DNA测序：一个都不能少

生物学家能测量世界上所有动物和植物的基因序列吗，包括照片中印度尼西亚的天堂鸟？

资料来源:Tim lam/国家地理创意

说到基因测序，理想主义者喜欢抛出一些大数据:例如，英国生物银行计划解释50万人的基因组，冰岛计划研究全国所有人的基因组。2月23日，在美国史密森尼生物多样性基因组计划和中国深圳华大基因联合组织的一次会议上，一些研究人员下了更大的赌注:他们宣布了最终对“地球上所有生命”进行测序的计划。

该项目被称为地球生物组学项目(EBP)，尚未收到任何具体的资助，可能至少耗资数十亿美元。加州大学戴维斯分校的进化生物学家哈里斯·列文就是这个小组的成员之一。两年前他们就有了这个想法。列文说，EBP可以通过关注真核生物朝着其大胆的目标迈出第一步，真核生物是一个有机群体，包括所有植物、动物和单细胞生物，如变形虫。

在2017年生物组学会议上，EBP的这一战略和总体概念遇到了一位知心朋友，这次会议是保护生物学家、进化生物学家、系统生物学家和其他对基因组学感兴趣的生物学家的最近一次聚会。“这是一个非常好的主意。”加州圣地亚哥动物园自然保护研究所的保护生物学家奥利弗·赖德说，“如果我们真的想知道生命是如何进化的，基因组生物学将是其中的一部分。”

赖德和一些人把EBP比作人类基因组计划，这也是一个雄心勃勃的、有争议的、技术上看似不可能的项目，始于30多年前。然而，相关的工作不仅最终测量了第一个人类基因组序列，而且还开发了许多位于医学前沿的全新的DNA技术，并成为一个价值200亿美元的产业的基础。列文说:“人们从人类基因组的经验中了解到，它(测序)是生物学的一大进步。”

目前，EBP的许多细节仍在研究中。然而，正如现在提出的，第一步将是详细测量真核生物家族的每个成员(总共约9000个)的DNA，以便建立标准参考基因组或比人类基因组更好的参考。下一步将是对包含150，000到200，000个物种的每个物种进行排序。最后，EBP的参与者将获得150万个已知真核物种的基因组。EBP的组织者、行为遗传学家、伊利诺伊大学卡尔·伍兹基因组生物学研究所所长吉恩·罗宾逊说，这些低分辨率的基因组可以通过与家族参考进行比较或根据需要进行更多测序来得到改善。

史密森尼国家自然历史博物馆的进化生物学家、列文、罗宾逊和EBP的共同组织者约翰·克里斯估计，对整个真核生物进行测序的成本可能相当于对第一个人类基因组进行测序的成本。当时，读取和整理构成人类基因组的30亿个碱基花费了大约27亿美元，相当于今天的48亿美元。它的组织者说，EBP对真核生物的研究可以在10年内完成，并且需要大量的资金。

这种乐观源于DNA测序成本的下降。加州山景完美基因公司的一份报告称，该公司计划在一年内花费约100美元粗略绘制整个真核生物基因组序列。与此同时，测序技术的不断改进也使得研究人员能够以更合理的价格测量更高质量的基因组。列文说:“这在某种程度上非常清楚。有可能对地球上的所有生物进行排序。”

尽管有些人可能认为，研究人员不在人类研究、基础材料研究或宇宙之谜研究上花费数十亿美元是不合理的，但EBP已经有了一个良好的开端，因为几个研究小组正在实施他们雄心勃勃的测序计划。这包括“基因组10K项目”，该项目旨在测量10，000种脊椎动物的基因组序列，包括每个物种中的一个物种。“i5K”项目，旨在解释5000种节肢动物的基因组序列；“B10K”项目旨在对10500种鸟类的基因组进行测序。EBP将帮助协调、汇编和资助这些研究。" EBP概念是一个涵盖所有学术界的学术圈."列文说。

此外，还有来自基因组学巨头的贡献，如中国的华大基因和英国的威康信托桑格研究所。然而，在最近的规划会议上，EBP面临的严峻挑战非常明显，甚至超出了资金范围。尽管来自巴西、中国和英国的研究人员表示，他们的国家在一定程度上渴望参与，但20名与会者强调，需要加强国际化程度，包括发展中国家的参与，特别是那些生物多样性丰富的国家，这将影响项目的最终结果。他们建议EBP帮助排序、培训技术专家并巩固这些领域的相关能力。哥本哈根丹麦自然历史博物馆的进化生物学家托马斯·吉尔伯特(Thomas Gilbert)表示，全球基因组生物多样性网络(GGBN)正在编辑来自世界各地博物馆和其他生物图书馆的列表和样本图像，这将提供所需的大量DNA，但仍需要更广泛的参与。

列文对这个计划非常乐观。在2017年生物组学大会的闭幕演讲中描述了EBP的轮廓后，他被渴望知道他们能做什么的研究人员包围了。"试图把这些部落团结在一起是非常好的。"佛罗里达新东南大学的生物学家何塞·洛佩兹说，他的“部落”已经启动了GIGA项目，该项目旨在对7000种海洋无脊椎动物进行测序。“这是一个大计划。我们需要许多技能和许多做实事的人。”(晋南编)

《中国科学日报》(2017-03-11第三版国际版)