新华社海口10月7日电 一粒稻种，从发芽到长出稻穗的整个过程，其内部就像一座庞大且精密的超级工厂，成千上万的细胞，有的负责长根，有的负责结粒……它们需要在正确的时间和位置分工协作。
过去，科研人员难以看清水稻内部的详细运作情况。现在，这一认知盲区被打破。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、武汉大学、中国科学院遗传与发育生物学研究所等12家科研机构，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，为理解水稻生长发育、探索籽粒品质改良提供了新的研究资源。相关论文成果10月6日在线发表于国际学术期刊《细胞》。
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。
据介绍，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。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。
结合研究成果，科研人员还开发了水稻单细胞基础模型，后续可供更有效识别、比较和复用数据，为关键基因挖掘和定向育种探索，提供重要研究线索。
编辑 | 王宇
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