10x Genomics Visium空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)助力基因表達(dá)可視化

2025年中國(guó)科協(xié)在農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域提出了多項(xiàng)亟需攻克的前沿科學(xué)與工程技術(shù)問題，涵蓋：
● 揭示作物產(chǎn)量、品質(zhì)及抗逆性的遺傳與分子調(diào)控機(jī)制
● 解析畜禽、水產(chǎn)等物種的免疫調(diào)控與生長(zhǎng)發(fā)育過程
● 精準(zhǔn)定位作物與動(dòng)物在脅迫或疾病狀態(tài)下的關(guān)鍵分子靶點(diǎn)

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(gè)環(huán)節(jié)對(duì)動(dòng)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，免疫調(diào)控，疾病對(duì)抗等角度進(jìn)行深入的研究。高通量組學(xué)技術(shù)的發(fā)展與單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn)，為我們理解動(dòng)植物遺傳與分子特征和細(xì)胞組成提供了高效手段。但是，在理解植物，動(dòng)物體的三維立體組成，不同細(xì)胞在特定空間位置的功能作用，細(xì)胞間互作等方面亟需新的技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)。

空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的出現(xiàn)，讓我們得以在保持組織結(jié)構(gòu)完整的前提下，對(duì)基因表達(dá)實(shí)現(xiàn)原位解析，將動(dòng)植物組織從二維照片升級(jí)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(gòu)；從水稻干旱脅迫響應(yīng)，到雞胚發(fā)育和脂肪代謝調(diào)控，空間轉(zhuǎn)錄組的潛力遠(yuǎn)不止田間地頭，更走進(jìn)了養(yǎng)殖場(chǎng)、牧場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)當(dāng)中。

在現(xiàn)有眾多空間組學(xué)技術(shù)中，10x Genomics Visium HD 3’技術(shù)憑借2 μm的亞細(xì)胞級(jí)分辨率與全覆蓋陣列設(shè)計(jì)，能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)相關(guān)物種構(gòu)建高精度的分子空間地圖。Visium HD 3’不僅為農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)研究提供了強(qiáng)有力的精準(zhǔn)工具，更為分子育種、動(dòng)物健康管理、疫病防控及資源高效利用奠定了堅(jiān)實(shí)的空間分子基礎(chǔ)。

Visium HD 3'技術(shù)優(yōu)勢(shì)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(shè)計(jì)，每個(gè)捕獲單位為2μm，達(dá)到亞細(xì)胞分辨率
03 適合研究組織微區(qū)、細(xì)胞異質(zhì)性、信號(hào)通路精細(xì)分布等復(fù)雜問題
04 極大提升空間聚類、表達(dá)模塊識(shí)別、空間圖譜重構(gòu)的精度和深度

實(shí)測(cè)樣本類型

在實(shí)際項(xiàng)目開展過程中，我們已完成多個(gè)新鮮組織類型的空間轉(zhuǎn)錄組實(shí)驗(yàn)，涵蓋多種模式動(dòng)物與多器官系統(tǒng)，體現(xiàn)平臺(tái)良好的組織適應(yīng)性與數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。當(dāng)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(jìn)化等研究領(lǐng)域的空間組學(xué)研究提供了寶貴的參考經(jīng)驗(yàn)。

文獻(xiàn)案例

在實(shí)際應(yīng)用中，Visium空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)已被多個(gè)前沿科研團(tuán)隊(duì)廣泛采用，助力揭示農(nóng)業(yè)相關(guān)物種的復(fù)雜生物學(xué)過程。以下為近期幾項(xiàng)代表性高水平研究，展示了空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)在作物發(fā)育機(jī)制解析中的具體應(yīng)用和成果：

文獻(xiàn)案例一：

文章名稱：具有空間分辨率的大豆發(fā)育多組學(xué)單細(xì)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(jié)合單細(xì)胞核RNA測(cè)序（snRNA-seq）與Visium空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，系統(tǒng)解析了大豆在胚胎發(fā)育各階段的空間細(xì)胞圖譜與基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。研究團(tuán)隊(duì)共分析了球形胚、心形胚、棱形胚、成熟胚等多個(gè)關(guān)鍵發(fā)育階段的組織樣本，構(gòu)建了高分辨率的空間基因表達(dá)圖譜。通過對(duì)細(xì)胞類型空間定位、發(fā)育軌跡重建及基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的分析，揭示了大豆胚胎中器官起始、細(xì)胞分化與營(yíng)養(yǎng)儲(chǔ)存等關(guān)鍵生物學(xué)過程的空間調(diào)控機(jī)制。該研究為豆類作物的發(fā)育研究和精準(zhǔn)育種提供了重要資源和理論基礎(chǔ)。
 
 
文獻(xiàn)案例二：

文章名稱：通過單核與空間轉(zhuǎn)錄組揭示家蠶終齡幼蟲絲腺的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)錄組測(cè)序（snRNA-seq）與Visium空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，系統(tǒng)描繪了絲腺的細(xì)胞組成與空間結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建出具有空間分辨率的昆蟲腺體多組學(xué)圖譜。研究共鑒定出10種主要細(xì)胞類型，涵蓋絲腺前中后三段的功能區(qū)域，并基于空間轉(zhuǎn)錄圖譜精確定位這些細(xì)胞的分布格局。通過對(duì)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)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(yùn)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(shí)，研究還識(shí)別出多個(gè)與細(xì)胞極性、腺體分化及分泌通路密切相關(guān)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。這一成果不僅從分子層面揭示了家蠶絲腺復(fù)雜精細(xì)的功能結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)資源，是昆蟲組織空間組學(xué)研究的重要里程碑。

 
結(jié)語：

在農(nóng)業(yè)科技不斷升級(jí)的今天，空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)不僅豐富了我們的研究手段，更為作物改良、動(dòng)物健康、精準(zhǔn)育種、疫病防控等提供了強(qiáng)有力的分子支持。Visium HD 3’作為空間組學(xué)平臺(tái)中的核心技術(shù)，正引領(lǐng)我們進(jìn)入一個(gè)分子級(jí)農(nóng)業(yè)研究的新時(shí)代。