用一张水稻“时空生命地图”，读懂一粒米的一生

10月16日是世界粮食日。在日常生活中，我们总被提醒：碗里的每一粒米，都来之不易，要好好珍惜。但这份“来之不易”，远不止田间风吹日晒的耕种，更藏在水稻亿万细胞的生长运转之中。过去我们只知道水稻身上有哪些基因，却不知道它们在什么时间、蹲在哪个角落里干活。水稻完整的生长发育细节，始终蒙着一层面纱。

近期，一项重磅的水稻科研成果打破了盲区。该研究由崖州湾国家实验室、华大生命科学研究院等单位主导，，成果已发表于国际顶级学术期刊《细胞》（Cell）。

水稻全生命周期

今天，我们邀请到华大集团董事长、联合创始人汪建，华大集团首席研究员、基因组多维解析技术全国重点实验室主任、论文共同通讯作者徐讯，三亚华大生命科学研究院院长、论文共同通讯作者岳震，三亚华大生命科学研究院专项科学家、论文共同第一作者静一，来和大家聊聊这张图谱背后的故事。

问：在整个研究过程中，团队遇到最大的挑战是什么？是如何解决的？

静一：最大的挑战其实是在数据产出阶段，主要有两点。

一是水稻的生长周期长，在自然环境中种植的样本容易受到病虫害、降雨等因素影响。想要获得覆盖全生命周期、不同组织器官的高质量样本，需要长期精细的田间管理和统筹协调。

二是单细胞技术在植物组织上的适配难题。项目初期，部分组织的数据表现并不理想，需要反复摸索优化。我们整合了华大生命科学研究院各个分院的优势力量，联合攻关，最终用了近两年时间，完成了水稻全生命周期、10种组织器官的高质量数据产出。这也是整个项目最考验耐心、耗时最长的阶段。

面对困难时，我更多想的是问题出在哪里、需要谁的支持、下一步怎么解决。我始终相信，只要凝聚团队的优势和力量，就能逐步攻克难题、推进项目。

回望整个过程，支撑我们走到最后的就是团队持续协作，把一个个具体问题解决掉。这次研究能顺利取得成果，不仅是清晰的研究目标导向，更是每一位合作伙伴的倾力付出。

问：您如何看待“水稻全生命周期时空细胞图谱”这项成果的重要意义？和以往的水稻研究相比，这次最不一样的突破是什么？

岳震：这项成果的重要意义，是把水稻研究从“知道有哪些基因、变异在哪里”，推进到“这些基因在何时、何处、哪些细胞中发挥作用，以及如何共同调控发育”。基因组测序提供了水稻遗传信息的“目录和地图”；重测序结合表型分析，帮助我们发现与性状相关的遗传变异。但仅凭这些信息，还难以解释：同一套基因组，为什么能在不同阶段、不同部位分化出不同的细胞、组织和器官。

以往许多研究采用整体组织取样，不同细胞的信号容易被平均，很多关键细节就被掩盖了；而现在水稻全生命周期时空细胞图谱是把细胞类型、发育阶段、组织位置与基因表达联系起来，让我们能够更精细地判断一个基因何时、何地、在哪类细胞中发挥作用，并进一步解析关键调控因子及其下游网络。

这不只是增加了一份基因表达数据，更提供了观察水稻发育的全新时空坐标系，既能帮助挖掘发育新规律，还有助于理解调控因子为何影响多个性状、寻找更精准的干预窗口，为水稻功能基因研究和精准育种提供系统性资源，推动育种从“找到相关基因”走向“理解其作用场景并定向利用”。

问：从技术实现的角度来看，能完成水稻全生命周期的追踪，其中的关键点是什么？

徐讯：这次能绘制出水稻从种子到种子的全生命图谱，完整追踪水稻整个生长周期，主要得益于测序技术的持续迭代、成本下降、规模化平台建设以及时空组学、单细胞技术的突破。

过去二十年来，测序成本下降数千万倍，使得全生命周期、基因组动态变化解析成为可能。同时，华大国产自主可控的测序设备与规模化平台在这当中起到了关键作用，保障了项目高效、低成本推进。此外，本次研究结合了华大自研的时空组学技术Stereo-seq与单细胞技术，借助自研测序平台的特殊芯片架构，实现单细胞精度分割，从而在细胞维度上观察基因组以及细胞之间的互作情况。

目前我们正联合崖州湾国家实验室、浙江大学、之江实验室等机构，基于水稻的全生命周期组学数据推动构建水稻大模型，让组学成果更好地服务科研与育种，培育出更优质的水稻品种。

问：从2000年启动水稻基因组计划到2002年发表水稻基因组图谱，再到如今画出了水稻的全生命周期时空细胞图谱，您如何看待这对中国水稻研究和华大农业基因组布局的意义？

汪建：华大与水稻的结缘，是在人类基因组计划1%任务完成之后。2000年，我们与袁隆平院士、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员朱立煌合作，启动了水稻基因组计划。2002年，第一张水稻基因组图谱就问世了。这一晃二十多年过去了，如今又有了水稻的全生命周期时空细胞图谱。

第一张水稻基因组图谱发表后，水稻相关的科研论文、专利数量远超小麦、玉米等其他粮食物种，极大推动了整个领域的发展。我也期待，这张全新的“从种子到种子”生命底图，能在育种创新、解析作物生长发育全过程上带来新突破。

对华大而言，本次与合作伙伴的联合攻关推动了植物时空组学方法体系与相关工具的逐步成熟。这种新模式不只适用于水稻，还可以拓展到其他陆生作物、海洋物种。从生命的开始到生命的结束，都可以用这种科研产业一体化的模式来做。

2002年，水稻（籼稻）基因组工作框架图论文以封面文章形式发表于Science

读懂一粒米，既是读懂科研工作者深耕田间与实验室的坚守，也提醒着每一个人珍惜碗中粮食。

小小的稻米，一头连着实验室里精密的测序与科研突破，一头连着广袤田野与亿万国人的饭碗安全。这张时空细胞图谱不仅是写给水稻的“生命档案”，更为精准育种、作物改良提供扎实的科学依据。未来，期待依托这张图谱帮助培育出更高产、更优质的稻种，守护大国粮仓。

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