來自南極海冰之下的突破
習近平總書記指出，加快實現(xiàn)高水平科技自立自強，是推動高質量發(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，由中國水產科學研究院黃海水產研究所、青島華大基因研究院牽頭組建的研究團隊完成了南極磷蝦基因組組裝，并揭示了其適應極端環(huán)境和群體歷史演化的分子基礎，這是迄今為止人類完成的最大動物基因組參考序列。這一研究成果，登上了世界頂級生命科學學術期刊《細胞》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、中國水產科學研究院黃海水產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家范廣益進行了專訪，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“人類最后的動物蛋白質來源”。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，整個南極系統(tǒng)就會完全崩潰。”
在中國水產科學研究院黃海水產研究所的生物科研實驗冰箱里，記者見到了這個剛剛登上國際頂級學術期刊《細胞》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物基因組中，南極磷蝦的是最大的，達到了48G，人類基因組才3G，最長吃的南美白對蝦也才2G左右?！?/p>
事實上，南極磷蝦，雖然名字里有蝦，長得也像小蝦，但從生物學角度來說并不是蝦，而是類似蝦的無脊椎動物，因為身體每隔兩三秒就會發(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，已經有國家開始將其加工成魚粉、磷蝦油。
生物特征如此獨特的南極磷蝦，也被眾多科學家追捧，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)起基因組計劃，但由于資金、軟件、技術等問題，一直未能實現(xiàn)突破。
但讓人激動的是，如此意義重大備受關注的科研難題以中國科學家為主實現(xiàn)了從“0”到“1”的突破。2017年，山東成立南極磷蝦產業(yè)技術創(chuàng)新聯(lián)盟，由中國水產科學研究院黃海水產研究所牽頭，旨在通過科學研究打通上下游整個產業(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，實現(xiàn)“逆生長”......這一切“絕技”，都跟它的基因組有關。從基礎性研究開始，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，邵長偉先跟已經開始對南極磷蝦進行研究的德國和澳大利亞取得了聯(lián)系，雙方愉快的答應了。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”計劃中，盡管只從完成1%的測序任務起步，但此后的20年，中國基因技術研究水平突飛猛進，不管是測序儀的研制和量產還是生物信息學軟件的開發(fā)等方面逐漸走向全球第一梯隊。但科學探索之路從來不是一帆風順的，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序列含量高達92.45%，組裝工作如同拼圖，而且這些拼圖及其相似。破譯工作進展到了2019年停滯不前，而這個時候，德國方面又將數(shù)據(jù)撤出了?？茖W研究，只有第一，沒有第二，基因科學領域更是如此，首先突破拿到制高點才有主動權。德國的進進出出讓中國科學家感到了南極磷蝦基因破譯工作的緊迫性。那段時間，邵長偉團隊費了很大精力：“我們跟國內做基因序列組裝測序的機構組織去溝通交流，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家范廣益將消息告訴了邵長偉，“非洲肺魚基因組達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。”
借助黃海所開展的遠洋科考和漁業(yè)資源調查，團隊順利拿到南極圈4個點位的75只磷蝦樣本，并成功取得了它們的生物學數(shù)據(jù)，依賴非洲肺魚基因組裝的研究經驗，運行一年半后，完成了組裝這一關鍵步驟，正式進入數(shù)據(jù)解讀環(huán)節(jié)，整個研究工作耗時不到三年。別的國家十幾年無法完成的工作，中國科學家只用了不到三年，這背后有科學家的努力，有邵長偉范廣益等科學家們的辛苦付出，有技術的突飛猛進，也得益于青島完備的海洋科創(chuàng)環(huán)境。這也是華大基因將國家海洋基因庫項目落戶青島的原因。
青島海洋科研院所集聚，有豐富的海洋資源調查和生物學研究基礎，可以實現(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%的海洋領域國際領跑技術，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。
天時、地利、人和，中國科學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學術期刊《細胞》雜志封面。
當天，范廣益手機上收到了英國皇家生物學會會士、英國東英吉利大學海洋微生物學教授Thomas Mock的短信：“你認識在這個文章里的作者嗎？They did a good job，他們比我們快很多?！蔽恼掳l(fā)出后，不少國際科研機構跟他們取得聯(lián)系，期待在南極磷蝦后續(xù)研究上獲得突破。
藍色的海洋，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)研究領域步入國際領先序列。
科技探索永無止境，帶著各自的任務，課題組的科學家們還在繼續(xù)忙碌著……
來源：齊魯網·閃電新聞 （山東臺綜合廣播 李靜 呂芫至）
