“計劃通過對地球上的生命進(jìn)行基因、表型、生態(tài)等方面信息和知識的梳理、歸納和分析，發(fā)現(xiàn)隱藏在數(shù)據(jù)背后的生命規(guī)律，最終實現(xiàn)‘數(shù)字化動植物，數(shù)字化地球’的宏偉目標(biāo)。”華大基因副總裁、首席技術(shù)官方曉東所說的“計劃”，是華大基因近日發(fā)布的“生命周期表計劃”。

    此前，華大基因CEO尹燁發(fā)布“2020計劃”及“生命周期表計劃”時表示，“生命周期表計劃”的開展，意義并不亞于“元素周期表”。

    基因測序+數(shù)據(jù)挖掘 探尋生命之樹秘密

    對于生命科學(xué)來說，在生命周期中起著類似化學(xué)元素在化學(xué)中基礎(chǔ)性作用的是基因。然而，生命個體的基因遠(yuǎn)比化學(xué)元素復(fù)雜。

    “像化學(xué)家從各種物質(zhì)中鑒別出元素那樣，我們先要從豐富的物種中通過測序檢測出盡可能多的基因。這就是生命周期表計劃的基礎(chǔ)部分——針對地球上所有物種的基因組測序。”方曉東告訴科技日報記者，難點在于收集世界各地不同來源的物種樣本，生物樣本的采集、授權(quán)和轉(zhuǎn)移寄送并非易事。

    有了物種樣本后，科研人員借助高通量測序技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析挖掘。“首先要獲得目標(biāo)物種的基因組序列圖譜。為確保測序的準(zhǔn)確性，我們要保證測序數(shù)據(jù)量平均覆蓋全基因組幾十甚至上百次，并通過足夠聰明的算法和高性能的計算機來推算出目標(biāo)基因組的序列，進(jìn)而根據(jù)分子進(jìn)化論計算推斷出物種的譜系關(guān)系。”方曉東說，這些生物大數(shù)據(jù)，不僅體量巨大，維度也非常高，要挖掘隱藏在背后的生命運行規(guī)律非常困難，譜系關(guān)系相對還是比較簡單的分析。

    華大基因的研究，希望通過對生命數(shù)據(jù)的積累，促進(jìn)生命科學(xué)研究從量變到質(zhì)變奇點的發(fā)生，讓人類更好地了解生命運行規(guī)律，與大自然和諧相處。

    首選哺乳動物 為保護(hù)瀕危動物打call

    “生命周期表”計劃第一期測序?qū)ο筮x擇了哺乳綱。用方曉東的話來說，“幾乎找不到不選它的理由”，不僅是因為哺乳綱和人類的生存發(fā)展息息相關(guān)，也是基于多年來研究動植物基因組的經(jīng)驗。

    “我們和國內(nèi)多家動物園、科研單位合作，拿到了很多哺乳綱樣本的材料。”方曉東表示，相對其他物種，哺乳動物的基因組在大小和復(fù)雜度上較簡單，這便于在現(xiàn)有技術(shù)條件和經(jīng)費下，更好更快地完成生命周期表計劃的前期成果，為后續(xù)研究提供更多經(jīng)驗和技術(shù)儲備。

    鼠兔到底是鼠還是兔？大熊貓是熊還是浣熊，為啥它們不愛吃肉？“鼠兔是指兔亞科鼠兔屬動物，是跟普通大白兔很接近的動物。鼠兔的種屬分類以前就搞清楚了，基因測序進(jìn)一步證實了上述關(guān)系。”方曉東直言，通過對北京奧運會吉祥物熊貓“晶晶”的測序研究，進(jìn)而為大熊貓歸屬于熊科動物提供論據(jù)，還解釋了大熊貓不喜歡吃肉，是因為感受肉類鮮美的T1R1基因失去活性。

    值得關(guān)注的是，基因測序研究也為瀕危動物保護(hù)提供了重要參考。華南虎目前數(shù)量上升很快，但整個種群全是6只華南虎的后代，基因多樣性堪憂，被世界自然保護(hù)聯(lián)盟列為極度瀕危的十大物種之一。

    “在無法改變近親繁殖現(xiàn)狀的情況下，必須加強基因病的研究，控制有害基因擴大化。”方曉東建議，對現(xiàn)存種群個體進(jìn)行全面測序，保存盡可能多的華南虎基因信息，以便盡快探索使用基因編輯等技術(shù)來防治華南虎基因病。

    解碼生命奧秘 已測序500多種高等動植物

    目前，全球已測序高等動植物中（含未公布），39%由華大基因和合作伙伴共同完成，已測序的高等動植物有500多種。“生命周期表”在此基礎(chǔ)上，擬完成5600多種哺乳動物的測序，其后將逐步完成物種數(shù)字化計劃。

    “代表性的動物有常見的家畜，如豬、馬、貓、狗等，以及動物園里的明星——熊貓、獅虎、大象等。植物則包括了禾本科的水稻小麥等，以及豆科、茄科、薔薇科和十字花科等植物。”方曉東稱，這些物種的測序分析，極大推進(jìn)了對生命之樹的整體認(rèn)識。比如，厘清了動物中一些物種在進(jìn)化樹上的位置關(guān)系，證實了植物中一些物種單倍體和多倍體的演化順序，后續(xù)要擴大范圍實現(xiàn)物種全覆蓋。

    尹燁透露，“生命周期表計劃”第一期測序?qū)ο鬄楝F(xiàn)存27目157科的哺乳綱，已有超過127科物種被認(rèn)領(lǐng)。項目組將通過眾籌的方式，推動該科物種的基因組分析、解讀和知識傳播、保護(hù)。

    “關(guān)于植物的選擇，第一期會優(yōu)先啟動藥用植物計劃，這符合我國中醫(yī)藥發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，與大眾健康密切相關(guān)。”方曉東說，中長期計劃則是在3-5年內(nèi)，覆蓋所有代表性的開花植物，甚至解密所有的動植物基因組，構(gòu)建物種的生命周期表。