小麦是全球超三分之一人口的主粮，提升其产量与品质对保障世界粮食安全至关重要。

4月1日，华大生命科学研究院牵头建设的基因组多维解析技术全国重点实验室联合湘湖实验室、阿德莱德大学、莫道克大学等来自9个国家34所大学和研究所的科学家，在国际知名学术期刊《自然·遗传学》（Nature Genetics）发表前瞻性观点综述，系统阐述了时空组学技术在小麦研究中的应用潜力与未来方向，为解析小麦的复杂农艺性状、培育适应气候变化的优质高产新品种，提供了全新研究范式。这是继2025年11月国际小麦时空组学联盟成立以来，该联盟取得的又一重要成果。

Nature Genetics官网截图

时空组学技术可在保留组织空间结构信息的前提下，解析基因表达、蛋白分布、代谢物变化的时空特征，突破了传统组学无法实现细胞与组织水平精准定位的局限，已成为生命科学研究的革命性工具。

该技术在医学和动物科学领域已实现广泛应用，在水稻、洋葱等植物的研究和应用上也取得了一定的突破。鉴于小麦基因组的复杂性、全球气候变化带来的多重挑战以及对精准育种的迫切需求，时空组学技术成为小麦研究领域的重要突破口之一。

时空转录组学在小麦中的潜在应用

论文全面梳理了时空组学在植物研究中的应用进展，并针对小麦生长发育、逆境响应等核心问题，提出了完整实验设计框架。

研究指出，时空组学技术可精准解析小麦穗、籽粒、根、旗叶等关键器官的细胞空间图谱，揭示穗发育、籽粒形成、光合作用、养分吸收等过程的分子调控网络，为解析小麦抗旱、耐盐、抗病等逆境响应的细胞特异性机制提供全新视角。例如，在小麦抗旱研究中，研究团队可通过时空组学技术，明确旗叶保卫细胞、副卫细胞等特化细胞在干旱胁迫下的的基因表达变化，从而挖掘气孔调控相关的新基因，为抗旱育种提供精准靶点。

为攻克小麦基因组的复杂性带来的研究难点，论文提出了一系列解决方案：

·整合多组学数据：整合小麦端粒到端粒参考基因组、泛基因组与群体基因组数据，构建覆盖全生育期的小麦空间分辨单细胞图谱；

·联合分析：将时空组学数据与全基因组关联分析、表达数量性状位点结合，实现“基因型-表型-基因时空表达”的精准关联；

·技术融合：融合单细胞多组学与时空组学技术，深入解析小麦亚基因组分化与细胞特异性调控网络，以期突破传统基因挖掘的瓶颈。

多组学数据整合解析小麦遗传改良相关复杂性状

论文还系统分析了当前小麦时空组学研究面临的技术挑战，并提出了相应的解决策略，如借鉴医学领域的超高分辨率成像技术、开发植物特异性时空组学分析工具、利用人工智能实现时空组学数据的深度解析与建模等。为推动全球小麦时空组学研究的协同发展，研究团队于去年成立了小麦时空组学联盟（WSOC），整合全球小麦科研资源，开展跨学科、跨地域的合作研究，共同攻克小麦时空组学技术难题，加速研究成果向育种应用的转化。

论文强调，时空组学技术与基因编辑、人工智能、精准表型鉴定等前沿技术的融合，将推动小麦育种进入精准设计新时代。科学家可利用AI整合多维度时空组学数据，模拟小麦杂交与选择过程，提升育种效率；也可以从野生小麦近缘种中挖掘优异基因并加以利用，从而大幅缩短育种周期，提升育种效率。

澳大利亚阿德莱德大学陈仲华教授、基因组多维解析技术全国重点实验室徐讯研究员、湘湖实验室徐盛春研究员、澳大利亚阿德莱德大学Scott Boden 副教授、莫道克大学 Rajeev K. Varshney 教授为论文共同通讯作者；湘湖实验室陶晓园研究员和基因组多维解析技术全国重点实验室谈聪研究员为论文共同第一作者。国内外35家高校和研究所的科学家共同参与了本研究。

该研究得到了浙江省“尖兵领雁+X”研发攻关计划、中央引导地方科技发展资金、湘湖实验室重点专项、澳大利亚研究理事会项目、国家科技创新2030、国家重点研发计划-前沿生物技术专项等科研项目支持。

关于国际小麦时空组学联盟

国际小麦时空组学研究联盟（Wheat Spatial-Omics Consortium, WSOC）发起于2025年11月第二届国际植物时空组学大会，是植物时空组学联盟（STOC Plant）首个聚焦小麦时空组学研究面向全球开放的跨国协作平台，目前已汇集了全球20余家科研单位及30余位核心研究人员。联盟聚焦于整合优势资源开展小麦大科学研究项目，推动小麦全生命周期多维组学数据的标准化产出、参考细胞时空图谱的系统构建，和小麦育种大模型的搭建，推动小麦研究由静态基因组向动态、细胞尺度功能解析跃迁，打通多维组学大数据精准指导小麦育种的关键链路，助力全球粮食安全与农业可持续发展。