來自南極海冰之下的突破
習(xí)近平總書記指出，加快實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)，是推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。廣闊的海洋，是無數(shù)科技工作者奮斗的戰(zhàn)場。前不久，由中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所、青島華大基因研究院牽頭組建的研究團(tuán)隊(duì)完成了南極磷蝦基因組組裝，并揭示了其適應(yīng)極端環(huán)境和群體歷史演化的分子基礎(chǔ)，這是迄今為止人類完成的最大動(dòng)物基因組參考序列。這一研究成果，登上了世界頂級生命科學(xué)學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》主刊。
山東廣播電視臺綜合廣播記者對論文共同第一通訊作者、中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所基因組室主任、研究員邵長偉以及青島華大基因主任科學(xué)家范廣益進(jìn)行了專訪，講述南極磷蝦基因組破譯背后的故事。
南極磷蝦，地球上資源量最大、繁衍最成功的物種之一，被稱為“人類最后的動(dòng)物蛋白質(zhì)來源”。邵長偉告訴記者，南極磷蝦維系著南極圈生物鏈完整性，幾乎所有大的生物，都直接或間接的以南極磷蝦為食，“如果沒有南極磷蝦，整個(gè)南極系統(tǒng)就會完全崩潰。”
在中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所的生物科研實(shí)驗(yàn)冰箱里，記者見到了這個(gè)剛剛登上國際頂級學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》雜志封面的“科研明星”——南極磷蝦。體長不過3-5厘米，體重一般不超過2克，邵長偉介紹，“目前地球上所有的已被測序的動(dòng)物基因組中，南極磷蝦的是最大的，達(dá)到了48G，人類基因組才3G，最長吃的南美白對蝦也才2G左右。”
事實(shí)上，南極磷蝦，雖然名字里有蝦，長得也像小蝦，但從生物學(xué)角度來說并不是蝦，而是類似蝦的無脊椎動(dòng)物，因?yàn)樯眢w每隔兩三秒就會發(fā)出一種黃綠色的熒光，且僅生活在南極，故得名南極磷蝦。小小的身體，大大的能量，憑借著超高的蛋白質(zhì)含量以及龐大的數(shù)量,南極磷蝦一舉獲得了“海上金礦”的美稱，被眾多國家列為重要的戰(zhàn)略海洋生物資源，已經(jīng)有國家開始將其加工成魚粉、磷蝦油。
生物特征如此獨(dú)特的南極磷蝦，也被眾多科學(xué)家追捧，期待通過開展基因組解析，尋找它的生命答案。澳大利亞2004年就開始了對南極磷蝦的研究，并在2011年正式發(fā)起基因組計(jì)劃，但由于資金、軟件、技術(shù)等問題，一直未能實(shí)現(xiàn)突破。
但讓人激動(dòng)的是，如此意義重大備受關(guān)注的科研難題以中國科學(xué)家為主實(shí)現(xiàn)了從“0”到“1”的突破。2017年，山東成立南極磷蝦產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，由中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所牽頭，旨在通過科學(xué)研究打通上下游整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，為南極漁業(yè)資源的管理提供理論支持。相對普通蝦米一到兩年的壽命，南極磷蝦十分“長壽”，盡管生長環(huán)境惡劣，它依然能活四到六年。而且，在食物匱乏環(huán)境下，它還可以變得越變越小，實(shí)現(xiàn)“逆生長”......這一切“絕技”，都跟它的基因組有關(guān)。從基礎(chǔ)性研究開始，作為基因組室主任的邵長偉著手開始南極磷蝦的基因組破譯工作。
