从1%到领跑全球基因研究，中国凭啥惊艳世界 | 杨焕明

编者按

　　2003年4月14日，美、中、英、日、德、法等国联合宣布，人类基因组序列图提前绘制完成。至此，被誉为生命科学“登月计划”的人类基因组计划（Human Genome Project，HGP）告一段落。

　　杨焕明，基因组学家、中国科学院院士。他是作为中国代表首次参与国际HGP计划的科学家之一，他经历、见证并参与了国际和国内HGP从讨论、实施到完成的全部过程。

　　如今，基因检测技术已“走进寻常百姓家”，而在二三十多年前，即便是科学家，对于基因检测技术也很陌生。

　　转变始于那一刻。

　　2003年4月14日，美、中、英、日、德、法等国联合宣布，人类基因组序列图提前绘制完成。该序列图覆盖了人类基因组所含基因区域的99%，精确率达到了99.99%。至此，历时10多年，耗资27亿美元，被誉为生命科学“登月计划”的人类基因组计划（Human Genome Project，HGP）终于以人类基因组序列图提前绘制完成告一段落。中国作为唯一参与这项计划的发展中国家，承担了其中1%的任务，完成了3号染色体上3000万个碱基对的测序工作。

　　正是这看似不起眼的1%，促使中国成为了全球率先能够独立完成大型基因组分析的国家之一，带动中国基因组学研究跻身世界前列。相关领域的发展也从追赶实现并跑，甚至部分细分领域的领跑。

　　“也许1%对整个项目而言有些微不足道，但它的实施给我国基因组学发展所带来的意义却是重大的。如果我们不加入，未来生物技术领域将永远仰人鼻息。”时隔多年，中国科学院院士、HGP中国项目发起人杨焕明如是阐释当初加入HGP的原因。

杨焕明

来源 | 中国科学院大学

“改写中国生命科学地位的契机”

　　1990年，美国启动人类基因组计划，希望联合英、日、法、德等国，用15年完成人体23对染色体30亿个碱基对的测序任务，绘制出4张图：遗传图、物理图、序列图、转录图。

　　“我们立刻意识到，这是改写中国生命科学地位的契机。假如我们不做，错过历史机遇，我们就是罪人。”杨焕明说。

　　1997年11月，中国遗传学组青年委员会第一次会议召开。在这次会上，杨焕明等人建议中国加入“人类基因组计划”，并明确提出了一整套构想。正是这套构想，促成了日后中国科学院遗传研究所人类基因组中心的诞生、运转和发展壮大。

　　1999年7月，国际人类基因组测序协作组登记。杨焕明等人以中国科学院遗传研究所人类基因组中心的名义申请加入“国际测序俱乐部”。国际人类基因组组织批准了中国专家的申请，并在网上公布了中国科学院遗传研究所人类基因组中心的注册。国际人类基因组计划组织负责人将该中心称为“BEIJING CENTER”——“北京中心”。

　　从此，“北京中心”频繁出现在国际人类基因组组织的各个场合。

　　1999年9月1日，人类基因组第五次战略讨论会在伦敦召开。此时距人类基因组“工作草图”的完成时间只有半年多，而这次会议就是最后确定各国科学家承担的任务，能否分到这块“蛋糕”，成败在此一举。

　　作为人类基因组计划国际组织中国联系人，杨焕明不卑不亢、有张有弛的陈述，展示了“北京中心”的科研能力。国际同行一致认为，中国科学院遗传研究所人类基因组中心的设备运行情况已达到国际先进水平，中国科学家已掌握基因测序的技术关键和细节。

　　会议最后确定中国承担1％的测序任务，也就是3号染色体短臂上约3000万个碱基对的测序。中国从而成为继美、英、德、日、法之后第6个参与人类基因组计划的国家，也是唯一的发展中国家。

