生物學家提出對地球上所有生物的基因組進行測序

2017年2月26日/生物谷BIOON/---當談及基因組測序時，理想家喜歡拋出大的數字：比如，英國生物庫（UK Biobank）希望破譯出50萬人的基因組，或者冰島努力研究它的整個人口的基因組。2017年2月23日，由史密森尼生物多樣性基因組學計劃（Smithsonian Initiative on Biodiversity Genomic）和位於深圳的測序龍頭公司華大基因（BGI）組織的在美國華盛頓哥倫比亞特區召開的一次會議上，一小群研究人員甚至提出更大的目標：宣布他們的意圖是最終對「地球上的所有生物」進行測序。

他們的計劃被稱作地球生物基因組計劃（Earth BioGenome Project, EBP），迄今為止並沒有明確的資金投入，但是可能需要至少幾十億美元。作為兩年前提出這個願景的這個小團隊的一員，美國加州大學戴維斯分校進化基因組學家Harris Lewin說，EBP為實現這個大膽的目標將採取的第一步就是著重關注真核生物，即包括所有植物、動物和阿米巴等單細胞生物在內的有機體群體。

這一策略和EBP的整體觀念在BioGenomics2017上發現了樂於傾聽的聽眾。BioGenomics2017是本周由自然保護主義者、進化生物學家、分類學家和將基因組學應用於研究中的其他生物學家參加的一個集會。美國加州聖地亞哥動物園保護研究所保育生物學家Oliver Ryder說，「這是一個偉大的構想。如果我們真地想要理解生物如何進化，那麼基因組生物學將會是其中的一部分。」

Ryder和其他人將EBP和人類基因組計劃（HGP）進行類比。HGP是30多年前開始提出的一項宏偉的、充滿爭議的而且當時在技術上不可能實現的計劃。這項更早提出的計劃最終不僅導致對首個人類基因組進行測序，而且也導致全新的DNA技術出現。這些技術如今是很多醫學前沿的中心，而且成為一個200億美元行業的基礎。Lewin說，「人們已從人類基因組計劃中了解到測序是生物學上的巨大進步。」

關於EBP的很多細節仍然正處於制定之中。但是正如當前提出的那樣，第一步是在大約總共9000個真核生物科（eukaryotic family）中，非常詳細地對每個真核生物科的一個成員的DNA進行測序，從而獲得與人類參考基因組相當或比人類參考基因組更好的參考基因組。接著，在15萬～20萬個真核生物屬（eukaryotic genera）中，對來自每個屬的一個物種的DNA進行測序，但測序的詳細程度較差一些。最後，針對剩下的150萬個已知的真核生物物種（eukaryotic species），EBP參加者將對它們的基因組進行粗略地測序。EBP組織者之一、美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校卡爾-伍斯基因組生物學研究所主任、行為基因組學研究員Gene Robinson說，通過將這些較低解析度的基因組序列與真核生物科參考基因組進行比較，或者開展更多的測序，可能能夠對它們加以改進。

Lewin、Robinson和EBP組織者之一、史密森尼國家自然歷史博物館進化生物學家John Kress估計，這個全部真核生物計劃可能需要的費用大約與對首個人類基因組進行測序（即HGP）所需的費用相同。HGP花費了大約27億美元對組成人類基因組的30億個鹼基對進行讀取和排序，這一費用按照如今的美元衡量大約是48億美元。EBP組織者指出，如果獲得與HGP相比擬的大量支持，那麼EBP的這個真核生物計劃可能在十年內完成。

這樣的樂觀估計源自於不斷下降的DNA測序成本和改進的測序技術。來自位於美國加州山景城的Complete Genomics公司的一名會議演講者說，他的公司計劃能夠在一年內以大約100美元的費用對完整的真核生物基因組進行粗略地測序。改進的測序技術使得以合理的費用獲得更高質量的基因組序列成為可能。Lewin說，「對我而言，顯而易見的是在某個時間點上，對地球上的所有生物進行測序將是可能的。」

儘管一些人可能發現這種幾十億美元的費用很難為不探究人類的研究人員提供正當的理由，但是多虧追求自己的宏偉測序計劃的幾個研究界的努力，EBP取得有利的先端。這些研究界包括一萬基因組計劃（Genome 10K Project），試圖對1萬種脊椎動物的基因組進行測序；i5K，努力破譯5000種節肢動物的基因組；B10K，期待破譯所有的10500種禽類物種的基因組。EBP將有助整合、彙集和甚至資助這些計劃。Lewin說，「EBP就是研究界中的研究界。」

也有測序貢獻來自基因組學領域的龍頭公司，如華大基因，英國韋爾科姆基金會桑格研究所。但是在本周舉行的這次規劃會議上，明顯的是，EBP面臨著重大的挑戰，這些挑戰甚至還不只是資金資助方面。儘管來自巴西、和英國的研究人員說，他們的國家迫切地期待以某種方式參與進來，但是入會的20個人（組成一個規劃團隊）強調EBP需要與發展家（尤其是那些具有豐富生物多樣化的國家）之間進行更加國際化的合作，從而有助制定這個計劃的最終形式。他們提出EBP可能能夠為這些國家培養測序和其他技術上的專家和技能。丹麥自然歷史博物館進化生物學家Thomas Gilbert說，全球基因組生物多樣性網路（Global Genome Biodiversity Network，GGBN）正在彙集全球博物館和其他生物資源庫的樣品清單和圖像，它可能提供所需的很多DNA，但是更加廣泛的參與是比較重要的。

這個規劃團隊也強調還需要制定出標準以便確保高質量的基因組序列和保存每個被測序的有機體的相關信息，比如有機體是從哪兒收集的，它看起來像什麼。該規劃團隊的幾個人注意到，從野外獲得DNA樣品可能最終是最大的挑戰，而且可能耗費最大的成本。不是所有的博物館樣品產生保存完好的DNA用於獲得高質量的基因組序列。華大基因和丹麥哥本哈根大學進化生物學家Guojie Zhang說，最近收集和凍存的動植物樣品並不總是經過正確的處理來保存它們的DNA。美國洛克菲勒大學神經生物學家Erich Jarvis注意到，標準的缺乏最終可能破壞這個計劃的實用性，「我們可能為針對地球上所有物種的基因組測序花費了大量費用，但是我們可能產生大量無用的東西。」

但是Lewin樂觀地認為這種情形將不會發生。當他在BioGenomics2017上的閉幕致辭中提出EBP的綱要后，他被迫切地想要知道能夠提供什麼幫助的研究人員包圍著。美國諾瓦東南大學生物學家Jose Lopez說，「嘗試著將不同的研究界彙集在一起是不錯的想法。」Lopez所在的研究界發起GIGA計劃，旨在對7000種海洋無脊椎動物的基因組進行測序。「這是一項巨大的工程。我們需要大量的專業技能和大量的能夠作出貢獻的人參與。」（生物谷 Bioon.com）

Jocelyn KaiserMar.

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, Mar. 25, 2015, doi:10.1126/science.aab0372.

Elizabeth Pennisi.

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, Feb. 24, 2017, doi:10.1126/science.aal0824.