Science | 地球生物基因组计划2032年前完成170万个物种参考基因组测序

创业   2024-11-08 14:31   北京  

收集用于测序的物种材料(例如芬兰的蝴蝶)所面临的挑战迫使地球生物基因组计划缩减其目标。Niina Kiljunen

# 地球生物基因组计划(the Earth BioGenome Project,EBP)https://www.earthbiogenome.org/
# 申请加入EBPhttps://www.earthbiogenome.org/affiliated-project-application
# BioDiversity Genomics conference 2024会议官网https://www.biodiversitygenomicsconference.org/
# EBP项目进度与已测序物种汇总查询-重要!!!https://goat.genomehubs.org/projects/EBP

6年前的这个月,科学家正式启动了一项雄心勃勃的计划,对约167万种植物、动物、真菌和其他微生物进行基因组测序——基本上涵盖了所有已知的真核生物,即具有复杂细胞的物种。该计划预计耗资47亿美元,历时10年,其领导者认为,拥有如此多的完整DNA序列将有助于阐明生物进化历史、促进保护工作、改善农业生产,甚至有助于人类健康。

如今,地球生物基因组计划(the Earth BioGenome Project,EBP)距离筹集目标资金还差很远。

EBP官网

目前,据重新估算,EBP需要数十亿美元的资金,并且比原先设想的完成时间晚几年。但正如上周结束的生物多样性基因组学大会(the BioDiversity Genomics conference,BG24)上组织者明确指出的那样,它不再是纯粹的愿望。EBP的全球合作伙伴迄今已测序 3000 份基因组,涵盖 1060 个真核生物的科(family),并表示他们有望在 2026 年之前完成 10,000 个物种的基因组测序——这是 EBP 第一阶段的目标。 

BioDiversity Genomics conference 2024会议官网

“我们在过去两年中将该项目完成的基因组数量翻了一番,”该项目的架构师、亚利桑那州立大学的基因组学家哈里斯·莱温说,该大学是 EBP 秘书处的所在地。项目领导人现在希望在 2032 年之前实现 167 万个物种的目标,并且由于当今 DNA 测序速度更快、成本更低且精度更高,其花费将比之前预估的少几亿美元。”

第一阶段目前预计耗资2.65亿美元,不到最初估计的一半,EBP表示已从法国、欧盟地平线2020计划(the European Union Horizon 2020 Program)、英国惠康慈善机构(the United Kingdom’s Wellcome charity)和其他来源获得了足够的资金承诺。克莱姆森大学的进化生态学家安东尼奥·巴埃萨(Antonio Baeza)虽然没有参与该项目,但他表示,这项投资将带来丰厚的回报。“从某种程度上说,我们都参与了这个项目,因为我们都将从中获益。”

Lewin 及其同事在 2017 年的一次会议上宣布了 EBP 的基本框架:科学家将首先对大约 10,000 个真核生物中的每个科的一个成员进行测序,范围从酵母和原生生物到更复杂的植物和动物。然后,他们希望扩展到 180,000 个物种——每个真核生物的属都有一个代表性基因组——最终,在十年内,解决所有 167 万个物种(见下表)。   

面向所有物种基因组测序计划

EBP不会像最初希望的那样在 2028 年完成,但如果资金充足,其修订后的第三阶段计划仍有可能在 2032 完成。

*不包括新提议的 5 亿美元“基础影响”(“foundational impact”)基金,该基金使用基因组用于保护和其他目的,特别是在全球南方。

15 个国家迅速签署了协议。但最初,EBP 的大部分工作是在中国华大基因和英国 Wellcome Sanger 研究所等大型测序中心进行的。

英国刚刚公布了其第 2000 个基因组——一种原产于欧洲和亚洲的淡水植物,名为户花狐尾藻 (Myriophyllum alterniflorum),它已成为北美的入侵物种,堵塞水道。贫困地区的动植物,往往是最需要保护和科学研究的,却往往在基因组测序项目中被忽略。“EBP 的发展几乎没有来自全球南方的参与,”Baeza 说。