得到国外同行认可

　　按计划，人类基因组“工作草图”在2000年春末完成。只有不到一年的时间，中国人能否和国际同行同步登上这座高峰？这是一个极为严峻的挑战。

　　1999年9月9日9时，北京顺义空港工业区，一个简单的中国“1％项目”动员大会准时举行。为了抢时间，大规模的基因测序于1999年10月1日正式开始。科研人员利用14台测序仪对基因材料——碱基进行测序。

　　与此同时，科技部、中国科学院和国家高技术计划生物领域专家委员会经过论证决定给予最大支持。1％任务被分解到国家人类基因组南方中心和北方中心，科学家联起手来，开始了向人类基因组计划的最后冲刺！

　　没有节假日和周末，所有人都倾尽全力，以按期完成任务。测序过程中，科学家发现3号染色体短臂的DNA片段富含重复序列，常规“鸟枪法”测序误差率高达15%。团队创新性地采用“克隆池分级筛选法”——将DNA切割成15万个片段，通过大肠杆菌克隆扩增后逐级比对。“这就像把一本撕碎的书拼回原样，但每页都有大量重复字句。”原HGP中国项目核心成员汪建回忆说。

　　2000年5月，美国冷泉港，人类基因组再次举行战略会议，参与公共人类基因组计划的6国科学家聚集一堂。此时各个研究中心所承担的测序任务都已接近尾声或已做完。

　　当杨焕明汇报中国承担的任务全部完成时，热烈的掌声随即在全场响起。“Wonderful！Wonderful！Wonderful！”美国人类基因组计划负责人向杨焕明祝贺。3个“Wonderful”，表达出对中国科学家的赞扬和敬意。

真正理解了开放合作的分量

　　2001年2月15日，《自然》（Nature）杂志发表由美、英、日、德、法、中六国科学家共同完成的人类基因组序列草图。这篇长达62页的封面文章，不仅是人类基因组计划的一个重要里程碑，也开创了一种史无前例的国际协作新篇章。

Nature杂志2001年2月15日封面

来源 | 《自然》杂志网站

　　对于我国而言，更深远的意义在于，中国从此获得HGP数据完全共享权，并参与制定国际基因数据使用规范。

　　“过去我们只能购买二手数据库，现在可以直接参与规则制定。”浙江大学医学院教授祁鸣举例，中国团队基于HGP数据发现的3号染色体短臂上的LCN2基因，现已被证实与肝癌转移密切相关，相关专利授权至美、欧多家药企。

　　这场“科学入世”更重塑了中国的科研生态。继完成人类基因组计划的1%任务后，国内科学家还承担了“国际人类基因组单体型图计划”的10%任务、第一个“亚洲人基因组图谱”（“炎黄一号”）的100%任务，同时，主导及参与了地球生物基因组计划（EBP）、国际千人基因组计划、人体肠道微生物基因组研究计划（MetaHIT）等大型国际科研项目，完成了水稻、家蚕、家鸡等物种的基因图谱绘制……多项具有国际影响力的研究成果，奠定了中国在生命科学领域中的领先地位。

　　但在HGP亲历者眼中，最珍贵的遗产是科研理念的转变。“过去我们习惯‘单打独斗’，这1%让中国科学界真正理解了开放合作的分量。”杨焕明说。

　　20多年来，人类基因组计划对生命科学发展和人类社会都产生了巨大的积极影响。

参考文献：

[1] DNA何时实现“随手测”[N]. 科技日报,2023-12-14(005).

[2] 解码中国基因研究从跟跑到领跑[N]. 中国青年报,2023-06-27(001).

[3] 破译“生命天书”二十年 中国基因组研究跻身世界前列[N]. 科技日报,2021-06-28(003).

[4] “生命天书”破译20年[N]. 中国青年报,2021-07-20(012).

[5] 大科学计划概述：人类基因组计划[OL].中国科学院网站,2004-02-23.

[6] 持续解读生命密码[J].创新科技,2012(02).

中国科学家博物馆出品