深圳特区报讯（记者 闻坤）近日，崖州湾国家实验室联合华大生命科学研究院、华中农业大学、南方科技大学等12家科研机构，分工协作完成的水稻研究成果，在国际学术期刊《细胞》（Cell）在线发表。研究团队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，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。
科研人员以粳稻品种“中花11号”为材料，整合华大生命科学研究院自主研发的时空组学技术、单细胞组学技术、高通量基因测序仪等，建立了涵盖水稻10类器官或组织、61个发育阶段的图谱。其间，科研人员获取了超过85万个高质量细胞核数据，以及超过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。
这些数据将水稻细胞的分子特征与空间位置相互对应，并呈现出不同发育阶段的变化。有了这张“高清地图”，科研人员可以观察到不同细胞如何“打配合”并“拼装”出一株完整水稻。
该项科研突破与人们的餐桌息息相关。例如，大米主要是水稻的胚乳，它决定了米饭的口感和营养。研究发现，看起来浑然一体的胚乳，其内部细胞有着极其精细的“空间分工”，靠近“背部”处富集碳水化合物代谢和淀粉合成相关基因；靠近“腹部”处则更偏向于储藏蛋白合成相关基因。
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此外，同一个关键调控因子，在不同的细胞空间环境里，也发挥着不一样的功能。这意味着，未来科学家想要培育更好吃或更有营养的水稻，可以对照图谱制定更有针对性的空间分区调控策略。
这项成果的背后，是一场跨越26年的科研接力。早在2000年，袁隆平院士就与华大等签署合作协议，拉开了华大水稻基因组研究的序幕，水稻籼稻基因组工作框架图于2002年发表在《科学》（Science）杂志。如今，研究的观察尺度从遗传序列进一步延伸至细胞、空间位置和发育过程。水稻全生命周期时空细胞图谱及相关数据库、模型的发布，为研究者独立挖掘基因功能提供了一条全新思路。研究者可以查看关注的基因在不同组织和发育阶段中的表达情况，再结合实验开展功能验证。这不仅为全球学者提供了宝贵的公共资源，也开拓了植物全生命周期研究的新路径。