15國超100位首席科學家聯手破譯「地球生命密碼」

2019-10-31來源：上海學習平臺作者：彭德倩

孟雨涵 攝

10月30日的「世界頂級科學家論壇」上，2011年沃爾夫農業獎獲得者哈裡斯·李文（Harris A. Lewin）介紹了由他所在的團隊及中國科學家聯合發起、全球15個國科學家共同參與的「地球生物基因組計劃」。

100多所大學及科研機構參與，100餘位首席科學家領銜，足見這一大科學計劃之「大」。

值得一提的是，這項全球合作的研究成果，將免費分享，人類共同受益。

全球15個國家、100餘位首席科學家參與

「去年11月初，我們的計劃正式啟動，」哈裡斯說。2017年2月，加州大學戴維斯分校基因組學家哈瑞斯·萊文等人和華大基因生物學家張國捷等組成的科研團隊聯合倡議，全球科學家合作開啟另一項與人類基因組計劃類似的項目——地球生物基因組計劃，對地球上所有真核生物進行測序。

真核生物是所有單細胞或多細胞的、其細胞具有細胞核的生物的總稱，包括所有動物、植物、真菌和其他具有由膜包裹著的複雜亞細胞結構的生物。300年生物學研究中，僅有10%有所描述和初步了解。而做過基因測序的，不到0.3%。

據悉，這一計劃將著重對包括所有植物、動物和單細胞生物在內的真核生物群體進行測序，得益於測序技術的進步和成本下降，可能只需10年時間以及與人類基因組計劃相當的費用，就能完成對全部真核生物的測序。

哈裡斯認為，由於這項研究的樣本採集、資金需求、地域跨度等的特異性，在大科學計劃框架下深度合作，是唯一的路徑，實現共贏。

他介紹時間線：第一步，為9000個真核生物科中的每科選出一個代表進行DNA測序，獲得的參考基因組要與人類基因組相當或更好；第二步，對15萬到20萬個真核生物屬中每個屬選取一個物種測序，詳細程度不需達到第一步的標準；第三步，對其餘真核生物物種進行粗略性測序。

去年六月，美國農業部宣布，將正式加入「地球生物基因組計劃」的合作研究，並稱其為生物學領域的「登月計劃」，認為將給未來農業發展帶來數百萬個強大的、全新的應對挑戰解決方案。除了美中兩國科學家以外，加拿大、歐盟、日本、澳大利亞、巴西、非洲、澳大利亞等均已加入。

統一標準，各方協同

正式啟動一年間，計劃積極推進，從初期的為1萬種脊椎動物進行基因組測序的基因組10K項目、破譯5000種節肢動物基因組的i5K項目、為1萬多種禽類物種測序基因組的B10K項目等，到近日英國一家機構決定分五年投入5000萬歐元，對英國已知的60000餘物種進行基因測序。

在中國，已有四個以上相關子項目正在進行，各方投資超過一億美元。其中，中國科學院方正在對一萬種魚類的基因進行檢測分析。 「各國科學家首要的是對本國的樣本進行收集分析和標註，計劃專門設立的協同委員會，則負責訂立標準，所有參與方都承諾遵守，並共享結果，」在哈裡斯看來，這就如同傳說中人類共同建造的那座巴別塔，打破交流阻隔，共同探索未知。

他透露，相比此前的人類基因組計劃，地球生物基因組計劃需要基於新的樣品存儲標準，對全球物種資源做更精細和深入的調查和收集。

「精細的、高質量的基因組圖譜不僅可以告知有哪些基因，還能知道基因的順序，基因的控制開關元件等對基因功能有重要影響的信息。基因組框架圖可以提供絕大多數的基因信息。」哈裡斯說。

由於對數量和質量都有較高要求，據估計，地球生物基因組計劃產生的數據量將超過1EB，相當於1億部高清電影，連起來可以不停歇播放整整2萬年。

就在幾個月前，他所屬的脊椎動物基因組宣布了100個具有參考質量的物種基因組。預計明年，該計劃將為人類翻譯出2000個高質量的基因組信息。

「投資回報率比人類基因組計劃高得多」

對於已經完成的大科學計劃——人類基因組計劃，2013年美國一家機構曾對其的投資回報率作過測算，為1:65，投入一塊錢，收穫的是65塊錢。哈裡斯認為，相較而言，正在進行的「地球生物基因組計劃」的投資回報率將高得多。

地球生物基因組計劃項目組預計項目需要40億美元的投入，若資金到位後，該計劃有望在十年內完成。而此前，人類基因組計劃花費的時間長達13年，資金投入30億美元，但其數據量卻不可與地球生物基因組計劃同日而語。這一改變，主要得益於測序技術的進步，極大地縮短了測序的周期和成本。高通量測序可以同時高效地對多個物種進行測序。

經濟價值以外，對於人類社會的價值也是無法估算的。

根據項目計劃，科學家將對所有真核生物的基因組內容進行全面編目，並免費公開共享數據，作為未來科學發現的基礎。而由此推動全新計算算法、分析方法和模型的創立，對生物學理解的革新，有望極大改善物種保護工作，並為農業、醫藥和生態系統服務提供新的基因資源。

「知道嗎，目前全球藥物中，有80%來自自然界，而非人工合成，」哈裡斯舉例。以管窺豹，足以證明人類對物種多樣性的依賴。

有測算顯示，到本世紀末，地球現存物種的50%－70%將消失。而他本人所研究的脊椎動物中，有52%的種類已經在最近40年內消失了。探索地球生命密碼的緊迫性，可見一斑。