在“2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要”聚焦生物育種的政策東風(fēng)下，育種技術(shù)正朝著高精度、高通量、多組學(xué)融合的方向加速升級(jí)。安捷倫整合代謝組學(xué)、元素分析、細(xì)胞成像、核酸分析等核心技術(shù)，打造覆蓋生物育種核心流程的多組學(xué)解決方案。

圖 1. 安捷倫多組學(xué)綜合解決方案

細(xì)胞作為性狀表達(dá)的基本單元，其代謝狀態(tài)、表型特征、功能差異直接決定育種方向。安捷倫整合實(shí)時(shí)細(xì)胞代謝分析、細(xì)胞成像、流式細(xì)胞術(shù)、微孔板檢測(cè)等核心技術(shù)，打造覆蓋全鏈條細(xì)胞分析解決方案，加速優(yōu)質(zhì)品種培育進(jìn)程。

圖 2. 安捷倫細(xì)胞分析整體解決方案

一、實(shí)時(shí)細(xì)胞代謝分析：Seahorse 解鎖能量代謝密碼，預(yù)判育種潛力

作物抗逆性、畜禽產(chǎn)仔性能、種子萌發(fā)率等關(guān)鍵性狀，本質(zhì)上與細(xì)胞能量代謝密切相關(guān)。安捷倫 Seahorse 實(shí)時(shí)細(xì)胞代謝分析儀通過(guò)檢測(cè)氧消耗速率（OCR）和胞外酸化速率（ECAR），實(shí)時(shí)量化線(xiàn)粒體呼吸與糖酵解活性，為育種篩選提供 “能量維度” 的精準(zhǔn)依據(jù)。

在一項(xiàng)對(duì)模式植物擬南芥的生長(zhǎng)代謝研究中^[1]，發(fā)現(xiàn)琥珀酸脫氫酶裝配因子 2（SDHAF2）的缺失會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)粒體復(fù)合物 II 活性下降，根伸長(zhǎng)受阻，明確其對(duì)植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵作用；在砷脅迫實(shí)驗(yàn)中，谷氧還蛋白 S15 突變體的 OCR 顯著降低，證實(shí)其通過(guò)調(diào)控線(xiàn)粒體 Fe-S 簇轉(zhuǎn)移影響砷耐受性，為抗逆品種篩選提供代謝靶點(diǎn)。Seahorse 實(shí)時(shí)細(xì)胞代謝分析儀通過(guò)檢測(cè)氧消耗速率（OCR），量化了擬南芥根尖細(xì)胞的線(xiàn)粒體呼吸活性。

圖 3. SDHAF2 缺失突變體根尖細(xì)胞的線(xiàn)粒體呼吸活性檢測(cè)（OCR 分析）

實(shí)時(shí)細(xì)胞代謝分析在動(dòng)物育種研究中也起到重要作。如一項(xiàng)母豬產(chǎn)仔數(shù)關(guān)聯(lián)分析中^[2]，通過(guò)對(duì) 807 頭母豬的線(xiàn)粒體單倍型與代謝特征進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)單倍型對(duì)應(yīng)的細(xì)胞線(xiàn)粒體呼吸活性更高，證實(shí)線(xiàn)粒體單倍型可作為產(chǎn)仔性能選育的候選標(biāo)記，提前預(yù)判育種潛力。

圖 4. 具有不同線(xiàn)粒體單倍型的豬耳原代成纖維細(xì)胞（左圖）和胞質(zhì)雜種（右圖）的 OCR 水平

二、細(xì)胞成像：Cytation 可視化表型差異，精準(zhǔn)篩選優(yōu)良個(gè)體

傳統(tǒng)育種表型篩選依賴(lài)肉眼觀察和經(jīng)驗(yàn)判斷，主觀性強(qiáng)、效率低下。安捷倫 Cytation 系列細(xì)胞成像系統(tǒng)整合共聚焦、正倒置熒光、明場(chǎng)等 7 種成像模式，實(shí)現(xiàn)從細(xì)胞到組織的全方位可視化，讓表型差異 “數(shù)據(jù)化” 呈現(xiàn)。該平臺(tái)已經(jīng)積累了豐富的植物/動(dòng)物成像方案，如考種、根分生組織蛋白表達(dá)、根部鈣離子檢測(cè)、維管束縱切面、原生質(zhì)體蛋白/蛋白互作等。

在一項(xiàng)驗(yàn)證水稻雄性育性研究中^[3]，利用 Cytation 對(duì)水稻花粉進(jìn)行多維度染色成像，清晰觀察花粉外壁完整性、內(nèi)壁結(jié)構(gòu)、細(xì)胞核形態(tài)及 ROS 分布，驗(yàn)證了黃酮類(lèi)化合物對(duì)雄性可育的不可或缺性，快速淘汰育性缺陷株系。

