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育种4.0的开启，高通量技术、智能制造与人工智能赋能现代农业，预示着人类对物种的精准改造将迎来一次壮丽的飞跃。

HSmaster：全自动文库制备系统

高通量样品处理 全自动无人值守 核酸提取、pcr扩增、文库质检全流程 兼容KASP标记，模块化更灵活 Hyper-seq技术加持，低成本建库 自动化基因文库设备说明： 整套自动化设备分为四个模块：

1. 植物样本制备模块：细胞匀浆机 采用深孔板+配套动植物裂解液+高速匀浆机机头，完成样本的破壁匀浆，经过离心完成提取上清液；
2. 核酸提取和 PCR 模块 含功能模块：核酸提取系统（磁珠法、负压膜法）、凝胶电泳系统、低温模块，振荡模块、移液操作系统、封膜机、PCR仪，完成核酸提取和PCR检测；
3. 文库制备模块 含功能模块：自动化定位离心机、凝胶电泳系统、低温模块，振荡模块、移液操作系统、耗材堆栈等；
4. DNA 浓度检测模块 通过全波长光吸收酶标仪检测DNA浓度；

Hyper-seq技术介绍

Hyper-seq 是一种极低成本、高效、灵活、高通量的 DNA 测序文库制备和基因分型方法（海南大学Hyper-seq试剂盒 ）。该技术具有广泛的适用性和可扩展性，同时具有一定的基因区域富集效应。可以根据不同的物种和项目的需求，通过使用不同的 Hyper-seq 引物，灵活地调节标记密度，通过特殊的 PCR 方式，不需要额外酶切和连接接头等，即可实现大量样品同时建库，产出海量基因型大数据，以低成本满足不同物种大规模分型测序的需求，助力实现高效率大数据育种和群体研究。

对比项	芯片技术	常规简化测序（GBS）	Hyper-seq测序
DNA质量要求	一般	极高，需要酶切	低，甚至叶片建库
前期设计	需要前期设计芯片	不用	不用
建库时间	半天	2天	3小时
复杂基因组	成本极高	成本极高	任意调节，超低成本
SNP变异位点	6K-100K	20万	20万以上任意调节
应用范围	少数模式物种	大部分物种	所有物种
成本	20美元以上/样	前期定制较贵，25-60美元/样	3-20美元/样

SNP分型-KASP法

竞争性等位基因特异性聚合酶链式反应(kompetitive allele specific PCR，KASP) 是一种基于单核苷酸多态性(SNP) 的新型基因分型技术，可从基因组水平对SNP和插入缺失多态性(Indel) 进行精准分型，被广泛应用于生命科学研究以及医学领域。其技术原理如下： 第一步：设计好对应的探针与引物，引物一共是三条，两条带有荧光接头的分型上游及一条通用下游。探针一共是四条，两条荧光探针和两条淬灭探针，荧光探针与淬灭探针是互补的，且荧光探针是与特异性上游引物的接头部分序列(tag sequence)一致。 第二步：普通PCR扩增。在第一轮PCR扩增中，等位基因特异引物(3'末端能配对的)就可识别特定等位基因模板，完成等位基因识别，反向通用引物也会结合并完成整个PCR过程，在此阶段，荧光标记的探针仍与其互补的淬灭探针结合，并且不会产生荧光信号。从第2轮PCR扩增开始，产物中出现携带通用标签序列(tag sequence)的模板，这步完成把通用标签序列引入与SNP对应的PCR产物中。随后携带荧光的探针通过与tag互补的DNA链结合而添加到PCR产物中，因此不再与其互补的淬灭探针结合，从而产生荧光信号而被检测到。 第三步：荧光检测和分析。利用荧光信号检测仪或荧光定量PCR仪(配有相应荧光探针的检测通道)进行信号读取，并用软件采集信号判别等位基因类型（如果进行聚类分析，要用到KlusterCaller或SNPviewer软件）。

