【中国科学报】牡蛎基因组诠释生命的睿智(3)

牡蛎通过进化出复杂的基因调控系统来应对逆境的本领着实让人惊讶。其实，牡蛎第一个让人想到的防御措施并不是这些基因，而是那些质地坚硬、奇形怪状的贝壳。早在5亿多年前，贝壳便出现在远古地球生物中，那时背负着厚重的贝壳或许是生物界的“时尚宠儿”，当然贝壳也很实用，是一种很强大的防御装备。钙化的贝壳为贝类提供了很好的抵御捕食、干燥、雨淋等环境变化的物理屏障。而近些年愈来愈严重的海洋酸化将会干扰和破坏这道屏障的功能，影响贝类的生存，进而影响近海生态系统的稳定。贝类的贝壳主要由精巧的有机框架和无机成分构成，无机成分主要是文石和方解石，它们都是碳酸钙结晶。一般认为贝壳的有机框架由外套膜分泌的几丁质、丝蛋白和酸性蛋白构成，其中酸性蛋白控制碳酸钙晶体的结晶和生长。

项目组提取了牡蛎贝壳中总蛋白，测定了牡蛎贝壳蛋白谱，发现了至少259种蛋白存在于牡蛎贝壳中。令人惊奇的是，贝壳中发现了很多意想不到的蛋白，它们可能参与了贝壳基质框架的构建和修饰。重要的是，大部分贝壳蛋白是非分泌性蛋白，这与目前流行的贝壳是外套膜分泌形成的观点明显相悖，表明贝壳的生物矿化机制远比目前人们的认识要复杂得多。经过分析认为，贝壳基质和细胞外基质可能存在一定的相似性，一些在细胞外基质中存在的特征蛋白在外套膜中高度表达，并在贝壳中出现。与在细胞外基质中一样，血细胞可能也在贝壳基质中参与了纤连蛋白样纤维的组装。

项目组还在外壳蛋白中发现众多具有细胞基本代谢功能的蛋白质，其中包含不少外来体蛋白，这从分子层面表明，细胞和外来体可能参与了外壳的形成。著名的酪氨酸酶竟然也在贝壳中被发现了，一般来讲，酪氨酸酶与黑色素的形成有关，但研究中发现大多数的酪氨酸酶基因在不生成黑色素的外套膜内侧表达量更高，说明贝壳中的酪氨酸酶还有其他功能，也许酪氨酸的氧化与交联对于贝壳基质框架的形成具有重要意义。

总之，不但外套膜分泌的丝蛋白和多种其他蛋白参与了牡蛎贝壳有机框架的形成，而且很可能还有血淋巴细胞和外来体蛋白也参与了该框架的构建。研究表明，贝壳中存在大量的生命活动，其复杂性远远超过人们的既往认识。

政企研结合 共推基因组计划发展

一个研究成果的诞生离不开团队，更离不开团队身后的各种有力支持。

牡蛎基因组项目瞄准海洋和水产领域的关键科学和技术问题，具有前瞻性、创新性和重要的现实意义，是一个系统的科学工程，任务重、困难多、投入大。研究过程中，项目组得到了中国科学院、科技部、国家自然科学基金委、农业部、山东省和獐子岛集团的大力支持，是政企研合作的又一杰作。

研究之初，项目组面临诸多问题，首要就是经费。当时，水产领域基因组研究计划尚未启动，在极需经费支撑的时候，獐子岛集团董事长吴厚刚的一句话令张国范悬着的心放了下来，“你就干吧，费用由獐子岛负责”。正是这笔一周内就拨付到位的巨额经费，保证了项目顺利、及时启动和实施。

吴厚刚对记者表示，集团深刻认识到科技对产业发展的巨大推动作用和基因资源对产业可持续发展的重要性。重资支持牡蛎基因组的研究，是从国家需求、产业发展的高度，从自身战略发展的角度作出的重要决定。集团对牡蛎基因组计划的后续研究与未来的产品研发充满了信心。

