发起和参与多项科学计划 华大为生物多样性保护贡献科技力量

10月11日-15日,《生物多样性公约》缔约方大会第十五次会议(CBD COP15)第一阶段会议在云南昆明举行。大会最重要的成果是将推动制定“2020年后全球生物多样性框架”,为未来10年乃至更长时间的全球生物多样性保护设定目标和路径。

 

生物多样性是人类生存和发展的基础,保护生物多样性,促进人类可持续发展,是全世界共同的责任和义务。

 

然而,据估计,到2050年将有高达50%的现存物种可能会由于人类活动和气候变化而走向灭绝。全面认识和保护地球的生物多样性已迫在眉睫。

 

目前,依托先进的基因组学技术,华大已经发起和参与了多项生物多样性领域国际合作的科学计划,破译了超过2600种动植物物种的参考基因组,为全球生物多样性保护提供了重要的科技支撑。

 

共同发起EBP计划,破译现存物种基因组

 

科学的保护和利用生物多样性资源,离不开对物种的遗传组成及演化规律的认知。利用先进的基因组学相关技术,我们有机会破译地球上所有现存物种的基因组,并且回答许多生命演化及生物多样性形成有关的基础科学问题,例如地球上所有已知物种的系统发生关系,物种的多样化、适应性及新物种形成的机制等。此外,我们还将有机会找到用于改善农艺性状的新遗传变异,以及为未来的医药和生物材料寻找到新的基因、蛋白质或是代谢物资源。

 

因此,2017年,来自中国、美国、英国、挪威和巴西等多个国家的科学家就联合发起了一项被称为“生物领域登月计划”的宏伟计划——地球生物基因组计划(The Earth BioGenome Project,简称EBP)。该计划力求聚集全世界各领域的科学家,在未来30年内完成地球上150万种生物的基因组测序,对整个地球生命系统进行全面解读,对保护和利用生物多样性具有重要意义。

 

作为EBP计划共同发起者之一的华大,从更早期开始就发起并资助了一系列针对不同生物类群的大型国际合作计划。例如,旨在推进植物相关基础科研、育种及农业应用发展的万种植物基因组计划(10KP),旨在解读全球现存所有鸟类基因组的万种鸟类基因组计划(B10K),旨在推进脊椎动物的起源、演化及发育学研究的万种鱼类基因组计划(Fish 10K)等。

 
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部分华大发起和参与的大科学计划

 

发表SCI论文超500篇,生物多样性研究结硕果

 

依托这些大科学计划,以及与国内外众多科研工作者的紧密合作,华大在生物多样性研究领域累计已经破译超过2600种动植物物种的参考基因组,发表SCI论文超过500篇,取得了一系列重大的科研成果。

 

例如,华大牵头的国际鸟类生命之树研究计划于2014年在国际顶级学术期刊《科学》上以专刊的形式发表了8篇论文,另有20多篇论文在其他杂志同时发表,该计划的成功直接促进了国际上聚焦其他生物类群的大科学计划的产生;2020年,相关研究团队在《自然》杂志上以封面文章形式同期发表了2篇文章,公布了万种鸟基因组计划的阶段性研究成果。

 

在其他脊椎动物基因组研究方面,2021年《细胞》杂志发表了华大与国内外多家单位联合主导的两篇研究文章。文章解析了原始辐鳍鱼类以及现生肉鳍鱼类中,与四足动物亲缘关系最近的非洲肺鱼共五个物种的基因组,揭示脊椎动物从水生到陆生的演化之谜;同年,《自然》杂志先后公布了华大与多家单位共同完成的鸭嘴兽基因组研究成果和狨猴基因组研究成果,这些研究对哺乳动物性染色体以及其他重要性状的演化过程提供了重要的知识。

 
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脊椎动物从水生到陆生的演化历程

 

2020年,基于对10KP计划中的深海单细胞绿藻的基因组研究,华大科学家联合国际多个团队在《自然-生态和演化》杂志上首次报道了绿色植物的一个新门类—“华藻门”。此前绿色植物主要包含两大门类:链型植物(包含轮藻门和所有的有胚植物)和绿藻门,而“华藻门”作为最早分化出的新门类,将彻底改变绿色植物的分类,是我国科学家首次在物种“门”这一高级别分类上的突破性发现。

 
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绿色植物界新门类“华藻门”

 

以菊科蔬菜作物生菜为研究对象,华大组装获得染色体水平的生菜参考基因组,相关成果于2017年发表在《自然-通讯》。此后,华大对来自全球47个国家的445份生菜种质资源进行重测序研究,全面揭示了生菜驯化历程及相关遗传性状之谜,相关成果于2021年发表于《自然-遗传》。这些研究还将推进我国在生菜资源搜集和科学研究领域的综合水平,实实在在地提升我国生菜育种水平及其他作物的种质创新。

 
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6000年的生菜驯化历史

 

基因组研究为濒危物种保护提供科学支撑

 

多年来,华大在基因组学领域的相关研究成果,为大熊猫、朱鹮、华南虎等濒危物种的保护提供了重要的科学支撑。

 

从2010年开始,华大第一次全面系统地对大熊猫基因组进行测序研究;2012年,重建了大熊猫从起源至今连续的种群演化史;2021年,发布了迄今为止最高质量的大熊猫参考基因组,这些研究不仅提供了有价值的数据基础,也进一步揭示了大熊猫繁殖率低的遗传基础,为大熊猫的保护保育提供了有科学依据的指导。

 

从2011年起,华大同西安交通大学合作绘制朱鹮全基因组系列图谱,有望破解朱鹮濒临灭绝的原因,降低朱鹮的高死亡率;2019年,华大、西班牙庞培法布拉大学、丹麦哥本哈根大学等单位的科学家们联合全球多家博物馆机构,结合历史和现代样品揭示了朱鹮群体历史演化特征,为濒危鸟类朱鹮的保育工作提供了重要的参考。

 

在2018年,通过华南虎高质量基因组的组装,华大对华南虎的濒危状态和程度进行了迄今为止最全面的评估,为华南虎的遗传拯救提供了及时且必要的科学支撑。

 

此外,在生物多样性资源的长期保存上,华大生命科学研究院负责组建和运营的深圳国家基因库,基于“读”、“写”、“存”的有机联动,借助先进的生物技术,在转化和存储活体资源的同时,将生物信息以数字化的形式永久保藏,以便科研工作者进行深度挖掘和利用,为生物多样性的保育和研究提供更深入、全面的支撑。

 

目前,国家基因库已建成千万级样本存储能力、691万亿次/秒计算能力、Pb级数据产出能力以及百万碱基/年基因组合成支撑能力,为生物多样性领域提供了千种植物数据库、万种鸟基因组数据库、千种鱼转录组数据库、谷子数据库、微生物组数据库等专有数据库,提供优质数据及专用分析工具,供科研人员挖掘和使用。

 

在未来,华大期待依托生命科学的力量,为生物多样性相关研究提供支撑,为人类找到科学有效、可持续的方法,实现人与自然的和谐相处提供助力,让其他物种和人类一起,继续多姿多彩、生生不息,为生物多样性保护贡献一份力量。

 

本文转载自公众号:华大BGI

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