生物学与基因组学

最后更新：2026-09-26 ｜ 领域：科学·数理与材料 ｜ 说明：信息来源为公开网络资料，详见文末参考来源

概述

2025–2026 年，生物学与基因组学的推进主要沿三个方向：单细胞与空间组学把「图谱化」从组织推进到全身体、全胚胎尺度；长读长与组装技术把人类基因组做到近乎无缺口，并首次实现单细胞系来源的完整端粒到端粒（T2T）二倍体基因组；AI 结构预测（AlphaFold 3）与实验数据（NMR/cryo-EM）的耦合，使蛋白质结构与互作预测更贴近真实构象。这些进展共同指向「以极高精度、极低成本读取与理解生命分子信息」的目标。

最新进展（2025–2026）

单细胞与空间组学图谱

• 首个全身体、单细胞尺度的「DNA 折叠 + 表观遗传」联合图谱：Salk 研究所及合作者发布首个同时绘制三维基因组结构与 DNA 甲基化的单细胞图谱，覆盖 86,689 个细胞、16 种组织、35 种主要细胞类型与 206 种亚型；该图谱定位了表观遗传特征与房颤、双相情感障碍、精神分裂症、血糖调控等遗传风险重叠的细胞类型，有助于解释非编码 DNA 变异如何致病。（Two ways to read a genome: Scientists reveal the first body-wide, single-cell atlas… — Salk Institute）
• 人类胚胎器官形成的全胚胎空间图谱：2026 年 5 月 27 日，复旦大学附属妇产科医院与华大生命科学研究院（BGI-Research）等团队在《自然》报告了覆盖 Carnegie 分期（CS）12–23（约受孕后 4–8 周）的人类全胚胎时空转录组图谱，刻画了原肠胚之后器官形成的分子程序。（A Whole-Embryo Spatial Atlas Charts the Molecular Programs of Human Organ Formation After Gastrulation — BGI）
• 中国人免疫多组学图谱：整合单细胞转录组、单细胞染色质可及性、全基因组测序以及血浆代谢组、脂质组与临床生化指标，覆盖约 1000 万个免疫细胞，发表于《Science》，为年龄、性别与遗传变异如何塑造成人循环免疫细胞提供了高分辨率参考。（Mapping 10 Million Immune Cells to Decode Disease Mechanisms — BGI）

基因组组装与「后基因组计划」

• 单项成果：完整人类基因组的 25 周年：2026 年，在人类基因组计划 25 周年国际研讨会上，专家指出如今可以极高准确性和极低成本测定个人完整基因组，甚至绘制单个人类细胞的基因组、转录组与表观基因组图谱；大会主席、中国科学院院士谢晓亮表示，基因组学的发展使胚胎植入前避免遗传性疾病以及多癌种早筛成为可能。（在人类基因组计划25周年国际研讨会上，专家热议——以基因组学重塑人类医疗实践 — 科技日报）
• 首个近乎无缺口的单细胞系二倍体基因组：由 Johns Hopkins 大学与美国国家标准与技术研究院（NIST）的 Adam Phillippy 领导的研究团队，组装出首个来自单一细胞系的、完整端粒到端粒、定相的（phased）二倍体人类基因组（Cell 2026）。（This new human genome has almost no gaps — C&EN）

AI 与结构生物学

• AlphaFold 3：Google DeepMind 与 Isomorphic Labs 推出的 AlphaFold 3 可预测「所有生命分子」的结构与相互作用，并通过 AlphaFold Server 向非商业研究免费开放。（AlphaFold — Google DeepMind）DeepMind 回顾 AlphaFold 五年影响时指出，AlphaFold 3 提供了前所未有的细胞内部视图，有望推动药物发现进入「数字生物学」时代；Demis Hassabis 与 John Jumper 因 AlphaFold 相关工作于 2024 年获诺贝尔化学奖。（AlphaFold: Five years of impact — Google DeepMind）
• 数据库扩展：AlphaFold 蛋白质结构数据库在 2026 年 2 月加入同种型（isoforms）与来自 AllTheBacteria、Kinetoplastids、Viro3D、Big Fantastic Virus Database 的新条目，2026 年 3 月新增 1,754,199 个同源二聚体预测。（Frequently asked questions — AlphaFold Protein Structure Database）
• 实验引导的 AlphaFold3：Broad 研究所的研究表明，AlphaFold3 虽能从序列预测高精度结构，但往往坍缩到单一主导构象；研究者通过 NMR、X 射线晶体学、cryo-EM 等实验数据引导，使预测与测量一致的多构象集合相匹配。（Experiment-guided AlphaFold3 resolves measurement-consistent protein ensembles — Broad Institute）

