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Science:科学家提议对地球所有生命测序

摘要 : 说到基因测序,理想主义者喜欢抛出一对大数据:例如英国生物库计划解译50万人的基因组,冰岛计划研究该国所有人的基因组。2月23日,在由美国史密森尼生物多样性基因组学计划和中国深圳华大基因共同组织的一次会议上,一小群研究人员甚至将赌注押得更高:宣布他们计划最终对“地球上的所有生命”进行测序。

 

生物学家能测量全球所有动植物基因序列吗,包括图中来自印度尼西亚的天堂鸟?

说到基因测序,理想主义者喜欢抛出一对大数据:例如英国生物库计划解译50万人的基因组,冰岛计划研究该国所有人的基因组。2月23日,在由美国史密森尼生物多样性基因组学计划和中国深圳华大基因共同组织的一次会议上,一小群研究人员甚至将赌注押得更高:宣布他们计划最终对“地球上的所有生命”进行测序。

他们的计划被称作地球生物基因组计划(EBP),目前尚未收到任何具体资助,且可能至少耗费数十亿美元。加州大学戴维斯分校进化生物学家Harris Lewin是该群体的成员,他们在两年前有了这个设想,Lewin表示EBP可通过聚焦真核生物——包括所有植物、动物和单细胞有机物如变形虫的有机物群体,在实现其大胆的目标上迈出第一步。

这一战略和EBP的整体概念在2017年生物基因组学会议上遇到了知音,这是近日保护生物学家、进化生物学家、系统生物学家和其他对工作中应用基因组学感兴趣的生物学家进行的一次集会。“这是一个非常好的想法。”加州圣迭戈动物园自然保护研究所保护生物学家Oliver Ryder说,“如果我们真的想了解生命如何演化,基因组生物学将是其中的一部分。”

Ryder和一些人将EBP和人类基因组计划进行对比,后者在30多年前一开始也是一项雄心勃勃、充满争议、在技术上貌似不可实现的项目。然而,相关工作最终不仅测出了首个人类基因组序列,还开发了处于医学前沿的许多全新DNA技术,并成为价值200亿美元的产业的基础。Lewin说:“人们已经从人类基因组经验中了解到它(测序)在生物学上是一个巨大的进步。”

目前,EBP的许多细节仍在研究之中。但正如现在提出的,第一步将是详细地测量真核生物家族(总体约有9000个)每个成员的DNA,从而建立标准参照基因组或比人类基因组更好的参照。下一步将是对每类包含15万至20万属种的物种进行测序。最终,EBP参试者将获得已知真核物种的150万个基因组。EBP组织者、行为遗传学家、伊利诺伊大学卡尔·伍斯基因组生物学研究所所长Gene Robinson说,这些低分辨率基因组可以根据需要通过将其与家族参照进行对比或进行更多测序而得到提升。

Lewin、Robinson和EBP共同组织者、史密森尼国家自然历史博物馆进化生物学家John Kress估测,整个真核生物测序工作的花费可能相当于首个人类基因组测序的花费。彼时,读取和整理构成人类基因组的30亿个碱基花费了约27亿美元,这在今天相当于48亿美元。其组织者表示,如果有相当可观的资助,那么EBP的真核生物研究可能在10年之内完成。

这样的乐观态度源于DNA测序成本的不断下降,来自加州山景城完美基因公司的一名报告人称,该公司打算在一年内花费约100美元粗略绘制整个真核生物基因组序列。同时,测序技术的不断提高也使得研究人员用更合理的价格测出更高质量的基因组成为可能。Lewin说:“这在某种程度上非常明确,对地球上所有生物进行测序是可能的。”

尽管一些人可能觉得研究人员没有把数十亿美元花费在人类研究、物质基础研究或神秘宇宙研究上有些不合理,但由于若干研究学界在追逐其雄心勃勃的测序计划,EBP已经产生了有利的开端。这包括“基因组10K计划”,它旨在测量1万个脊椎动物的基因组序列,包括每个种属内的一个物种;“i5K”计划,它旨在解译5000种节肢动物基因组序列;“B10K”计划,它旨在对10500个鸟类物种进行基因组测序。EBP将帮助协调、编纂以及资助这些研究。“EBP概念是涵盖所有学术界的一个学术界。”Lewin说。

此外,还有来自基因组学领域巨头的贡献,比如中国的华大基因、英国的惠康信托桑格研究所等。但在近日的计划会议上,EBP面临的严峻挑战非常清晰,甚至超过了资金的范畴。尽管来自巴西、中国和英国的研究人员表示他们的国家在某种程度上都非常渴望参与,但参与会议的20人均强调加强国际化程度的必要性,包括发展中国家尤其是那些拥有丰富生物多样性国家的参与将会影响该计划的最终结果。他们提议EBP帮助那些地区测序、培训技术专家及夯实其相关能力。哥本哈根丹麦自然历史博物馆进化生物学家Thomas Gilbert说, 全球基因组生物多样性网络(GGBN)正在编辑来自全球博物馆和其他生物库的清单和标本图像,这将会提供所需要的许多DNA,但仍需要更广泛的参与。

Lewin对该计划非常乐观。 他在2017生物基因组学会议闭幕发言中描述了EBP的轮廓之后,被研究人员团团围住,他们渴望知道自己可以做些什么。“设法将这些‘部落’聚在一起非常好。”佛罗里达诺瓦东南大学生物学家Jose Lopez说,他的“部落”已经启动GIGA——旨在对7000种海洋无脊椎动物进行测序的一个项目。“这是一个大计划。我们需要很多技能和许多做实事的人。”

原文链接:

Biologists propose to sequence the DNA of all life on Earth

原文摘要:

When it comes to genome sequencing, visionaries like to throw around big numbers: There’s the UK Biobank, for example, which promises to decipher the genomes of 500,000 individuals, or Iceland’s effort to study the genomes of its entire human population. Yesterday, at a meeting here organized by the Smithsonian Initiative on Biodiversity Genomics and the Shenzhen, China–based sequencing powerhouse BGI, a small group of researchers upped the ante even more, announcing their intent to, eventually, sequence “all life on Earth.”

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