农业科研新引擎：10x Genomics Visium空间转录组技术，让基因表达可视化

2025年中国科协在农业科技领域提出了多项亟需攻克的前沿科学与工程技术问题，涵盖：

● 揭示作物产量、品质及抗逆性的遗传与分子调控机制

● 解析畜禽、水产等物种的免疫调控与生长发育过程

● 精准定位作物与动物在胁迫或疾病状态下的关键分子靶点

要有效解决上述问题与挑战，需要我们从分子，生理，遗传，发育等各个环节对动植物的生长发育，免疫调控，疾病对抗等角度进行深入的研究。高通量组学技术的发展与单细胞测序技术的出现，为我们理解动植物遗传与分子特征和细胞组成提供了高效手段。但是，在理解植物，动物体的三维立体组成，不同细胞在特定空间位置的功能作用，细胞间互作等方面亟需新的技术手段来实现。

空间转录组技术的出现，让我们得以在保持组织结构完整的前提下，对基因表达实现原位解析，将动植物组织从二维照片升级为分子地图。从植物根系的发育，到家畜免疫系统的建构；从水稻干旱胁迫响应，到鸡胚发育和脂肪代谢调控，空间转录组的潜力远不止田间地头，更走进了养殖场、牧场和实验农场当中。

在现有众多空间组学技术中，10x Genomics Visium HD 3’技术凭借2 μm的亚细胞级分辨率与全覆盖阵列设计，能够为农业相关物种构建高精度的分子空间地图。Visium HD 3’不仅为农业基础研究提供了强有力的精准工具，更为分子育种、动物健康管理、疫病防控及资源高效利用奠定了坚实的空间分子基础。

Visium HD 3'技术优势概述：追求分辨率的空间显微镜

01 采用3'polyA捕获策略，兼容多种类型样本

02 搭载超高密度阵列设计，每个捕获单位为2μm，达到亚细胞分辨率

03 适合研究组织微区、细胞异质性、信号通路精细分布等复杂问题

04 极大提升空间聚类、表达模块识别、空间图谱重构的精度和深度

实测样本类型

在实际项目开展过程中，我们已完成多个新鲜组织类型的空间转录组实验，涵盖多种模式动物与多器官系统，体现平台良好的组织适应性与数据稳定性。当前已完成的代表性样本物种包括：

盲蛇、山羊、猪、鸡、大鼠、斑马鱼、家蚕

这些研究将为后续农业、兽医、进化等研究领域的空间组学研究提供了宝贵的参考经验。

文献案例

在实际应用中，Visium空间转录组技术已被多个前沿科研团队广泛采用，助力揭示农业相关物种的复杂生物学过程。以下为近期几项代表性高水平研究，展示了空间转录组技术在作物发育机制解析中的具体应用和成果：

文献案例一：

文章名称：具有空间分辨率的大豆发育多组学单细胞图谱

期刊名称：Cell

IF：42.5

发表日期：2024年12月31日

DOI：10.1016/j.cell.2023.12.021

本文结合单细胞核RNA测序（snRNA-seq）与Visium空间转录组技术，系统解析了大豆在胚胎发育各阶段的空间细胞图谱与基因调控网络。研究团队共分析了球形胚、心形胚、棱形胚、成熟胚等多个关键发育阶段的组织样本，构建了高分辨率的空间基因表达图谱。通过对细胞类型空间定位、发育轨迹重建及基因调控网络的分析，揭示了大豆胚胎中器官起始、细胞分化与营养储存等关键生物学过程的空间调控机制。该研究为豆类作物的发育研究和精准育种提供了重要资源和理论基础。

文献案例二：

文章名称：通过单核与空间转录组揭示家蚕终龄幼虫丝腺的结构特征

期刊名称：Cell Reports

IF：9.6（2023年影响因子）

发表日期：2023年11月9日

DOI：10.1038/s41467-023-42632-w

本研究聚焦于家蚕（Bombyx mori）终龄幼虫的丝腺（silk gland），利用单核转录组测序（snRNA-seq）与Visium空间转录组技术，系统描绘了丝腺的细胞组成与空间结构特征，构建出首个具有空间分辨率的昆虫腺体多组学图谱。研究共鉴定出10种主要细胞类型，涵盖丝腺前中后三段的功能区域，并基于空间转录图谱精确定位这些细胞的分布格局。通过对关键转录因子表达模式的分析，作者发现丝腺不同区段在丝蛋白合成、分泌运输及腺体发育方面呈现显著的区域功能特异性。同时，研究还识别出多个与细胞极性、腺体分化及分泌通路密切相关的调控网络。这一成果不仅从分子层面揭示了家蚕丝腺复杂精细的功能结构，还为未来在蚕丝产量改良、人工丝蛋白合成、生物材料工程等方向提供了重要理论依据和空间转录组数据资源，是昆虫组织空间组学研究的重要里程碑。