為了盡快取得突破，邵長偉先跟已經(jīng)開始對南極磷蝦進(jìn)行研究的德國和澳大利亞取得了聯(lián)系，雙方愉快的答應(yīng)了。2001年，作為唯一的發(fā)展中國家，首次參與到國際“人類基因組”計(jì)劃中，盡管只從完成1%的測序任務(wù)起步，但此后的20年，中國基因技術(shù)研究水平突飛猛進(jìn)，不管是測序儀的研制和量產(chǎn)還是生物信息學(xué)軟件的開發(fā)等方面逐漸走向全球第一梯隊(duì)。但科學(xué)探索之路從來不是一帆風(fēng)順的，南極磷蝦的基因破譯也遇到了難題。除了龐大，南極磷蝦基因組的重復(fù)序列含量高達(dá)92.45%，組裝工作如同拼圖，而且這些拼圖及其相似。破譯工作進(jìn)展到了2019年停滯不前，而這個(gè)時(shí)候，德國方面又將數(shù)據(jù)撤出了?？茖W(xué)研究，只有第一，沒有第二，基因科學(xué)領(lǐng)域更是如此，首先突破拿到制高點(diǎn)才有主動(dòng)權(quán)。德國的進(jìn)進(jìn)出出讓中國科學(xué)家感到了南極磷蝦基因破譯工作的緊迫性。那段時(shí)間，邵長偉團(tuán)隊(duì)費(fèi)了很大精力：“我們跟國內(nèi)做基因序列組裝測序的機(jī)構(gòu)組織去溝通交流，自己也不停討論研究優(yōu)化，始終沒有放棄?！?/p>
2019年，青島華大基因完成了另一種基因組數(shù)量巨大的物種——非洲肺魚的測序組裝。論文共同第一通訊作者、青島華大基因主任科學(xué)家范廣益將消息告訴了邵長偉，“非洲肺魚基因組達(dá)40G，我們成功完成，然后他說我們是不是可以把南極磷蝦破譯了？一拍即合?！?/p>
借助黃海所開展的遠(yuǎn)洋科考和漁業(yè)資源調(diào)查，團(tuán)隊(duì)順利拿到南極圈4個(gè)點(diǎn)位的75只磷蝦樣本，并成功取得了它們的生物學(xué)數(shù)據(jù)，依賴非洲肺魚基因組裝的研究經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行一年半后，完成了組裝這一關(guān)鍵步驟，正式進(jìn)入數(shù)據(jù)解讀環(huán)節(jié)，整個(gè)研究工作耗時(shí)不到三年。別的國家十幾年無法完成的工作，中國科學(xué)家只用了不到三年，這背后有科學(xué)家的努力，有邵長偉范廣益等科學(xué)家們的辛苦付出，有技術(shù)的突飛猛進(jìn)，也得益于青島完備的海洋科創(chuàng)環(huán)境。這也是華大基因?qū)液Ｑ蠡驇祉?xiàng)目落戶青島的原因。
青島海洋科研院所集聚，有豐富的海洋資源調(diào)查和生物學(xué)研究基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)全鏈條海洋科創(chuàng)生態(tài)體系，青島市海洋發(fā)展局海洋科技與對外合作處處長嚴(yán)競介紹，青島聚集了全國30%的涉海院士、40%的涉海高端研發(fā)平臺和50%的海洋領(lǐng)域國際領(lǐng)跑技術(shù)，駐青的高校涉海專業(yè)的在校生就有將近2萬人部級以上的涉海高端研發(fā)平臺就有50余個(gè)。
天時(shí)、地利、人和，中國科學(xué)家率先完成南極磷蝦基因組組裝，并在3月16日登上世界頂級生命科學(xué)學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》雜志封面。
當(dāng)天，范廣益手機(jī)上收到了英國皇家生物學(xué)會會士、英國東英吉利大學(xué)海洋微生物學(xué)教授Thomas Mock的短信：“你認(rèn)識在這個(gè)文章里的作者嗎？They did a good job，他們比我們快很多?！蔽恼掳l(fā)出后，不少國際科研機(jī)構(gòu)跟他們?nèi)〉寐?lián)系，期待在南極磷蝦后續(xù)研究上獲得突破。
藍(lán)色的海洋，生命的搖籃，南極磷蝦基因組完成破譯，為找尋地球上這種資源量最大的高等生物的生命答案帶來希望，也為南極漁業(yè)和生態(tài)資源的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)，使得我國在南極磷蝦資源乃至極地生態(tài)系統(tǒng)研究領(lǐng)域步入國際領(lǐng)先序列。
科技探索永無止境，帶著各自的任務(wù)，課題組的科學(xué)家們還在繼續(xù)忙碌著……
來源：齊魯網(wǎng)·閃電新聞 （山東臺綜合廣播 李靜 呂芫至）
