廣東
小麥是全球超三分之一人口的主糧，提升其產量與品質對保障世界糧食安全至關重要。4月1日，華大生命科學研究院牽頭建設的基因組多維解析技術全國重點實驗室聯合湘湖實驗室、阿德萊德大學、莫道克大學等來自9個國家34所大學和研究所的科學家，在國際知名學術期刊《自然·遺傳學》（Nature Genetics）發表前瞻性觀點綜述，系統闡述了時空組學技術在小麥研究中的應用潛力與未來方向，為解析小麥的復雜農藝性狀、培育適應氣候變化的優質高產新品種，提供了全新研究范式。這是繼2025年11月國際小麥時空組學聯盟成立以來，該聯盟取得的又一重要成果。
Nature Genetics官網截圖
時空組學技術可在保留組織空間結構信息的前提下，解析基因表達、蛋白分布、代謝物變化的時空特征，突破了傳統組學無法實現細胞與組織水平精準定位的局限，已成為生命科學研究的革命性工具。
該技術在醫學和動物科學領域已實現廣泛應用，在水稻、洋蔥等植物的研究和應用上也取得了一定的突破。鑒于小麥基因組的復雜性、全球氣候變化帶來的多重挑戰以及對精準育種的迫切需求，時空組學技術成為小麥研究領域的重要突破口之一。
時空轉錄組學在小麥中的潛在應用
論文全面梳理了時空組學在植物研究中的應用進展，并針對小麥生長發育、逆境響應等核心問題，提出了完整實驗設計框架。
研究指出，時空組學技術可精準解析小麥穗、籽粒、根、旗葉等關鍵器官的細胞空間圖譜，揭示穗發育、籽粒形成、光合作用、養分吸收等過程的分子調控網絡，為解析小麥抗旱、耐鹽、抗病等逆境響應的細胞特異性機制提供全新視角。例如，在小麥抗旱研究中，研究團隊可通過時空組學技術，明確旗葉保衛細胞、副衛細胞等特化細胞在干旱脅迫下的的基因表達變化，從而挖掘氣孔調控相關的新基因，為抗旱育種提供精準靶點。
為攻克小麥基因組的復雜性帶來的研究難點，論文提出了一系列解決方案：
·整合多組學數據：整合小麥端粒到端粒參考基因組、泛基因組與群體基因組數據，構建覆蓋全生育期的小麥空間分辨單細胞圖譜；
·聯合分析：將時空組學數據與全基因組關聯分析、表達數量性狀位點結合，實現“基因型-表型-基因時空表達”的精準關聯；
·技術融合：融合單細胞多組學與時空組學技術，深入解析小麥亞基因組分化與細胞特異性調控網絡，以期突破傳統基因挖掘的瓶頸。
多組學數據整合解析小麥遺傳改良相關復雜性狀
論文還系統分析了當前小麥時空組學研究面臨的技術挑戰，并提出了相應的解決策略，如借鑒醫學領域的超高分辨率成像技術、開發植物特異性時空組學分析工具、利用人工智能實現時空組學數據的深度解析與建模等。為推動全球小麥時空組學研究的協同發展，研究團隊于去年成立了小麥時空組學聯盟（WSOC），整合全球小麥科研資源，開展跨學科、跨地域的合作研究，共同攻克小麥時空組學技術難題，加速研究成果向育種應用的轉化。
論文強調，時空組學技術與基因編輯、人工智能、精準表型鑒定等前沿技術的融合，將推動小麥育種進入精準設計新時代。科學家可利用AI整合多維度時空組學數據，模擬小麥雜交與選擇過程，提升育種效率；也可以從野生小麥近緣種中挖掘優異基因并加以利用，從而大幅縮短育種周期，提升育種效率。
澳大利亞阿德萊德大學陳仲華教授、基因組多維解析技術全國重點實驗室徐訊研究員、湘湖實驗室徐盛春研究員、澳大利亞阿德萊德大學Scott Boden 副教授、莫道克大學 Rajeev K. Varshney 教授為論文共同通訊作者；湘湖實驗室陶曉園研究員和基因組多維解析技術全國重點實驗室談聰研究員為論文共同第一作者。國內外35家高校和研究所的科學家共同參與了本研究。
該研究得到了浙江省“尖兵領雁+X”研發攻關計劃、中央引導地方科技發展資金、湘湖實驗室重點專項、澳大利亞研究理事會項目、國家科技創新2030、國家重點研發計劃-前沿生物技術專項等科研項目支持。
關于國際小麥時空組學聯盟
國際小麥時空組學研究聯盟（Wheat Spatial-Omics Consortium, WSOC）發起于2025年11月第二屆國際植物時空組學大會，是植物時空組學聯盟（STOC Plant）首個聚焦小麥時空組學研究面向全球開放的跨國協作平臺，目前已匯集了全球20余家科研單位及30余位核心研究人員。聯盟聚焦于整合優勢資源開展小麥大科學研究項目，推動小麥全生命周期多維組學數據的標準化產出、參考細胞時空圖譜的系統構建，和小麥育種大模型的搭建，推動小麥研究由靜態基因組向動態、細胞尺度功能解析躍遷，打通多維組學大數據精準指導小麥育種的關鍵鏈路，助力全球糧食安全與農業可持續發展。
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