科技日报记者 王祝华 实习生 刘杨
在7日于海南省三亚市举行的崖州湾“揭榜挂帅”联合攻关成果新闻发布会暨水稻时空组学学术研讨会上，被称为“南繁硅谷第一张生命底图”的水稻最新研究成果发布。据悉，该研究由崖州湾实验室联合海南省种业实验室、华大生命科学研究院等12家科研机构协作完成，首次构建了覆盖水稻从种子萌发到开花结实全过程的三维时空细胞图谱，并整合了基因组、细胞发育阶段与空间转录组信息，为在个体尺度上理解植物发育提供了重要基础。相关论文已于6日在线发表于国际学术期刊《细胞》。
记者了解到，该研究以粳稻品种“中花11”为材料，整合华大自主研发的Stereo-seq时空组学技术、DNBelab C4单细胞建库平台、T7高通量基因测序仪和人工智能分析，并结合高质量T2T基因组，建立了覆盖10类器官或组织、61个发育阶段的图谱。研究团队获取了超85万个高质量细胞核的数据，以及超34万个空间数据单元，注释出119种细胞类型和133个细胞亚型。这张图谱可以理解为一份带有时间和空间位置的生命信息地图，既呈现了不同细胞类型在组织中的分布，也反映了功能基因表达随发育阶段发生的变化。
胚乳是稻米的主要组成部分，决定着米饭的口感与营养。研究团队发现，发育中的胚乳存在极其精细的“空间分工”：背侧周缘胚乳区域更富集淀粉合成等相关基因，腹侧周缘胚乳区域则更偏向储藏蛋白合成相关基因。进一步研究发现，相关基因的突变可以改变淀粉和蛋白在背腹区域的积累格局。这一发现使籽粒营养分配和品质形成的研究，进一步深入到了胚乳的不同空间区域，为探索更精细的品质调控策略提供了科学依据。
研究还发现，关键调控因子OsARF1能够在不同空间和不同发育时期转录表达，从而参与胚乳营养分配等不同的分子调控网络。这为解释“一基因影响多性状”现象提供了全新视角。
据悉，这项成果源于一场跨越26年的科研接力。2000年，袁隆平院士与华大等签署合作协议，启动华大水稻基因组研究；2002年，水稻籼稻基因组工作框架图发表于《科学》。如今，研究的观察尺度已由遗传序列延伸至细胞、空间位置和发育过程。
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