2009年下半年，国家“863”计划开始支持包括水产养殖在内的农业基因组研究，后又启动了国家贝类“973”计划项目。国家经费的及时到位进一步保障了项目研究深度和广度的拓展。

项目首席科学家张国范表示，牡蛎基因组研究成果能在国际顶级学术刊物上发表，是团队成员共同努力和各方面支持的结果。得益于建立了一支集国内外优势力量的研究团队，得益于有国家龙头企业和国家科技部门的有力支撑，得益于有诸多同行专家学者的鼎力支持，得益于有中国科学院良好的科研环境，更得益于中国改革开放30多年经济社会的快速发展。当然，也得益于他们选择了一个为学界瞩目的科学问题，而研究的对象既具典型性，又是国际面孔。

在取得该项为国际瞩目的重要成果的同时，更重要的是还涌现出一批积极进取、能攻坚克难的学界青年翘楚。正是由于有这样一批青年科学家的勤奋与智慧，才使牡蛎基因组项目的成果异彩纷呈，耀眼夺目。

项目的另一位首席科学家郭希明是美国Rutgers大学教授，曾入选中科院“百人计划”，获“国家杰出青年基金”支持，是中科院海洋功能基因组海外团队成员，为该成果的取得作出重要贡献。郭希明说：“项目组建立的牡蛎基因组数据库，包含了大量的基因组和转录组信息，为国际海洋生物学、比较基因组学和贝类水产基因组育种研究提供了坚实的基础。”

华大基因的青年科学家方晓东、罗瑞邦等人总能在出现技术瓶颈的时候提出有创新性的解决方案，而“大总管”王俊更是把牡蛎项目列为最高优先级进行重点关注，并在具体工作中给予诸多中肯指导。

项目得到美国、英国、克罗地亚和德国众多科学家的合作支持，他们以各自领域的专业知识，为基因组数据的分析和解析作出了重要贡献；同时，也得到国内众多科学家的关心和帮助，充分体现了中国科技界的齐心协作精神。

正是聚集了这些支持与帮助，汇八方之力，协同创新，牡蛎基因组项目进展快速。

“终于成为现实！”

——不仅津津乐道，还要继往开来

2011年11月，《自然》杂志资深编辑M. Skipper博士来访中国，第一时间关注到牡蛎基因组成果。2011年12月，项目组以预投稿的形式将论文提交给编辑部，并于2012年1月30日正式投稿。

据介绍，《自然》每周能收到200余篇投稿，其中四分之三以上都被直接婉拒，只有8%的论文最终能发表，其中以长文形式发表的仅有3～5篇。

就在审稿过程中，2012年2月，日本学者关于珍珠贝基因组测序的一篇论文公开发表，成为世界上第一个关于贝类基因组的报道，使得项目组措手不及。然而，该基因组拼接效果较差，且缺少有意义的生物学解析，未引起《自然》等刊物关注。

牡蛎基因组论文的审稿过程可谓漫长而艰难。作为共同第一作者的许飞还记得这长达几个月的过程，三位审稿人一致认可论文的重要性和研究高度，但在第一轮就提出近60个问题。每次应对评审意见，对项目组成员都是一场新的战斗，而大家总是战斗到截止时间的最后一刻。事实上，这种修改也使论文有了新的提高。实验室的门卫依稀记得在凌晨六点论文修改稿提交之后大家兴奋而疲劳的神情。在合作者们的共同努力下，经过三轮修改，稿件最终说服了三位审稿人。

邮件中，审稿专家写道：“这是一项大工程，工作的完整性令人难以置信，将会成为基因组研究的标杆。祝贺这个团队！赶快发表，不要再拖了。”

牡蛎基因组的高质量拼接效果及其对科学问题的深刻阐述，最终得到这个国际顶级学术刊物的青睐！