应用-GS育种

基于Hyper-seq自动化实验室的深度学习GS育种。 全基因组选择（GS）的过程主要分为两个部分，一方面，需要对参考群体的基因型进行测序；另一方面，需要构建GS预测模型，根据参考群体的表型和基因型来估计预测群体的育种值。针对当前全基因组选择技术发展所面临的技术难题，运用自主研究开发的新型基因测序技术与深度学习算法模型，将低成本基因测序技术（Hyper-seq测序技术）与高精度预测模型（LSTM）相结合，实现了利用覆盖全基因组的高密度分子标记进行生物个体性状预测，在节约大量成本的同时提升预测的准确率，达到利用全基因组选择技术进行早代选择的目的。 现有技术问题：

• 基因测序成本高、限制多、实现难度大：传统基因测序技术在设备投入、试剂消耗、操作流程等方面成本较高，且受样本处理、数据产出效率等因素限制，大规模应用存在困难。
• GS模型预测准确率低：基因组选择（Genomic Selection）模型在利用基因标记预测生物体表型时，因标记信息挖掘不充分、模型算法局限等原因，导致预测精度未能满足实际需求。 研究内容与目标：
• 研发成本效益高、灵活自动化测序技术：旨在开发新型测序方法，通过优化流程、提升自动化程度，降低测序成本并增强技术的灵活性，以适应不同场景的应用需求。
• 设计基因组预测误差小、表型组预测精度高的GS模型：针对现有GS模型的不足，优化模型算法或整合多组学数据，提高基因组层面的预测准确性，同时提升对表型组（生物体可观测性状集合）的预测精度。
• 涉及关键要素：
  • SNP标记：单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism）是基因组中常见的遗传变异标记，是GS模型构建的核心数据基础。
  • 表型文件：记录生物体表型性状数据的文件，是GS模型训练和验证的关键输入，其质量直接影响预测效果。

应用-回交育种

低成本和自动化的高通量测序文库制备方法、易于操作的 SNP 发现平台以及用于基因分型的下游数据分析以及用于促进非模式作物基因改良的标记辅助选择——Hyper-seq基因分型技术应用场景广阔。较于其他技术，Hyper-seq基因分型技术具有成本效益最高，物种适应性最强等特点，同时最大限度地减少基于群体的研究的数据浪费。

应用-诱变育种

通过Hyper-seq高通量技术，我们致力于检测诱变引起的植物基因组变异热区。在不同剂量下对植物器官的诱变机理，通过深入研究探索这一过程中基因表达和基因组变异的动态变化。这综合研究不仅有助于揭示诱变对植物遗传特性的影响，同时为开发具有抗逆性的新植物品种提供了关键信息，推动了诱变育种在植物学和遗传学领域的应用前景。

应用-DNA水平溯源检验

1. 兼顾"发现"和"检测"全基因组序列碎片的特点，全球物种多态性基因型数据。
2. 动植物的全基因组扫描测序体系，建立超高速及其精确快速检测系统。
3. 快速比对有害生物DNA数据，达到有害生物快速和最高精度的检测。
4. 在引进链中为农业动植物的进行引进鉴定，危害物种预警等价值保护提供SNP核心的指纹数据。
5. 去中心化的指纹价值算法来定义单个作物唯一识别身份，对链中任意物种进行快速验证，对所有引进动植物和有害动植物进行来源追溯。

GS育种策略介绍

当今处于育种4.0时代背景下，借助信息化和大数据的优势做更深的分析，让表型数据与基因型数据，甚至其他的数据结合起来，对育种的增益才会更大。全基因组选择作为育种4.0时代的新技术，通过构建预测模型，根据基因组估计育种值进行早期个体的预测和选择，从而缩短育种世代间隔，加快育种进程，节约成本，推动现代育种向精准化和高效化方向发展。

全基因组选择（GS）的研究策略

01 样本选择

GS流程包含两个群体，一个是训练群体，需要同时具有表型和基因型信息，估计标记效应值来构建参考模型；另一个是预测群体，只需要基因型信息，通过构建的参考模型得到估计育种值，从而达到预测表型，进行个体选择的目的。训练群体和预测群体的选择有一定的要求，如下：

