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生物學(xué)家提出對地球上所有生物的基因組測序
當(dāng)談及基因組測序時，理想家喜歡拋出大的數(shù)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(xué)計(jì)劃（Smithsonian Initiative on Biodiversity Genomic）和位于中國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(qū)召開的一次會議上，一小群研究人員甚至提出更大的目標(biāo)：宣布他們的意圖是最終對“地球上的所有生物”進(jìn)行測序。
他們的計(jì)劃被稱作地球生物基因組計(jì)劃（Earth BioGenome Project, EBP），迄今為止并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愿景的這個小團(tuán)隊(duì)的一員，美國加州大學(xué)戴維斯分校進(jìn)化基因組學(xué)家Harris Lewin說，EBP為實(shí)現(xiàn)這個大膽的目標(biāo)將采取的第一步就是著重關(guān)注真核生物，即包括所有植物、動物和阿米巴等單細(xì)胞生物在內(nèi)的有機(jī)體群體。
這一策略和EBP的整體觀念在BioGenomics2017上發(fā)現(xiàn)了樂于傾聽的聽眾。BioGenomics2017是本周由自然保護(hù)主義者、進(jìn)化生物學(xué)家、分類學(xué)家和將基因組學(xué)應(yīng)用于研究中的其他生物學(xué)家參加的一個集會。美國加州圣地亞哥動物園保護(hù)研究所保育生物學(xué)家Oliver Ryder說，“這是一個偉大的構(gòu)想。如果我們真地想要理解生物如何進(jìn)化，那么基因組生物學(xué)將會是其中的一部分�！�
Ryder和其他人將EBP和人類基因組計(jì)劃（HGP）進(jìn)行類比。HGP是30多年前開始提出的一項(xiàng)宏偉的、充滿爭議的而且當(dāng)時在技術(shù)上不可能實(shí)現(xiàn)的計(jì)劃。這項(xiàng)更早提出的計(jì)劃最終不僅導(dǎo)致對首個人類基因組進(jìn)行測序，而且也導(dǎo)致全新的DNA技術(shù)出現(xiàn)。這些技術(shù)如今是很多醫(yī)學(xué)前沿的中心，而且成為一個200億美元行業(yè)的基礎(chǔ)。Lewin說，“人們已從人類基因組計(jì)劃中了解到測序是生物學(xué)上的巨大進(jìn)步�！�
關(guān)于EBP的很多細(xì)節(jié)仍然正處于制定之中。但是正如當(dāng)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(xì)地對每個真核生物科的一個成員的DNA進(jìn)行測序，從而獲得與人類參考基因組相當(dāng)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(jìn)行測序，但測序的詳細(xì)程度較差一些。最后，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(jìn)行粗略地測序。EBP組織者之一、美國伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分�？�-伍斯基因組生物學(xué)研究所主任、行為基因組學(xué)研究員Gene Robinson說，通過將這些較低分辨率的基因組序列與真核生物科參考基因組進(jìn)行比較，或者開展更多的測序，可能能夠?qū)λ鼈兗右愿倪M(jìn)。
Lewin、Robinson和EBP組織者之一、史密森尼國家自然歷史博物館進(jìn)化生物學(xué)家John Kress估計(jì)，這個全部真核生物計(jì)劃可能需要的費(fèi)用大約與對首個人類基因組進(jìn)行測序（即HGP）所需的費(fèi)用相同。HGP花費(fèi)了大約27億美元對組成人類基因組的30億個堿基對進(jìn)行讀取和排序，這一費(fèi)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，那么EBP的這個真核生物計(jì)劃可能在十年內(nèi)完成。
這樣的樂觀估計(jì)源自于不斷下降的DNA測序成本和改進(jìn)的測序技術(shù)。來自位于美國加州山景城的Complete Genomics公司的一名會議演講者說，他的公司計(jì)劃能夠在一年內(nèi)以大約100美元的費(fèi)用對完整的真核生物基因組進(jìn)行粗略地測序。改進(jìn)的測序技術(shù)使得以合理的費(fèi)用獲得更高質(zhì)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(diǎn)上，對地球上的所有生物進(jìn)行測序?qū)⑹强赡艿摹！?/p>
盡管一些人可能發(fā)現(xiàn)這種幾十億美元的費(fèi)用很難為不探究人類的研究人員提供正當(dāng)?shù)睦碛�，但是多虧追求自己的宏偉測序計(jì)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(jì)劃（Genome 10K Project），試圖對1萬種脊椎動物的基因組進(jìn)行測序；i5K，努力破譯5000種節(jié)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、匯集和甚至資助這些計(jì)劃。Lewin說，“EBP就是研究界中的研究界�！�
也有測序貢獻(xiàn)來自基因組學(xué)領(lǐng)域的龍頭公司，如中國華大基因，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(guī)劃會議上，明顯的是，EBP面臨著重大的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)甚至還不只是資金資助方面。盡管來自巴西、中國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(jìn)來，但是入會的20個人（組成一個規(guī)劃團(tuán)隊(duì)）強(qiáng)調(diào)EBP需要與發(fā)展中國家（尤其是那些具有豐富生物多樣化的國家）之間進(jìn)行更加國際化的合作，從而有助制定這個計(jì)劃的最終形式。他們提出EBP可能能夠?yàn)檫@些國家培養(yǎng)測序和其他技術(shù)上的專家和技能。丹麥自然歷史博物館進(jìn)化生物學(xué)家Thomas Gilbert說，全球基因組生物多樣性網(wǎng)絡(luò)（Global Genome Biodiversity Network，GGBN）正在匯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(guī)劃團(tuán)隊(duì)也強(qiáng)調(diào)還需要制定出標(biāo)準(zhǔn)以便確保高質(zhì)量的基因組序列和保存每個被測序的有機(jī)體的相關(guān)信息，比如有機(jī)體是從哪兒收集的，它看起來像什么。該規(guī)劃團(tuán)隊(duì)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(zhàn)，而且可能耗費(fèi)最大的成本。不是所有的博物館樣品產(chǎn)生保存完好的DNA用于獲得高質(zhì)量的基因組序列。華大基因和丹麥哥本哈根大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家Guojie Zhang說，最近收集和凍存的動植物樣品并不總是經(jīng)過正確的處理來保存它們的DNA。美國洛克菲勒大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)家Erich Jarvis注意到，標(biāo)準(zhǔn)的缺乏最終可能破壞這個計(jì)劃的實(shí)用性，“我們可能為針對地球上所有物種的基因組測序花費(fèi)了大量費(fèi)用，但是我們可能產(chǎn)生大量無用的東西�！�
但是Lewin樂觀地認(rèn)為這種情形將不會發(fā)生。當(dāng)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么幫助的研究人員包圍著。美國諾瓦東南大學(xué)生物學(xué)家Jose Lopez說，“嘗試著將不同的研究界匯集在一起是不錯的想法�！盠opez所在的研究界發(fā)起GIGA計(jì)劃，旨在對7000種海洋無脊椎動物的基因組進(jìn)行測序�！斑@是一項(xiàng)巨大的工程。我們需要大量的專業(yè)技能和大量的能夠作出貢獻(xiàn)的人參與�！�
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