylova, E. et al. Sequencing and analysis of complete chloroplast genomes of einkorn wheats Triticum sinskajae?and Triticum monococcum?accession k-20970. Genet Resour Crop Evol 71, 3347–3360 (2024). https://doi.org/10.1007/s10722-023-01843-x
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