EBP目前测序进度

EBP目前已测序类群

根据莱温的说法,目前来自六大洲28个国家的科学家参与其中,许多科学家在其所在国开展大部分的测序工作。总体而言,EBP拥有58个“附属机构”,其中一些专注于特定类群基因组测序工作,另一些则侧重于本地和区域物种,还有一些根据保护工作或农业生产的需要来选择物种进行基因组测序。每个附属机构自行筹集资金并制定物种名单,而EBP负责设定基因组质量标准、制定测序方案并避免重复测序。

“我们现在拥有一个共享的平台,可以共同学习如何生成质量最高的基因组,”巴西EBP附属机构瓦莱技术研究所的进化生物学家亚历山大·阿莱克索说道。事实上,莱温说,对于EBP的第二阶段,科学家们预计将生成15万个详细的“参考”基因组,而不是最初设想的18万个草稿基因组。

截至目前, EBP 相关的测序仪每周大约下机 20 个真核生物基因组。Lewin 计算,为了第一阶段的截止日期(2026年)前实现预期目标生产速度需要迅速达到每周下机 67 个这样的基因组而为了在第二阶段的截止日期(2030年)前实现预期目标生产速度需要达到每周下机 721 个基因组。因此,该项目的一个主要目标是在更多地方发展和培养基因组学专业知识和测序能力的人才。它还成立了一个委员会来解决伦理和法律问题,此外另一个委员会还致力于在全球范围内实现数据、技术和专业知识的公平分配,而不仅仅局限于发达国家。   

EBP执行委员会

洛克菲勒大学神经科学家萨迪·帕埃斯是后一个委员会的联合主席,她对 EBP 关注多样性和正义问题感到高兴,但希望做得更多。

“有一种想要交流、建设和发展能力的精神。但同样,[西方科学]体系和结构内部的差距阻碍了多方面的进步。” 为了帮助纠正一些差异,Wellcome Sanger 开发了一个原型便携式 DNA 测序实验室,大小相当于一个 9 米长的集装箱,可以将先进的测序技术带到缺乏这种技术的国家。“现在我们正在寻找资助者来支持这个想法,”Wellcome Sanger 进化生物学家马克·布莱克斯特说,他指出每个单元的安装和运营 3 年的成本约为 550 万美元。他希望世界各地的项目至少要求部署 30 个这样的“gBox”——并表示,如果每个 gBox 每年测序 1000 到 3000 个基因组,那么第二阶段的目标就可以实现。

一些人可能会最终前往非洲,在那里,最近成立的非洲生物基因组计划已经建立了四个“节点”,未来计划建立更多节点。它缺乏任何主要国家或非洲范围内的专门资金资助,但已经从 43 家机构、5 家公司和 9 个基因组项目中获得了适度的支持。肯尼亚国防大学的群体遗传学家安妮·穆伊盖说,另一个挑战是“改变许多非洲科学家的思维方式”,因为他们以前总是将样本送到国外进行测序。该项目重点关注具有重要经济价值或需要保护的非洲物种,已完成 20 个基因组测序,包括具有药用价值的向日葵、祖鲁羊和一种森林果树。最终目标是在 10 年内完成 10 万个基因组测序。加州州立大学蒙特雷湾分校的基因组学家内森·朱表示,非洲的这项工作“在培训人员从事生物多样性基因组学工作、支持他们的项目以及建立科学家群体方面取得了一些最令人印象深刻的进展”。

智利千人基因组计划,由专注于海洋和保护的中心支持,该项目强调对外协作,重点关注基因组学和生物信息学,智利大学的基因组科学家米格尔·阿连德(Miguel Allende)协调了这项工作。公众投票选出了第一个被测序的物种,智利科学家正在高中举办基因组实验室。

两个国家之间的紧张局势。尽管该项目是由美国和中国科学家发起,但一些 EBP 支持者担心,中国的基因组数据库与 EBP 可搜索的序列和相关信息汇编仍然不完全兼容。“这是一个需要两国协调合作的领域,”浙江大学进化生物学家张国捷说道,他参与了 EBP 的构思。

EBP 在对所有真核生物进行测序方面显然面临着更多挑战。但张国捷不确定最终是否需要对所有物种进行核对。他说,即使这项工作只破译了目标基因组的 1%,也“可以为我们理解生物多样性和生态系统做出重大贡献”。


附:如何加入RBP?

