亚洲科学家杂志：“植物界的珠穆朗玛峰”，终于实现了“超广角”出片！

来源：市场资讯

（来源：华大智造MGI）

在全球气候波动加剧、粮食安全风险上升的当下，小麦育种正站在一场技术变革的前夜。长期以来，庞大的基因组与复杂的组织构造，让小麦研究步履维艰。时空组学的兴起，终于让科学家们得以“透视”作物内部，在单细胞精度上观察基因表达的时空动态。

7月20日，亚洲科学家杂志（Asian Scientist）发文重点介绍了由植物时空组学联盟（STOC Plant）发起、华大生命科学研究院等机构深度参与的小麦时空组学联盟（WSOC），并采访了组织中的两位领衔科学家澳大利亚默道克大学教授Rajeev Varshney、阿德莱德大学教授陈仲华。该组织致力于通过跨国协作与技术创新，打破传统育种的黑箱，为培育新一代抗逆、高产的“智慧作物”铺平道路。华大智造领先的Stereo-seq时空组学技术，兼具高通量、超高分辨率和成本经济等技术优势，将为实现小麦育种的研究突破提供关键支撑。

以下为原文内容编译：

“时空组学技术能精准揭示植物体内基因开启的时空坐标，为小麦育种等关键过程点亮微观世界的细节。一个全新的小麦时空组学联盟，正全力绘制这幅生命图谱。”

小麦养活了全球逾三分之一的人口，是人类赖以生存的热量与蛋白质核心来源。然而，改良小麦品种历来依赖繁重的田间劳作与基础研究。育种工作者虽能观测到个别小麦品种高产耐旱，却无从知晓究竟是哪些细胞、在哪个组织、于哪个生长阶段主导了这些性状的表达。时空组学正在改写这一局面。

传统转录组学方法存在先天局限。bulk RNA测序虽能读取组织样本的分子图谱，却必须以物理研磨组织为代价，我们由此获知分子的存在，却彻底丢失了其空间定位与细胞来源等信息。而细胞的空间位置至关重要：它在叶片、根系或籽粒中的位置，往往直接决定其功能。

“抗旱性、抗病性、籽粒大小等优良性状，固然可通过常规测序手段鉴定。”默道克大学Rajeev Varshney教授指出，“但仍难以揭示其在组织和细胞层面的精细图景。”

时空组学则能完整保留组织结构，清晰呈现特定基因在植株的哪个部位、哪类细胞、何时被激活。这标志着人们对小麦生命图谱认知维度的跃升——从了解促进小麦品种增产的某些优势基因，进阶到透视驱动增产的细胞类型、发生部位及关键时期。

针对小麦穗发育的时空组学研究，已捕捉到组织结构形成前的分子梯度，为解释为何部分小花能成功结实而另一些败育提供了线索。对小麦籽粒本身的图谱绘制，更揭示了小麦三个亚基因组各自承担了哪些特定基因功能。

庞大基因组，非一室可成

亚基因组的复杂性，也解释了为何小麦研究长期滞后于水稻等多数作物。堪称“植物界的珠穆朗玛峰”的小麦基因组含约170亿个碱基对，规模远超水稻，且为六倍体——单一物种内竟容纳三套完整亚基因组。直至2017年，其参考基因组草图才终告问世。

小麦组织本身亦极难处理：坚硬的细胞壁阻碍精细切片，中央大液泡可占据细胞体积90%。实验成本高昂，数据集更是庞杂。正如澳洲阿德莱德大学陈仲华教授所言，单凭一个实验室——甚至少数几个实验室协作，也难以独立承担此等成本。

这正催生了小麦时空图谱计划（WSOC）的诞生。该联盟于2025年11月启动，隶属更广泛的植物时空组学联盟（STOC Plant），由阿德莱德大学携手华大生命科学研究院、湘湖实验室及默道克大学共同牵头，现已汇聚九个国家逾50家机构。在联盟启动之际，作为继拟南芥、水稻之后的又一大科学项目，WSOC秉持开放包容的原则，未来将面向全球科学界广泛征集合作伙伴。

联盟成员的构成极具多元互补性：部分团队专精基因组组装与生物信息分析；另一些则深耕田间育种，掌握着现代品种中已丢失的抗逆性状宝库——优质小麦种质资源与地方品种。测序技术与将海量图谱转化为育种预测的AI算法，则由其他伙伴提供支持。多方合力之下，WSOC正致力于构建覆盖小麦全生育期（含胁迫条件）的统一标准化时空组学参考图谱，供全球育种工作者共享。

让先进利器触手可及

值得一提的是，Rajeev Varshney教授与华大智造的合作渊源颇深。作为全球农业基因组学领军人物之一，Varshney教授曾在印度国际半干旱地区热带作物研究所（ICRISAT）致力于为亚非主要孤生热带作物建立基因组资源和遗传分析体系，从那时起便接触到华大智造的DNBSEQ™测序技术。对于许多发展中国家而言，以较低成本获得优质测序数据、用于作物改良的能力，对解决农业生产力下降等关键问题至关重要——而华大智造经济高效的测序技术正在为此提供切实支撑。

同样不可或缺的，是将单细胞分辨率引入植物领域的技术突破。华大智造的时空组学Stereo-seq技术作为全球领先的空间组学技术之一，将空间转录组学推向单细胞乃至亚细胞分辨率，可在大面积组织中常规解析单个细胞内千余个基因的表达。依托华大智造自有测序平台开发的时空组学技术，该技术进一步降低了单次实验成本。

华大智造亦承担了许多拓宽技术可及性的“幕后工作”，为植物时空组学联盟（STOC Plant）提供技术支持，并资助亚太地区设备采购项目，让先进的科学利器得以走进更多实验室。

“我们相信，先进的时空组学技术能提供全新的生物学认知维度，助力研究者培育更具抗逆性和可持续性的作物新品种。”华大智造高级副总裁刘心博士表示。

当前，随着粮食需求持续增长，热浪、干旱和新发病害不断威胁小麦产量，而传统育种方法已难以满足育种需求。最终，这种更深入的生物学认知将有助于在全球气候变化背景下保障粮食安全。

2026 年 4 月，由陈教授（Prof. Chen）、Varshney 教授（Prof. Varshney）及另外三位资深学者共同主导的小麦空间组学发展路线图发表于《Nature Genetics》。作者明确指出，当前该领域仍面临多项关键挑战，包括：成像清晰度尚待提升；现有分析工具多针对动物及人类组织，植物适配性不足；预测模型仍高度依赖AI。未来，将空间组学数据与基因编辑和精准表型分析相结合，有望提升小麦育种决策的精准性，大幅缩短新品种培育周期。此外，开放共享的空间组学图谱将使发展中国家没有测序中心支持的国家级小麦育种项目和高校实验室，也能够利用与世界领先科研机构相同的数据资源开展研究。

华大智造坚信，作物改良的未来，正孕育于时空组学、人工智能、基因组学与精准育种的交汇之处。