中國是一個糧食消費進(jìn)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(zhǔn)解析遺傳信息，實現(xiàn)高效定向改良，加速育種進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)CRISPR-Cas系統(tǒng)的方法對靶基因進(jìn)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(jìn)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(xì)胞屏障，包括細(xì)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(biāo)，葡甘露聚糖被認(rèn)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(xì)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(jìn)一步確定了 DcCslG3b?在不同組織中的亞細(xì)胞定位和表達(dá)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(rèn)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?zhǔn)且环N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(jìn)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(rèn)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(biāo)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(jìn)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(rèn)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(jìn)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(jī)4-8個重復(fù)，下機(jī)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(biāo)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(jì)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(zhǔn)導(dǎo)航。
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【參考文獻(xiàn)】
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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