02 生信分析流程

HSmaster全自动建库系统

HSmaster全自动建库工作站 中析HSmaster是一款基于Hyper-seq技术打造的全自动高通量的测序文库制备系统。系统整合了4个高精度移液模块，并集成了4台PCR模块、酶标仪、抓手模块、堆栈模块、温控模块、振荡模块、离心模块等，打造了无人值守全自动化平台，真正实现从样本核算提取到建库的一步到位。 系统由三台独立的机器串联而成，分别完成核酸提取、PCR体系构建、文库纯化。系统先通过磁珠提取技术来快速、简单、高效的提取DNA。在提取完DNA后进行下游的PCR体系构建以及建库纯化与文库构建。全自动高通量实现核酸提取、PCR体系构建以及建库纯化，是一台全能产品。自主开发可视化软件界面和图形化程序列表，详细的分步骤操作指引，拖拽式实验流程搭建，无需编程，自行设置参数，极大提升用户使用友好度。

序号	模块名称	数量
1	X轴	3
2	Y轴	3
3	单通道1000μL移液模块	1
4	8通道200μL移液模块	2
5	8通道1000μL移液模块	1
6	8通道50μL移液模块	2
7	搬运夹爪	5
8	堆栈模块	2
9	堆栈搬运模块	2
10	离心机	1
11	金属浴	2
12	封膜仪	1
13	96通道PCR	4
14	振荡	3
15	升降磁力架	2
16	标仪	1

产品特点

• 精准高效 多个 SBS 标准版位，上下分层，配合堆栈和夹爪，可支持高达 400 个样品的 DNA 提取以及建库所需的全部耗材，无需手动频繁更换耗材。4 个不同量程的 8 通道移液模块可以快速、精准地进行液体处理工作，有效提升效率。
• 配置灵活 核酸提取、PCR 扩增以及 poolling 纯化分别由三台独立的工作站完成。独立的工作站通过机械臂夹爪以及传送带串联成一个系统。整个系统的扩展性非常强，既可以通过在每台独立的工作站上增加模块的方式提升通量，也可以通过增加工作站的方式提升系统的功能。
• 操作简易 自研可视化软件界面和丰富多样图形化程序列表，详细的分步骤操作指引，轻松完成拖拽式实验流程搭建，无需编程，自行设置参数，极大提升用户使用友好度。
• 安全可靠 集成式全自动化样本制备，减少手工参与，可内置过滤系统和紫外消毒系统，建库实验中有效避免扩增过程中带来的气溶胶污染。软件数据收集和警报系统，大大提升实验的安全性和可靠性。

HSmaster建库流程

参数规格

1. 基本参数

   参数	规格
   尺寸	(长宽高) 3400x890x2140mm
   净重	2.5T
   电源	输入：100V120V/200V240V AC，50/60Hz
   版位数	60
   通信接口	3个USB，1个以太网口
   显示方式	20寸触摸屏

2. 移液精度

   加样量(μL)	变异系数(CV)	允许误差(E)	使用针规格
   1000	≤0.3%	≤1%	1000μL
   150	≤0.5%	≤1.5%	200μL
   25	≤2%	≤4%	50μL

3. 温控模块

   模块	参数
   冷藏模块	温度范围：室温~6℃；温度准确性：不超过±2℃；温度均匀性：不超过±2℃
   振荡孵育模块	温度范围：室温~95℃；温度准确性：不超过±2℃；温度均匀性：不超过±2℃，具有振荡孵育功能

4. 安全防护

   功能	说明
   紫外消毒功能	具备
   过滤功能负压系统	具备
   开门暂停报警系统	具备

文章

Hyper-seq:A novel,effective,and flexible marker-assisted election and genotyping approach IF=32.5 Methodology and application of Hyper-seq technology (Hyper-seq-G, Hyper-seq-FD, and Hyper-seq-INC)