【中国科学报】牡蛎基因组诠释生命的睿智

9月20日凌晨，Nature网站在头条位置报道了牡蛎基因组研究成果。

牡蛎复杂完善的细胞内应激防御系统。图片中的英文名词为基因专用名称。

9月19日，国际顶级学术刊物《自然》（Nature）杂志在线发表了基于多组学方法揭示的牡蛎对潮间带逆境适应分子机制及贝壳形成复杂性的研究成果。这是我国水产养殖研究成果首次以长篇论文（article）形式登上该刊物。据统计，论文发表当日在线点击和下载就达到了一万多次。论文发表两个月来，受到国内外的广泛关注和好评。

“牡蛎基因组研究在面向国家重大战略需求和重大科学前沿的结合上，做得非常好。研究成果的取得是一个很鼓舞人心的成绩！”著名科学家、中国科学院院士朱作言毫不掩饰赞许与欣喜，对《中国科学报》记者坦言，“无论是国内还是国际，相关领域的研究基础都非常薄弱，不像人类或者水稻基因组的研究那么多。项目面临的挑战是非常艰巨的，经过四年多的研究，能取得这样高水平成果，是一件很不容易的事。”

继水产养殖产业创造辉煌成就之后，中国在水产养殖基础研究方面再一次为世界所瞩目！

“最终会做出来的”

——质疑与支持中坚定信念、迎接挑战

牡蛎是典型的海洋生物，也是潮间带的优势物种，对近海和海湾生态系统的稳定起到了重要调控作用。对海洋生物来说，潮间带是一种极端环境。营固着生活的牡蛎对这种极端环境的高耐受性在海洋动物中极为罕见。

牡蛎在地球上的出现时间远远早于人类，化石证据表明，至少2亿年来牡蛎外部形态没有发生改变，它们年复一年，兢兢业业地把海洋里的二氧化碳转变成碳酸钙形式的贝壳。牡蛎是最早被人类利用的海洋生物之一，目前已成为世界上产量最大的海水养殖动物。

牡蛎还是文化内涵最为丰富的贝类，在人类文明史上留下了深深的烙印，莎士比亚的“The world is my oyster”是脍炙人口的谚语。

近些年来，基因组学发展迅速，影响越来越大，几乎渗透生命科学的各个方面。中国科学院海洋研究所研究员张国范长期致力于海产动物遗传与育种研究，特别关注在变化的海洋环境条件下，牡蛎等海洋贝类性状的遗传基础和改良方法研究。他参加了由相建海研究员主持的中科院海洋功能基因组研究团队，一直在思考并努力尝试将基因组学应用于贝类遗传改良研究。2008年4月，当中国工程院院士李宁在国家“863”计划现代农业领域专家组会议上，提出“基因组育种是未来育种的主流发展方向”的观点时，张国范进一步坚定了研究牡蛎基因组和开展基因组育种的信心和决心。 

“我认为研究不具现实操作性。……研究基础太薄弱。……需要投入的资金数目太大了，我们能做好吗？……”当时，国内完成基因组测序的只有水稻、家蚕等少数物种，团队成员出于对基因组研究领域的向往和陌生，表现出迎接挑战的既兴奋又忐忑的神情。然而，基于在贝类育种领域的多年实践，对贝类生物学知识的深厚积累及对现代生物学前沿领域的深刻认识，张国范认准了这个有很大发展潜力的研究方向，对研究计划相当坚定。

“最终会做好的！”他说，“只要努力做下去，必定能做出好成果来。”

随后，张国范邀请长期从事牡蛎基因组研究的美国Rutgers大学教授郭希明加盟，两人迅速对项目达成一致，确定了科学目标和整体研究思路。

2008年5月，张国范、郭希明联合深圳华大基因研究院和国际同仁，正式发起了国际牡蛎基因组计划（OGP）。项目得到了獐子岛集团股份有限公司的大力支持。

就此，我国水产养殖动物首个基因组研究计划开启了序幕。

功夫不负苦心人

在新的起点上递交答卷

高多态性和高重复序列是牡蛎基因组的重要特点，也是国际上对这类生物基因组研究望而却步的重要原因。作为非模式生物，它并没有近缘物种基因组信息可供参考，项目的艰巨性不言而喻。尤其是项目采用相对经济的第二代测序技术，尽管可获得海量的数据，但测出的碱基序列却都很短，这对后期的拼接组装是个严峻的考验。加之当时还没有成功的案例，一些专家以不同形式对项目的技术可行性提出了质疑。而早在2005年，美国科学家就曾组织过牡蛎基因组研究计划（OGC），但由于种种原因，计划被搁置。中国科学家领衔的牡蛎基因组计划能成功吗？

此时，在牡蛎基因组计划启动前，另外一组美国科学家已开始对另一种海产贝类——帽贝进行了基因组测序。究竟第一个贝类基因组会由哪个团队率先完成？

质疑没有让项目组失去信心，竞争无时无刻不激励着项目组成员。负责基因组多态性研究的亓海刚回忆：“我们每天醒来的第一件事就是收发邮件，交流前一天的研究进展。通过网络会议形式与国外专家开展学术沟通。大家几乎把所有的时间都放在基因组数据解析上，能一起在实验室附近餐馆吃一顿饭就算是最好的休息。”

在会议室，记者看到，几张简单的木板床就在里屋。贝壳形成机制方向的负责人王晓通说：“经常在这里集中办公，有时候工作到深夜，我们就睡在这里了。”

2010年7月31日，经过艰苦努力，项目组终于宣布绘制完成了世界上首张贝类全基因组序列精细图谱。

“这是新的起点。基因组序列图谱没有最好，只有更好，后续需要改进的还有很多。”张国范平静地说。

“2010年底，我们开始整理手头的研究数据，感觉研究成果足以整理两篇重量级论文，同时投到《自然》，但由于时间紧迫以及团队成员有限，我们最终采取了集中精力整理一篇顶级论文的策略。”李莉，这位年轻美丽且韧劲十足的女科学家自豪而又有些惋惜地说。

2010年底到2011年10月，课题组十余人进驻深圳华大基因研究院，进入了全面封闭的研究状态，无节假日休息，埋头整理实验数据和论文。以研究生身份作为主力队员“打满全场”的张琳琳仍然记得，十一长假，在炎热的深圳，空荡荡的办公楼里只有项目组成员在埋头苦干。张琳琳在牡蛎基因组研究中的孜孜以求也成就了她的一篇优秀博士学位论文。

终于，不负众望，经过4年多的辛勤努力，项目组最终完成了备受瞩目的研究成果。2012年9月19日《自然》杂志以长篇论文形式在线发表，10月4日纸质版刊印出版。

我国著名贝类学家、中国工程院院士张福绥指出：“这是国际贝类学研究的重大成果，提升了我国贝类及海洋和水产研究的学术水平，为贝类及其他水产动物的遗传改良奠定了重要的遗传学基础。”

“分而治之”——复杂基因组得以解读

经过两年多的努力，项目组于2010年下半年成功完成基因组精细图谱的拼接组装。