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                地球生物基因組計劃——同心向未來 | 專訪華大研究院資深副院長劉心

                基因資源為生物資源中最核心的資源之一,獲取明確的基因信息對人類的健康,社會、經濟發展具有重大意義。地球生物基因組計劃(Earth BioGenome Project, EBP)旨在用10年時間,對地球上所有真核生物的基因組進行測序、編目和表征。此項目是目前世界上規模最大的生命科學科研計劃,將促使人類從基因信息角度對地球上廣泛存在的生物有更深入認識,以基因組數據和基因組學研究為基礎促進全球生物多樣性的保護和利用。

                目前,EBP項目已啟動3年,歷經了重重困難,也獲得了累累碩果。深圳華大生命科學研究院(以下簡稱華大研究院)作為該項目的重要參與單位之一,貢獻突出,其成果多次發表于國際權威期刊。近日,《美國科學院院刊》(PNAS)發布了EBP特別專輯,其中收錄了兩篇深圳華大生命科學研究院參與的文章,再次引起業界關注。此次,測序中國特邀華大研究院資深副院長劉心研究員就EBP項目目前取得的進展,以及未來的項目發展方向予以分享,以饗讀者。

                啟步三年,成果顯著

                EBP計劃自2018年啟動,分為三個階段,其中前兩年(即2018-2020年)為項目啟動階段,從2020年底項目第一階段開始,過去的一年是項目的啟步之年,也是取得重要進展的一年。

                談起EBP項目的階段性成果,“突破國際壁壘,奠定了項目完成的制度標準”是不可忽視的項目成果之一。劉心研究員指出,項目的提出,是源于2018年在美國舉行的生物多樣性大會,會議上由加州大學戴維斯分?;蚪M學家哈瑞斯·萊文等人和華大集團的基因組學家楊煥明、徐訊、張國捷等首次提出全球生物基因組的概念。同年11月,在倫敦召開的啟動會奠定了項目穩步實行的基礎。會議確定了EBP項目的目標,明確了項目方向,組建了項目秘書處,形成了子項目制度。在項目初始的幾年中,參與該項目的國際各中心也緊密圍繞目標,制定了詳細的子項目規劃。目前EBP項目組完善了整體的組織和管理制度,建立了包括樣本收集和憑證中心、基因組技術中心、附屬專項中心等國際交流組織,并制定了多項標準規范,內容涉及項目參與、數據分享、知識產權獲取及分享等。

                在項目制度愈加完善的基礎上,EBP目前已經確定了來自除南極洲以外的各大洲21個國家的43個機構及44個附屬項目的參與,進一步擴大了地球生物基因組計劃的核心成員、項目組子項目等,擴大了國際合作中心及項目完善度。

                另外,對于不同物種的子項目測序已經廣泛開展,部分項目已有數據產出。目前,項目參與單位共同貢獻了1719個真核生物的基因組且已公開發表。其中,已有316個符合EBP的“參考基因組”標準,達到了“參考基因組”水平。

                挑戰重重,初心前行

                EBP項目啟動三年,已然取得了重要進展,同時也面臨著重重挑戰。

                項目的第一個難點為數以百萬計真核生物樣本標本的獲取、鑒定和保存。部分標本可以從全球基因組多樣性網絡的現有樣本中獲取,然而,由于各國家政策不同,仍需要數周甚至數月的許可流程。為了獲得更好的DNA質量,部分物種仍需新鮮的生物樣本以完成分析,這就需要經歷地域及環境的多重考驗,快速有效的樣本保存方式則非常重要。必要時在就近實驗室啟動提取,分階段進行試驗。同時,新采集的樣本,也需要經歷嚴格的物種鑒定,以保證后續成果的準確性。