附属项目申请

前言

本程序旨在为申请成为EBP附属机构并加入EBP会员委员会的候选人提供指导,并作为试点程序,所有新候选人均需遵循。此程序内容未来将被纳入EBP治理文件。根据EBP治理文件的定义:“附属机构可以是专注于大规模测序真核生物的区域性、国家性或多国性倡议组织。附属机构还可以是支持EBP目标的其他组织,如生物资源收藏、博物馆、基因组研究所等。EBP附属机构的角色、权利和责任在EBP治理文件中有详细说明。通过成为EBP附属机构,成员同意遵守并履行EBP治理文件中规定的原则、指南和政策。”

倡议或组织申请程序

为了使一个倡议或组织被接受为EBP附属机构并进入EBP会员委员会,该倡议或机构必须向EBP秘书处提交申请。任何计划申请附属机构地位的倡议或机构需提前联系EBP秘书处,表达其申请意向。候选EBP附属机构的申请应包含一封由该倡议或组织领导签署并致EBP执行委员会的申请信。该信应描述该倡议或组织所在国家、倡议和机构范围内的成员构成、大致成员数量,并明确表示该倡议或组织旨在通过协调工作并与其他EBP附属机构合作来支持实现EBP的目标。申请信还需表明明确承诺遵守和执行EBP的原则、指南和政策。EBP秘书处将审查每份申请,必要时可要求申请人提供进一步细节或澄清。如果EBP秘书处认为申请完整且合适,则该申请将提交至会员委员会进行投票,以决定是否接受或拒绝其成为EBP附属机构。   

申请

EBP的主要活动是协调一个全球分布的附属项目群体,在大约10年的时间内对地球上所有已命名的真核生物的基因组进行测序、分类和特征描述。EBP采用全球中心辐射模式,EBP秘书处作为协调和支持成员工作的中心。目前,EBP不提供个人会员资格;然而,我们邀请个人注册我们的季度通讯推送,以随时了解EBP的进展和动态。

该项目的主席或其指定代表将成为EBP会员委员会的投票成员,如EBP治理文件中所述。

申请成为EBP附属项目需包括以下信息:

1) 提供项目名称。

2) 描述项目的总体目标。

3) 提供参与研究人员的姓名及其所属机构。

4) 提供未在第3项中列出的参与组织名单。

5) 指明项目的时间表及大致资金规模和来源。

6) 提供计划测序的物种数量和分类分布的详细信息。请注意,您需要准备一个包含计划测序分类群的电子表格,并了解这些目标物种列表将被公开,以促进EBP项目之间的协调。

7) 描述与其他EBP附属项目的合作关系及伙伴关系(如有)。   

8) 表明对EBP测序、组装和注释标准以及所有JEDI(正义、公平、多样性和包容)和ELSI(伦理、法律和社会问题)建议*的承诺。

9) 表示您将遵守《生物多样性公约》和《名古屋议定书》关于获取和惠益分享的原则。

10) 描述您的伦理取样、数据共享和出版政策,并确认这些政策将符合EBP政策*。特别是,我们要求基因组序列在INSDC数据库中公开存放,最长不超过一年禁令期,但在涉及土著人民权利时可有例外*。

11) 提供项目数据协调员的姓名和联系方式。

12) 执行本表的签名页。请将所需材料发送至EBP秘书处办公室Nicolette.Caperello@asu.edu。

该项目的主席或其指定代表将成为EBP会员委员会的投票成员,如EBP治理文件中所述。通过签署本表,项目代表及其全体成员同意遵守并履行EBP治理文件中规定的原则、指南和政策。

*所有EBP政策和建议指南报告可在EBP网站的“报告”标签下查阅


doi: 10.1126/science.zze30op

Author: Elizabeth Pennisi

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