免疫学进展获 2025 年诺贝尔生理学或医学奖

2025 年诺贝尔生理学或医学奖授予 Mary E. Brunkow、Fred Ramsdell 与 Shimon Sakaguchi，表彰他们「关于外周免疫耐受的发现」。Sakaguchi 于 1995 年发现调节性 T 细胞，Brunkow 与 Ramsdell 随后发现相关基因突变可致自身免疫病，二者共同奠定了免疫调控研究的基础，并推动癌症与自身免疫疾病治疗以及移植成功率的提升。（Popular information — NobelPrize.org）（三名科学家获2025年诺贝尔生理学或医学奖 — 新华网）

核心技术与关键概念

• 单细胞多组学：在同一细胞中联合测量转录组、染色质可及性、表观修饰等，揭示细胞类型的精细差异。
• 空间转录组学：保留组织空间位置的基因表达测量，用于重建器官发育与组织微环境。
• 三维基因组（DNA 折叠）与 DNA 甲基化：染色质构象与表观修饰共同调控基因表达，是理解非编码变异致病的桥梁。（Salk）
• 端粒到端粒（T2T）组装与单倍型定相：利用长读长测序实现完整、无缺口且区分父源/母源染色体的基因组组装。（C&EN）
• AI 结构预测与实验约束：以实验数据（NMR/cryo-EM）约束预测模型，得到与测量一致的多构象集合。（Broad）

代表性项目 / 机构 / 产品

• Salk 研究所：全身体单细胞「DNA 折叠 + 表观遗传」图谱。（Salk）
• 华大生命科学研究院（BGI-Research）：全胚胎空间图谱、中国人免疫多组学图谱。（BGI）（BGI）
• T2T 联盟 / Adam Phillippy 团队：完整二倍体人类基因组。（C&EN）
• AlphaFold 3 / AlphaFold DB（Google DeepMind / EMBL-EBI）。（DeepMind）（AlphaFold DB）

关键数据与评测结果（附来源）

趋势与争议

1. 图谱数量与临床转化：单细胞/空间图谱快速增加，但如何转化为诊断与治疗仍面临验证与标准化挑战。
2. AI 结构预测的构象多样性：AlphaFold3 倾向于单一主导构象，实验引导方法提示「预测 + 实验约束」是更现实的范式。（Broad）
3. 基因组数据的公平与隐私：个体完整基因组成本大幅下降带来伦理、隐私与公平可及性问题。
4. 人口多样性：大规模组学研究仍存在人群代表性不足的长期问题，免疫多组学图谱等工作尝试扩大代表性。（BGI）

参考来源

• Two ways to read a genome… — Salk Institute
• A Whole-Embryo Spatial Atlas… — BGI
• Mapping 10 Million Immune Cells… — BGI
• 在人类基因组计划25周年国际研讨会上，专家热议——以基因组学重塑人类医疗实践 — 科技日报
• This new human genome has almost no gaps — C&EN
• AlphaFold — Google DeepMind
• AlphaFold: Five years of impact — Google DeepMind
• Frequently asked questions — AlphaFold Protein Structure Database
• Experiment-guided AlphaFold3 resolves measurement-consistent protein ensembles — Broad Institute
• Popular information — Nobel Prize in Physiology or Medicine 2025 — NobelPrize.org
• 三名科学家获2025年诺贝尔生理学或医学奖 — 新华网