圖 5. 水稻野生型 WT1 與 oschs1 純合突變體的花粉染色成像表型

在一項(xiàng)排卵機(jī)制研究中^[4]，利用 Cytation 實(shí)時(shí)記錄卵泡排卵過(guò)程，提出 “壁顆粒細(xì)胞層硬化” 新概念，清晰觀察到硬化的顆粒層可防止排卵后細(xì)胞逃逸，為優(yōu)化畜禽繁殖性能育種提供細(xì)胞學(xué)依據(jù)。

圖 6. 野生型（左圖）和突變體（右圖）的卵泡排卵過(guò)程

三、流式細(xì)胞術(shù)：NovoCyte 高通量分選，精準(zhǔn)鎖定目標(biāo)細(xì)胞

在基因編輯篩選、倍體鑒定、細(xì)胞功能驗(yàn)證等場(chǎng)景中，流式細(xì)胞術(shù)的高通量?jī)?yōu)勢(shì)不可或缺。安捷倫 NovoCyte 系列流式細(xì)胞儀以多激光、多色檢測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞層面的快速分析，覆蓋植物、動(dòng)物育種核心需求。

流式細(xì)胞儀的常見(jiàn)應(yīng)用場(chǎng)景是倍體的快速鑒定。如流式細(xì)胞術(shù)可在幾分鐘內(nèi)區(qū)分二倍體與四倍體連翹^[5]，通過(guò)熒光強(qiáng)度峰值差異直接判定倍性，適合大規(guī)模雜交后代篩選，避免倍性混雜導(dǎo)致的育種失敗。

圖 7. 二倍體和四倍體連翹流式鑒定

在動(dòng)物育種場(chǎng)景中，流式方法學(xué)可以用于評(píng)估精子質(zhì)量。如在在公羊育種研究中^[6]，通過(guò)熒光染料染色結(jié)合流式檢測(cè)，同時(shí)分析精子質(zhì)膜完整性、頂體狀態(tài)、線(xiàn)粒體膜電位和 DNA 損傷程度，全面評(píng)估精子質(zhì)量，將人工授精成功率提升 30% 以上。

圖 8. 質(zhì)膜和頂體完整性及線(xiàn)粒體膜電位檢測(cè)

四、微孔板檢測(cè)：Synergy 高通量生化分析，加速性狀篩選

育種過(guò)程中，抗逆酶活性、內(nèi)源激素含量、抗體水平等生化指標(biāo)是性狀篩選的核心依據(jù)。安捷倫 Synergy 系列多功能微孔板檢測(cè)系統(tǒng)支持吸收光、熒光、發(fā)光等多種檢測(cè)模式，實(shí)現(xiàn)高通量定量分析，大幅提升篩選效率。

在一項(xiàng)對(duì)紅麻耐鎘品種篩選的研究中^[7]，利用 Synergy H1 檢測(cè)幼苗 SOD、POD、CAT 三種抗氧化酶活性，發(fā)現(xiàn) NH₄⁺-N 處理組的酶活性顯著高于其他氮源處理，從而明確該氮源可增強(qiáng)紅麻耐鎘能力，為耐重金屬品種培育提供快速篩選方法。

圖 9. 氮素對(duì)鎘脅迫下紅麻葉片中 SOD、POD、CAT 活性及脯氨酸含量的影響

在一項(xiàng)解析芷江鴨脂肪代謝的研究中^[8]，通過(guò) Synergy 2 配合 ELISA 試劑盒，檢測(cè)血清中胰島素樣生長(zhǎng)因子 1（IGF-1）和胰島素樣生長(zhǎng)因子 2（IGF-2）濃度，發(fā)現(xiàn)膽汁酸可通過(guò)上調(diào)這兩種因子的表達(dá)，促進(jìn)脂肪代謝與骨骼肌發(fā)育，為優(yōu)質(zhì)肉鴨品種選育提供生化依據(jù)。

圖 10. 不同飲食處理下鴨子的骨骼肌發(fā)育指標(biāo)

結(jié)語(yǔ)

從作物抗逆與營(yíng)養(yǎng)改良，到畜禽品質(zhì)提升，安捷倫細(xì)胞分析技術(shù)以 “精準(zhǔn)量化、高通量篩選、全場(chǎng)景適配” 的核心優(yōu)勢(shì)，成為生物育種的 “效率加速器”。未來(lái)，安捷倫將持續(xù)深化多組學(xué)整合創(chuàng)新，用更先進(jìn)的細(xì)胞分析技術(shù)，助力育種家攻克核心難點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] https://doi.org/10.1111/tpj.12041

[2] https://doi.org/10.3389/fgene.2020.579382

[3] https://doi.org/10.1093/jxb/eraa204

[4] https://doi.org/10.1002/advs.202403640

[5] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37562202

[6] https://www.mdpi.com/2076-2615/13/7/1200

[7] https://doi.org/10.3390/plants12234067

[8] https://doi.org/10.1016/j.psj.2025.105319

標(biāo)簽：安捷倫