地球生命基因组计划(Earth BioGenome Project,简称EBP)是一项前所未有的科学宏图,其目标是在十年内为地球上所有已命名的真核生物物种绘制完整的基因组序列。作为这场宏大战役的后续,第二阶段(Phase II)计划的重点是利用在第一阶段获得的技术与经验,进一步扩大测序规模,照亮整个真核生命树,为全球生物多样性研究提供深度且系统的基因组数据基础。EBP的愿景不仅仅是科学探索,更是为生物多样性保护、农业安全、医疗健康以及新兴生物产业的发展奠定坚实的基础。这一计划集结了全球多领域科学家和组织的协作,推动了全球科研合作进入新的里程碑。 第一阶段的成功为第二阶段奠定了坚实基础。到2024年底,EBP关联项目已经公布了超过两千个高质量的基因组组装版本,涵盖了五百多个真核生物的科级分类单元。
第一阶段主要集中于完成约一万科生物的参考基因组序列,而第二阶段则将任务升级,目标是在未来四年内完成十五万个物种的参考基因组测序工作。这不仅包含了至少一半公认属的代表物种,同时优先考虑那些生态、经济和文化具有重大意义的物种。这一目标的实现意味着测序产能需要达到每月三千个基因组的生产规模,呈现出巨大的科学与技术挑战。 第二阶段的核心战略围绕三个支柱构建。首先是适应性取样,计划采集并保存三十万个物种样本,确保涵盖生物多样性的广泛分布,并高度重视物种的生态及经济重要性。其次是追求最高质量的基因组序列,促进采用先进的测序技术,保障数据的完整性和准确度,以支持未来的功能解析和比较基因组学研究。
最后则是通过全球公正的合作伙伴关系,实现资源共享、技术普及和成果公平分配,尤其注重促进全球南方国家的能力建设,推动科学公平和生物资源的合理利用。 实现如此庞大规模的项目存在多重挑战。采样工作不仅面对物种的多样性和分布不均,还涉及法律、伦理及文化层面的复杂因素。如何有效组织全球不同区域的采样节点,协调本地专家、原住民族及社区的参与,是项目成功的关键之一。此外,技术方面从样本提取到数据生成再到基因组组装与注释,都需要持续的创新和流程优化,以实现自动化、高通量和高质量的产出。测序小型微生物或单细胞真核生物所需的低样本输入量,以及共生体和污染物的基因组识别和剔除,也都要求前沿的技术方案支持。
随着数据量的爆炸式增长,注释和分析亦成为新的瓶颈。只有精准注释了分子的基因结构和功能,才能将序列数据转化为生物学洞见。人工智能、机器学习等先进手段的引入,已成为提升基因预测和注释准确性的利器。与此同时,建立统一、开放、可追踪的数据系统,对于促进数据共享和保障数据权益同样重要。数据的存储与计算需兼顾效率和环境可持续性,确保项目的碳足迹得以最小化。 EBP特别强调社会层面的公正与包容。
它尊重生物资源产地国家以及原住民族和地方社区在遗传资源开发中的权益,严格遵守国际协议,如联合国生物多样性公约及其《名古屋议定书》。通过建立透明有效的利益共享机制,结合人才培养和技术转移,推动科学成果惠及所有相关利益方。特别是在全球南方,加大建设区域中心和技术节点,支持具有高生物多样性国家的科学自立,从根本上增强全球生物基因组学的多样性和可持续性。 值得关注的是,EBP提出了创新的"基因组实验室盒子"(genomes from a box)概念,计划将便携式高通量测序实验室部署到全球各大区域节点,这不仅大大提升了研发效率,也突破了传统实验室建设的瓶颈。配备完善的试剂、设备和训练支持,区域节点能自主完成从采样到数据生成的全流程,促进本土科研能力的快速提升。 此外,EBP还强调通过建立跨基因组的分析工具和数据库,实现对大量基因组数据的高效整合和应用。
构建覆盖多个物种的全基因组比对、系统进化分析以及功能元素注释,将推进生物学研究进入规模化时代。环境DNA技术与生态监测的结合,更是为保护濒危物种和管理生态系统提供前所未有的手段。 资金投入方面,经过对技术进步和规模效应的重新估算,EBP第二阶段的预算大幅下降至大约11亿美元,相较最初预估节约了数亿美元。整体完成对所有一百六十七万真核物种的测序任务也预计需要39亿美元,结合半亿美元的基础影响基金,形成了总计约44亿美元的长期投资计划。相较于人类基因组计划及其他重大科学基础设施建设,EBP在巨大的科学价值和实际应用潜力面前性价比极高。 地球生命基因组计划第二阶段是一次科学、技术与社会集体智慧的融合盛宴。
它不仅将推动基因组学迈向全新高度,也将为全球生态文明建设贡献卓越力量。伴随着技术创新、生物多样性保护需求的加深,EBP的成果将深刻影响未来农业、环境与健康领域的发展格局。未来,随着三阶段计划的推进,"为生命测序,护卫未来"将不再是理想,而将成为现实。 。