                高質量基因組的獲取,也為EBP項目提出了更高的技術要求。目前,不同物種的基因組研究基礎差異較大,且不同真核生物的基因組復雜度不同,標準難以統一。例如,相對已有20余年研究基礎的人類基因組而言,很多真核生物仍缺少參考基因組,需要進行從頭測序和組裝,這對測序技術和生信分析都提出了巨大挑戰。相對于脊椎動物而言,約70%的開花植物尚無基因數據,更無完整的基因組信息了。植物基因組大小差異極大,且倍型不統一,這都為后期基因組的組裝帶來挑戰。因此“在對不同生物基因組進行分析時,需要特別關注基因組組裝的質量,啟動個性化分析,規避基因組組裝結果對后續科學發現可能的影響”,劉心說道。

                EBP項目的坎坷,在于項目本身,也在于多種未可預見的困難等待攻克。談到項目的困難,劉心眼里依舊充滿激情與希望。前期人類基因組計劃的巨大成功,以及在脊椎動物(萬種脊椎動物基因組計劃,G10K)、鳥類(萬種鳥類基因組計劃,B10K)、海洋無脊椎動物和植物(千種植物計劃,1KP)等方面的成功,為EBP項目的開展提供了寶貴經驗。同時,測序技術的提升也為EBP項目的順利完成奠定了堅實的技術基礎。

                “在日復一日的科研生活中,我們培養了對于突破困難的決心和研究的熱情,我們追求的不是短期的成果,而是在三年、五年乃至數十年的更高研究目標。在EBP項目中,多中心的國際合作為各國研究者提供了一個充分的學術探討平臺,拓展了研究者解決問題的能力。同時,對于核心問題的解決方案的提出,更是激勵著我們越挫越勇的前進動力?!眲⑿恼f道。

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                EBP項目著眼未來,已經展示了卓越成果。同時,在當前人類生活中,也已然展現了現實意義。

                自2019年底,新冠病毒肆虐以來,更多人開始關注“one health?“的概念——作為命運共同體,所有生物體都是相互依存的,一種生物可能以寄生或者其他形式影響另外一種生物的健康狀態。EBP項目旨在了解與我們直接相關和間接相關的所有真核生物的基因信息,讓我們以系統的角度了解整個生態,讓我們不止關注“我”——人類,也更多地關注和我們相關的“周邊”——生態。

                在新冠病毒的防控中,基因測序協助我們更好地識別病毒及其潛在宿主,協助溯源。最新發表于PNAS的文章,也強調了EBP項目在“one health “中的作用——通過EBP項目,可以創建所有已知真核生物的DNA序列庫,預測生物相關性,也將協助我們有效預防生物多樣性喪失和病原體傳播,對生態系統進行持續監測和保護。

                國際合作,同心未來

                在EBP項目的開啟和執行過程中,國際合作的力量體現了極其重要的作用。

                EBP項目無統一經費支配,當前的組織方式是讓更多的附屬項目自行籌措經費,各國際中心充分調動資源攻堅克難,完成經費籌備及成果交付。

                在項目啟動之初,多中心已經達成了合作意向,突破國際合作壁壘,達成“開放,合作,共享”等共識,制定準則規范,并目標一致向前;在項目執行的過程中,各中心充分合作,在疫情期間通過線上交流克服地域間隔,經難時熱烈學術探討,攻堅后共同舉杯歡慶,已然產出了重要研究成果。這些項目之間的高度協調,將對生物多樣性研究和社會成果產生協同效應,造福人類及生態發展。

                以華大研究院為代表的中國研究中心,在EBP項目中承擔了多個子項目,成果累累。僅2021年,華大研究院數字化地球生物基因組EBP項目已完成超過1000個物種的基因組測序組裝,并發表于Nature、Nature Communications、PNAS、Molecular Plant、Science Bulletin等多個權威學術期刊。

                在命運共同體one health approach的背景下,地球生物基因組計劃將為人類開啟理解和保護生態的大門。同時,劉心研究員也呼吁“希望我國更多有志、有能力的中心加入到地球生物基因組計劃中,更快更完善地完成EBP項目,為充分了解生物生態提供更多基因組信息,助力人類與生態的和諧共存”。

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                本文由 SEQ.CN 作者:白云 發表,轉載請注明來源!

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