地球生物基因组计划旨在对地球上所有180万种已描述的复杂生命物种进行基因组测序。
对所有复杂生命形式进行基因组测序，意味着科学家可以探索物种间的差异，从而进行比较并催生非凡的创新。
技术进步使此类项目不仅可行，而且成本可承受。
地球生物基因组计划是一个全球性联合体，旨在十年内对地球上所有复杂生命（约180万种已描述物种）进行基因组测序，目前正在加速推进。
该项目的起源、目标与进展已在两篇多位作者撰写的论文中予以详细阐述发表 于今日。项目一旦完成，将从根本上改变生物学研究的开展方式。
具体而言，研究人员将不再局限于少数“模式物种”，而是能够挖掘任何具有有趣特征的生物的DNA序列数据库。这些新信息将帮助我们理解复杂生命如何演化、如何运作，以及如何保护生物多样性。
该项目最早于2016年提出，我荣幸地于2018年在伦敦启动仪式上发表讲话。该项目目前正从启动阶段过渡到全面规模化生产。
第一阶段的目标是对地球上每个生物分类科（约9,400个）各测序一个基因组。到2022年底，其中应有三分之一的物种完成测序。第二阶段将对全部18万个属各选取一个代表进行测序，第三阶段则标志着所有物种测序的完成。
奇特物种的重要性
地球生物基因组计划的宏伟目标是对地球上所有180万种已描述的复杂生命物种进行基因组测序。这包括所有植物、动物、真菌以及具有真核细胞核的单细胞生物（即所有“真核生物”）。
虽然小鼠、拟南芥、果蝇和线虫等模式生物在我们理解基因功能方面发挥了极其重要的作用，但能够研究其他可能以略有不同方式运作的物种，同样具有巨大优势。
许多重要的生物学原理都源于对冷门生物的研究。例如，基因的发现广为人知，是格雷戈尔·孟德尔在豌豆中完成的，而支配基因的规律则是在红面包霉中发现的。
DNA最早是在鲑鱼精子中被发现的，而我们对某些维持其稳定性的系统的认识，则来自对缓步动物的研究。染色体最早是在黄粉虫中观察到的，性染色体则是在一种甲虫中发现的（性染色体的作用与演化也已在鱼类和鸭嘴兽中得到研究）。而覆盖染色体末端的端粒，则是在池塘浮藻中发现的。
解答生物学问题与保护生物多样性
比较亲缘关系近和远的物种，为发现基因的功能及其调控机制提供了巨大的力量。例如，在另一篇同样巧合于今日发表于PNAS的论文中，我和堪培拉大学的同事发现今日发表，澳大利亚飞龙蜥的性别是由性别基因的染色体邻近区域调控的，而非DNA序列本身。
世界经济论坛如何推动生物多样性？
科学家还利用物种比较来追溯基因和调控系统的演化起源，这可以揭示在近十亿年间基因功能令人惊讶的保守性。例如，同样的基因参与人类视网膜的发育以及果蝇的光感受器形成。而在乳腺癌中发生突变的BRCA1基因，则负责修复植物和动物中的DNA断裂。
动物的基因组也比人们此前设想的要保守得多。例如，我和多位同事近期证实，动物染色体的历史长达6.84亿年。
探索基因组的“暗物质”也将令人振奋，并揭示那些不编码蛋白质的DNA序列如何仍能在基因组功能与演化中发挥作用。
地球生物基因组计划的另一个重要目标是保护基因组学。该领域利用DNA测序来识别受威胁物种，其中约占全球复杂生物的28%——这有助于我们监测其遗传健康状况，并为管理提供建议。
不再是不可能完成的任务
直到不久前，对大型基因组进行测序仍需耗时数年并花费数百万美元。但技术上的巨大进步，如今使得仅需数千美元即可对大型基因组进行测序和组装。以今日的货币价值计算，整个地球生物基因组计划的成本将低于人类基因组计划，后者的总成本约为30亿美元。
过去，研究人员必须通过化学方法在数百万个微小DNA片段上逐一确定四种碱基的排列顺序，然后再将整个序列拼接起来。如今，他们可以根据碱基的物理特性来识别不同碱基，或通过将四种碱基各自与不同的染料结合来进行识别。新的测序方法能够扫描被固定在微小管道中的长DNA分子，或使其穿过膜上的微小孔洞进行扫描。
为什么要对所有物种进行测序？
但为什么不只对少数关键的代表性物种进行测序，以节省时间和金钱呢？
嗯，地球生物基因组计划的全部意义在于利用物种间的差异进行比较，同时也在于在离群值中捕捉非凡的创新。
此外还存在错失良机的担忧。例如，如果我们只对线虫的70,000个物种中的69,999个进行测序，我们可能会遗漏那个能够揭示线虫如何导致动植物疾病之秘密的物种。
目前，有22个国家的44家附属机构正在参与地球生物基因组计划。此外，还有49个附属项目，包括规模庞大的项目，如加州保护基因组学计划、鸟类一万基因组计划以及英国的达尔文生命之树计划，以及针对蝙蝠和蝴蝶等特定类群的众多项目。
