PNAS｜地球生物基因组计划的起步之年

全球有大约有180万种已经被命名的真核生物（具有细胞核结构的生物，一般较为高等），2018年11月启动的地球生物基因组计划（Earth BioGenome Project, EBP）旨在对所有的这些已知的真核生物进行基因组测序，以基因组数据和基因组学研究促进全球生物多样性的保护和利用。

这个雄伟的计划由加州大学戴维斯分校基因组学家哈瑞斯·莱文等人和华大集团的基因组学家杨焕明、徐讯、张国捷等联合倡议启动。EBP的前两年（即2018-2020年）为项目的启动阶段，从2020年底项目第一阶段开始，过去的一年是项目的起步之年，也是取得重要进展的一年。

近日，《美国科学院院刊》（PNAS）发布了EBP特别专辑，其中收录了两篇华大参与的文章，重点回顾了EBP项目在起步之年取得的重大进展和未来面临的挑战，以及绿色植物基因组研究的现状。

PNAS 官网截图

制定标准与规范，推动更大范围的国际合作

对于项目的前两年而言，核心任务是推动国际合作，吸纳更多团队和合作方加入，同时，制订一系列的标准和规范，各方在约定的规范下，有计划地完成更多的基因组测序工作。

为此，EBP项目完善了整体的组织和管理，建立了包括样本收集和凭证中心、基因组技术中心、附属专项中心等国际交流组织，并制定了多项标准规范，内容涉及项目参与、数据分享、知识产权获取及分享等，并以此来促进项目参与者的多元化、公平性、包容性、正义性。

在制订项目合作框架的基础上，目前43个EBP附属项目，涵盖了大多数主要的真核生物类群，对博物馆藏品和野外生物学家提供的数万个高质量样本进行了存取。成员机构和附属项目的地理多样性，则涵盖了除南极洲外，其余所有大陆的21个国家。作为非洲生物基因组计划的一部分，第一批非洲生物多样性基因组项目在2021年上线。未来，EBP还计划将成员机构和附属项目进一步扩展到世界其他生物多样性地区，包括印度次大陆、东南亚和南美洲。EBP的最终成功，需要在发展中国家建立科学能力。

3200余个科级别参考基因组，第一阶段目标完成34%

在启动阶段，基因组测序工作已经有条不紊地开展起来，完成了对1,719个真核生物物种的基因组测序。所有这些物种的基因组组合，都存放在公共的数据库中。其中，有316个达到了“参考基因组”水平，即符合EBP制订的“参考基因组”标准。

这些基因组代表了分类学上200多个不同的非冗余的科。在此之外，还有3,021个科级别的参考基因组在2021年完成。因此，到2021年底，即项目的第一个完整年度，大约有3,200个科级分类至少有一个参考基因组被采样，这相当于完成了项目第一阶段目标的34%。

随着项目的推进，其他具有互补性目标的大规模倡议也加入了项目中，成为附属项目，包括BIOSCAN和全球病毒组计划（Global Virome Project）等。 BIOSCAN的目标是获取地球上的每一个真核生物物种的DNA标签（DNA barcode），这对EBP的样本可靠性验证和获取稀有样本进行测序至关重要。与全球病毒组计划的合作，则创造了一个令人兴奋的途径，以确定与其宿主物种相关的潜在致病病毒，并为生物监测战略的开发提供了可能。这些项目之间的高度协调，将对生物多样性研究和社会成果产生协同效应。

未来，挑战依然存在

然而，项目在取得重大进展的同时，也面临着极大的挑战。其中，最大的挑战在于难以获得样本。虽然大约50%分类学上科级别的样本，可以从全球基因组多样性网络（Global Genome Biodiversity Network）的现有样本中获得，但是从许多国家获得样本可能需要不同的许可程序，少则持续数周，多则持续数年。此外，还有更多的样本需要重新采集，这也带来了样本鉴定、保存和运输等方面的巨大挑战。

与此同时，在获得样本的基础上，对如此众多的物种进行测序，其工作量也是巨大的。按照项目计划，第一阶段，每年必须生产近3,000个基因组，即在3年内完成大约一万个基因组测序，这同样给样本采集、运输、测序，以及后续的数据分析，带来了极大的挑战。

此外，完成项目所需的经费也是巨大的，当前的组织方式是让更多的附属项目自行筹措经费，后续进一步协助各个附属项目申请经费，并获得更多项目整体执行的经费，这都将是重要的挑战。

鉴于地球生物多样性的不稳定状况，地球生物基因组计划及其附属项目必须实现其宏伟的目标。用大卫·艾登堡的话说：“灭绝即永恒，我们必须马上行动。”（Extinction is forever—so our action must be immediate.）

每个真核生物物种都是数百万年进化的产物。它们的基因组中记录的秘密，可以从根本上改变我们对地球上生命进化的理解—它的存在和本质—并可能带来全新的方法，以减轻气候变化对生物多样性的影响，改善农业，发展可持续的全球生物经济，拯救物种和修复生态系统，以及预防未来的大流行病。地球生物基因组项目的开展，意义重大。