10x Genomics Visium空間轉錄組技術助力基因表達可視化
2025年中國科協(xié)在農(nóng)業(yè)科技領域提出了多項亟需攻克的前沿科學與工程技術問題，涵蓋：
● 揭示作物產(chǎn)量、品質及抗逆性的遺傳與分子調控機制
● 解析畜禽、水產(chǎn)等物種的免疫調控與生長發(fā)育過程
● 精準定位作物與動物在脅迫或疾病狀態(tài)下的關鍵分子靶點
要有效解決上述問題與挑戰(zhàn)，需要我們從分子，生理，遺傳，發(fā)育等各個環(huán)節(jié)對動植物的生長發(fā)育，免疫調控，疾病對抗等角度進行深入的研究。高通量組學技術的發(fā)展與單細胞測序技術的出現(xiàn)，為我們理解動植物遺傳與分子特征和細胞組成提供了高效手段。但是，在理解植物，動物體的三維立體組成，不同細胞在特定空間位置的功能作用，細胞間互作等方面亟需新的技術手段來實現(xiàn)。
空間轉錄組技術的出現(xiàn)，讓我們得以在保持組織結構完整的前提下，對基因表達實現(xiàn)原位解析，將動植物組織從二維照片升級為分子地圖。從植物根系的發(fā)育，到家畜免疫系統(tǒng)的建構；從水稻干旱脅迫響應，到雞胚發(fā)育和脂肪代謝調控，空間轉錄組的潛力遠不止田間地頭，更走進了養(yǎng)殖場、牧場和實驗農(nóng)場當中。
在現(xiàn)有眾多空間組學技術中，10x Genomics Visium HD 3’技術憑借2 μm的亞細胞級分辨率與全覆蓋陣列設計，能夠為農(nóng)業(yè)相關物種構建高精度的分子空間地圖。Visium HD 3’不僅為農(nóng)業(yè)基礎研究提供了強有力的精準工具，更為分子育種、動物健康管理、疫病防控及資源高效利用奠定了堅實的空間分子基礎。
Visium HD 3'技術優(yōu)勢概述：追求分辨率的空間顯微鏡
01 采用3'polyA捕獲策略，兼容多種類型樣本
02 搭載超高密度陣列設計，每個捕獲單位為2μm，達到亞細胞分辨率
03 適合研究組織微區(qū)、細胞異質性、信號通路精細分布等復雜問題
04 極大提升空間聚類、表達模塊識別、空間圖譜重構的精度和深度
實測樣本類型
在實際項目開展過程中，我們已完成多個新鮮組織類型的空間轉錄組實驗，涵蓋多種模式動物與多器官系統(tǒng)，體現(xiàn)平臺良好的組織適應性與數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。當前已完成的代表性樣本物種包括：
盲蛇 山羊 豬 雞 大鼠 斑馬魚 家蠶
這些研究將為后續(xù)農(nóng)業(yè)、獸醫(yī)、進化等研究領域的空間組學研究提供了寶貴的參考經(jīng)驗。
文獻案例
在實際應用中，Visium空間轉錄組技術已被多個前沿科研團隊廣泛采用，助力揭示農(nóng)業(yè)相關物種的復雜生物學過程。以下為近期幾項代表性高水平研究，展示了空間轉錄組技術在作物發(fā)育機制解析中的具體應用和成果：
文獻案例一：
文章名稱：具有空間分辨率的大豆發(fā)育多組學單細胞圖譜
期刊名稱：Cell
IF：42.5
發(fā)表日期：2024年12月31日
DOI：10.1016/j.cell.2023.12.021
本文結合單細胞核RNA測序（snRNA-seq）與Visium空間轉錄組技術，系統(tǒng)解析了大豆在胚胎發(fā)育各階段的空間細胞圖譜與基因調控網(wǎng)絡。研究團隊共分析了球形胚、心形胚、棱形胚、成熟胚等多個關鍵發(fā)育階段的組織樣本，構建了高分辨率的空間基因表達圖譜。通過對細胞類型空間定位、發(fā)育軌跡重建及基因調控網(wǎng)絡的分析，揭示了大豆胚胎中器官起始、細胞分化與營養(yǎng)儲存等關鍵生物學過程的空間調控機制。該研究為豆類作物的發(fā)育研究和精準育種提供了重要資源和理論基礎。
文獻案例二：
文章名稱：通過單核與空間轉錄組揭示家蠶終齡幼蟲絲腺的結構特征
期刊名稱：Cell Reports
IF：9.6（2023年影響因子）
發(fā)表日期：2023年11月9日
DOI：10.1038/s41467-023-42632-w
本研究聚焦于家蠶（Bombyx mori）終齡幼蟲的絲腺（silk gland），利用單核轉錄組測序（snRNA-seq）與Visium空間轉錄組技術，系統(tǒng)描繪了絲腺的細胞組成與空間結構特征，構建出具有空間分辨率的昆蟲腺體多組學圖譜。研究共鑒定出10種主要細胞類型，涵蓋絲腺前中后三段的功能區(qū)域，并基于空間轉錄圖譜精確定位這些細胞的分布格局。通過對關鍵轉錄因子表達模式的分析，作者發(fā)現(xiàn)絲腺不同區(qū)段在絲蛋白合成、分泌運輸及腺體發(fā)育方面呈現(xiàn)顯著的區(qū)域功能特異性。同時，研究還識別出多個與細胞極性、腺體分化及分泌通路密切相關的調控網(wǎng)絡。這一成果不僅從分子層面揭示了家蠶絲腺復雜精細的功能結構，還為未來在蠶絲產(chǎn)量改良、人工絲蛋白合成、生物材料工程等方向提供了重要理論依據(jù)和空間轉錄組數(shù)據(jù)資源，是昆蟲組織空間組學研究的重要里程碑。
結語：
在農(nóng)業(yè)科技不斷升級的今天，空間轉錄組技術不僅豐富了我們的研究手段，更為作物改良、動物健康、精準育種、疫病防控等提供了強有力的分子支持。Visium HD 3’作為空間組學平臺中的核心技術，正引領我們進入一個分子級農(nóng)業(yè)研究的新時代。
