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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
當談及基因組測序時(shí)，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(wàn)人的基因組，或者冰島努力研究它的整個(gè)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召開(kāi)的一次會(huì )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(jìn)行測序。
他們的計劃被稱(chēng)作地球生物基因組計劃（Earth BioGenome Project, EBP），迄今為止并沒(méi)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(gè)愿景的這個(gè)小團隊的一員，美國加州大學(xué)戴維斯分校進(jìn)化基因組學(xué)家Harris Lewin說(shuō)，EBP為實(shí)現這個(gè)大膽的目標將采取的第一步就是著(zhù)重關(guān)注真核生物，即包括所有植物、動(dòng)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(guān)念在BioGenomics2017上發(fā)現了樂(lè )于傾聽(tīng)的聽(tīng)眾。BioGenomics2017是本周由自然保護主義者、進(jìn)化生物學(xué)家、分類(lèi)學(xué)家和將基因組學(xué)應用于研究中的其他生物學(xué)家參加的一個(gè)集會(huì )。美國加州圣地亞哥動(dòng)物園保護研究所保育生物學(xué)家Oliver Ryder說(shuō)，“這是一個(gè)偉大的構想。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(huì )是其中的一部分�！�
Ryder和其他人將EBP和人類(lèi)基因組計劃（HGP）進(jìn)行類(lèi)比。HGP是30多年前開(kāi)始提出的一項宏偉的、充滿(mǎn)爭議的而且當時(shí)在技術(shù)上不可能實(shí)現的計劃。這項更早提出的計劃最終不僅導致對首個(gè)人類(lèi)基因組進(jìn)行測序，而且也導致全新的DNA技術(shù)出現。這些技術(shù)如今是很多醫學(xué)前沿的中心，而且成為一個(gè)200億美元行業(yè)的基礎。Lewin說(shuō)，“人們已從人類(lèi)基因組計劃中了解到測序是生物學(xué)上的巨大進(jìn)步�！�
關(guān)于EBP的很多細節仍然正處于制定之中。但是正如當前提出的那樣，第一步是在大約總共9000個(gè)真核生物科（eukaryotic family）中，非常詳細地對每個(gè)真核生物科的一個(gè)成員的DNA進(jìn)行測序，從而獲得與人類(lèi)參考基因組相當或比人類(lèi)參考基因組更好的參考基因組。接著(zhù)，在15萬(wàn)～20萬(wàn)個(gè)真核生物屬（eukaryotic genera）中，對來(lái)自每個(gè)屬的一個(gè)物種的DNA進(jìn)行測序，但測序的詳細程度較差一些。最后，針對剩下的150萬(wàn)個(gè)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(shuō)，通過(guò)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(kāi)展更多的測序，可能能夠對它們加以改進(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，這個(gè)全部真核生物計劃可能需要的費用大約與對首個(gè)人類(lèi)基因組進(jìn)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(lèi)基因組的30億個(gè)堿基對進(jìn)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，那么EBP的這個(gè)真核生物計劃可能在十年內完成。
這樣的樂(lè )觀(guān)估計源自于不斷下降的DNA測序成本和改進(jìn)的測序技術(shù)。來(lái)自位于美國加州山景城的Complete Genomics公司的一名會(huì )議演講者說(shuō)，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(jìn)行粗略地測序。改進(jìn)的測序技術(shù)使得以合理的費用獲得更高質(zhì)量的基因組序列成為可能。Lewin說(shuō)，“對我而言，顯而易見(jiàn)的是在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，對地球上的所有生物進(jìn)行測序將是可能的�！�
盡管一些人可能發(fā)現這種幾十億美元的費用很難為不探究人類(lèi)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(gè)研究界的努力，EBP取得有利的先端。這些研究界包括一萬(wàn)基因組計劃（Genome 10K Project），試圖對1萬(wàn)種脊椎動(dòng)物的基因組進(jìn)行測序；i5K，努力破譯5000種節肢動(dòng)物的基因組；B10K，期待破譯所有的10500種禽類(lèi)物種的基因組。EBP將有助整合、匯集和甚至資助這些計劃。Lewin說(shuō)，“EBP就是研究界中的研究界�！�
也有測序貢獻來(lái)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(huì )桑格研究所。但是在本周舉行的這次規劃會(huì )議上，明顯的是，EBP面臨著(zhù)重大的挑戰，這些挑戰甚至還不只是資金資助方面。盡管來(lái)自巴西、中國和英國的研究人員說(shuō)，他們的國家迫切地期待以某種方式參與進(jìn)來(lái)，但是入會(huì )的20個(gè)人（組成一個(gè)規劃團隊）強調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(gè)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(shù)上的專(zhuān)家和技能。丹麥自然歷史博物館進(jìn)化生物學(xué)家Thomas Gilbert說(shuō)，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(gè)規劃團隊也強調還需要制定出標準以便確保高質(zhì)量的基因組序列和保存每個(gè)被測序的有機體的相關(guān)信息，比如有機體是從哪兒收集的，它看起來(lái)像什么。該規劃團隊的幾個(gè)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(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(shuō)，最近收集和凍存的動(dòng)植物樣品并不總是經(jīng)過(guò)正確的處理來(lái)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，標準的缺乏最終可能破壞這個(gè)計劃的實(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了大量費用，但是我們可能產(chǎn)生大量無(wú)用的東西�！�
但是Lewin樂(lè )觀(guān)地認為這種情形將不會(huì )發(fā)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么幫助的研究人員包圍著(zhù)。美國諾瓦東南大學(xué)生物學(xué)家Jose Lopez說(shuō)，“嘗試著(zhù)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計劃，旨在對7000種海洋無(wú)脊椎動(dòng)物的基因組進(jìn)行測序�！斑@是一項巨大的工程。我們需要大量的專(zhuān)業(yè)技能和大量的能夠作出貢獻的人參與�！�
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