终极目标：对地球上所有生物进行基因测序

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当谈及基因组测序时，理想家喜欢抛出大的数字：比如，英国生物库（UK Biobank）希望破译出50万人的基因组，或者冰岛努力研究它的整个人口的基因组。2017年2月23日，由史密森尼生物多样性基因组学计划（Smithsonian Initiative on Biodiversity Genomic）和位于中国深圳的测序龙头公司华大基因（BGI）组织的在美国华盛顿哥伦比亚特区召开的一次会议上，一小群研究人员甚至提出更大的目标：宣布他们的意图是最终对“地球上的所有生物”进行测序。

他们的计划被称作地球生物基因组计划（Earth BioGenome Project, EBP），迄今为止并没有明确的资金投入，但是可能需要至少几十亿美元。作为两年前提出这个愿景的这个小团队的一员，美国加州大学戴维斯分校进化基因组学家Harris Lewin说，EBP为实现这个大胆的目标将采取的第一步就是着重关注真核生物，即包括所有植物、动物和阿米巴等单细胞生物在内的有机体群体。

这一策略和EBP的整体观念在BioGenomics2017上发现了乐于倾听的听众。BioGenomics2017是本周由自然保护主义者、进化生物学家、分类学家和将基因组学应用于研究中的其他生物学家参加的一个集会。美国加州圣地亚哥动物园保护研究所保育生物学家Oliver Ryder说，“这是一个伟大的构想。如果我们真地想要理解生物如何进化，那么基因组生物学将会是其中的一部分。”

Ryder和其他人将EBP和人类基因组计划（HGP）进行类比。HGP是30多年前开始提出的一项宏伟的、充满争议的而且当时在技术上不可能实现的计划。这项更早提出的计划最终不仅导致对首个人类基因组进行测序，而且也导致全新的DNA技术出现。这些技术如今是很多医学前沿的中心，而且成为一个200亿美元行业的基础。Lewin说，“人们已从人类基因组计划中了解到测序是生物学上的巨大进步。”

关于EBP的很多细节仍然正处于制定之中。但是正如当前提出的那样，第一步是在大约总共9000个真核生物科（eukaryotic family）中，非常详细地对每个真核生物科的一个成员的DNA进行测序，从而获得与人类参考基因组相当或比人类参考基因组更好的参考基因组。接着，在15万～20万个真核生物属（eukaryotic genera）中，对来自每个属的一个物种的DNA进行测序，但测序的详细程度较差一些。最后，针对剩下的150万个已知的真核生物物种（eukaryotic species），EBP参加者将对它们的基因组进行粗略地测序。EBP组织者之一、美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校卡尔-伍斯基因组生物学研究所主任、行为基因组学研究员Gene Robinson说，通过将这些较低分辨率的基因组序列与真核生物科参考基因组进行比较，或者开展更多的测序，可能能够对它们加以改进。

Lewin、Robinson和EBP组织者之一、史密森尼国家自然历史博物馆进化生物学家John Kress估计，这个全部真核生物计划可能需要的费用大约与对首个人类基因组进行测序（即HGP）所需的费用相同。HGP花费了大约27亿美元对组成人类基因组的30亿个碱基对进行读取和排序，这一费用按照如今的美元衡量大约是48亿美元。EBP组织者指出，如果获得与HGP相比拟的大量支持，那么EBP的这个真核生物计划可能在十年内完成。

这样的乐观估计源自于不断下降的DNA测序成本和改进的测序技术。来自位于美国加州山景城的Complete Genomics公司的一名会议演讲者说，他的公司计划能够在一年内以大约100美元的费用对完整的真核生物基因组进行粗略地测序。改进的测序技术使得以合理的费用获得更高质量的基因组序列成为可能。Lewin说，“对我而言，显而易见的是在某个时间点上，对地球上的所有生物进行测序将是可能的。”

尽管一些人可能发现这种几十亿美元的费用很难为不探究人类的研究人员提供正当的理由，但是多亏追求自己的宏伟测序计划的几个研究界的努力，EBP取得有利的先端。这些研究界包括一万基因组计划（Genome 10K Project），试图对1万种脊椎动物的基因组进行测序；i5K，努力破译5000种节肢动物的基因组；B10K，期待破译所有的10500种禽类物种的基因组。EBP将有助整合、汇集和甚至资助这些计划。Lewin说，“EBP就是研究界中的研究界。”

也有测序贡献来自基因组学领域的龙头公司，如中国华大基因，英国韦尔科姆基金会桑格研究所。但是在本周举行的这次规划会议上，明显的是，EBP面临着重大的挑战，这些挑战甚至还不只是资金资助方面。尽管来自巴西、中国和英国的研究人员说，他们的国家迫切地期待以某种方式参与进来，但是入会的20个人（组成一个规划团队）强调EBP需要与发展中国家（尤其是那些具有丰富生物多样化的国家）之间进行更加国际化的合作，从而有助制定这个计划的最终形式。他们提出EBP可能能够为这些国家培养测序和其他技术上的专家和技能。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（Global Genome Biodiversity Network，GGBN）正在汇集全球博物馆和其他生物资源库的样品清单和图像，它可能提供所需的很多DNA，但是更加广泛的参与是比较重要的。

这个规划团队也强调还需要制定出标准以便确保高质量的基因组序列和保存每个被测序的有机体的相关信息，比如有机体是从哪儿收集的，它看起来像什么。该规划团队的几个人注意到，从野外获得DNA样品可能最终是最大的挑战，而且可能耗费最大的成本。不是所有的博物馆样品产生保存完好的DNA用于获得高质量的基因组序列。华大基因和丹麦哥本哈根大学进化生物学家Guojie Zhang说，最近收集和冻存的动植物样品并不总是经过正确的处理来保存它们的DNA。美国洛克菲勒大学神经生物学家Erich Jarvis注意到，标准的缺乏最终可能破坏这个计划的实用性，“我们可能为针对地球上所有物种的基因组测序花费了大量费用，但是我们可能产生大量无用的东西。”

但是Lewin乐观地认为这种情形将不会发生。当他在BioGenomics2017上的闭幕致辞中提出EBP的纲要后，他被迫切地想要知道能够提供什么帮助的研究人员包围着。美国诺瓦东南大学生物学家Jose Lopez说，“尝试着将不同的研究界汇集在一起是不错的想法。”Lopez所在的研究界发起GIGA计划，旨在对7000种海洋无脊椎动物的基因组进行测序。“这是一项巨大的工程。我们需要大量的专业技能和大量的能够作出贡献的人参与。”

原始出处：
Thumbs Up for U.K. Biobank
Jocelyn KaiserMar. One thousand genes you could live without. Science, Mar. 25, 2015, doi:10.1126/science.aab0372.
Global Biodiversity Genomics Conference
DNA Sequencing Market Will Exceed $20 Billion, Says Illumina CEO Jay Flatley
Elizabeth Pennisi. Biologists propose to sequence the DNA of all life on Earth. Science, Feb. 24, 2017, doi:10.1126/science.aal0824.