我國科研人員成功繪製水稻全生命周期時空細胞圖譜

據新華社報道，一粒稻種，從發芽到長出稻穗的整個過程，其內部就像一座龐大且精密的超級工廠，成千上萬的細胞，有的負責長根，有的負責結粒……它們需要在正確的時間和位置分工協作。

過去，科研人員難以看清水稻內部的詳細運作情況。現在，這一認知盲區被打破。崖州灣國家實驗室聯合華大生命科學研究院、華中農業大學、南方科技大學、武漢大學、中國科學院遺傳與發育生物學研究所等12家科研機構，構建了覆蓋水稻從種子萌發到開花結實全過程的三維時空細胞圖譜，為理解水稻生長發育、探索籽粒品質改良提供了新的研究資源。相關論文成果10月6日在線發表於國際學術期刊《細胞》。

科研人員以粳稻品種「中花11號」為材料，整合華大生命科學研究院自主研發的時空組學技術、單細胞組學技術、高通量基因測序儀等，建立了涵蓋水稻10類器官或組織、61個發育階段的圖譜。其間，科研人員獲取了超過85萬個高質量細胞核數據，以及超過34萬個空間數據單元，註釋出119種細胞類型和133個細胞亞型。

這些數據將水稻細胞的分子特徵與空間位置相互對應，並呈現出不同發育階段的變化。有了這張「高清地圖」，科研人員可以觀察到不同細胞如何「打配合」並「拚裝」出一株完整水稻。

據介紹，該項科研突破與人們的餐桌息息相關。例如，大米主要是水稻的胚乳，它決定了米飯的口感和營養。研究發現，看起來渾然一體的胚乳，其內部細胞有着極其精細的「空間分工」，靠近「背部」處富集碳水化合物代謝和澱粉合成相關基因；靠近「腹部」處則更偏向於儲藏蛋白合成相關基因。此外，同一個關鍵調控因子，在不同的細胞空間環境裏，也發揮着不一樣的功能。這意味着，未來科學家想要培育更好吃或更有營養的水稻，可以對照圖譜制定更有針對性的空間分區調控策略。

結合研究成果，科研人員還開發了水稻單細胞基礎模型，後續可供更有效識別、比較和復用數據，為關鍵基因挖掘和定向育種探索，提供重要研究線索。