破译“生命天书”20年
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「本文来源：中国农网」
20年前，我国科学家参与并完成国际“人类基因组计划”1％的任务。“加入国际“人类基因组计划”，可以使中国平等分享该计划所建立的所有技术、资源和数据，并使我国成为世界上少数几个能独立完成大型基因组分析的国家。”中科院院士杨焕明说。这一基础研究领域的突破，对我国农业尤其是种业的影响深远。
近日，在人类基因组草图公布20周年之际，中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）和华大基因联合举办“纪念国际人类基因组工作草图绘制和‘1%项目’完成”座谈会。当年的参与者们汇聚一堂，回顾往昔，展望生命科学未来发展，号召弘扬科学家精神，在科学研究前沿领域做出新的贡献。
基因组学的“中国”印记
“人类基因组计划是具有划时代意义的大科学计划，被誉为生命科学的‘登月计划’……我国参与其中意义重大，不仅彰显了中国科学家为人类科学事业所作的卓越贡献，同时也极大地推动了我国生命科学研究的蓬勃发展。”中国科学院院士陈竺在贺信中如此评价。
1990年10月，“人类基因组计划”在美国首先启动，进而英、日、法、德相继参与，组成了国际“人类基因组计划”协作组，其核心内容是测定人类基因组的全部DNA序列，获得人类全面认识自我最重要的生物学信息。
中国要参与吗？答案是肯定的。
然而，摆在科研工作者面前的是重重困难。时任中科院遗传所所长陈受宜研究员回忆：“一开始，我们既无人才、无设备、无经费，也没有进行大规模研究的场地。我们‘逐一击破’，首先解决人才特别是领军人才的问题。”
1997年11月，在湖南张家界举行的中国遗传学组青年委员会第一次会议上，杨焕明、于军、汪建、贺福初、贺林、余龙、夏家辉等青年科学家就中国参与人类基因组提出具有前瞻性的战略构想。
随后，国家人类基因组南方研究中心、北方研究中心等研究机构相继成立。在此基础上，1998年8月11日，中国科学院遗传研究所人类基因组中心成立。“有志于此的人才汇聚一堂，解决了当时大规模基因组研究人才匮乏的窘境。”陈受宜说。
1999年7月7日，国际“人类基因组计划”协作组公布了中国加入“人类基因组计划”的申请，并于同年9月1日正式向全世界宣布，这标志着我国成为美、英、日、法、德之外，第六个“人类基因组计划”的参与国家，也是唯一的发展中国家。
人类基因组包含近2万个编码蛋白质的基因，由约30亿个碱基对组成。中国负责测定和分析3号染色体短臂上从端粒到标记D3S3610间大约30厘摩尔（相当于3千万个核苷酸）的区域，占人类基因组全部序列的1%，因而被称为“1%项目”。
开展项目需要集聚大量的资金、人力，1999年9月9日，北京华大基因研究中心成立，采用市场化的运营模式，突破了原有科研体制的限制。
项目刚落地时，缺乏科研经费。一大批科学家积极奔走，国家各类项目先后支持5000多万元。项目的参与者，以及他们的亲朋好友，都纷纷捐出自己的工资、积蓄来支援。
没有仪器，就借来14台测序仪和试剂；北京市顺义区政府提供了免费的楼房；没有桌子，就在用包装箱搭起来的“桌子”上做实验。由于测序仪数量较少，研究人员只好没日没夜地“蹲守”在仪器边，在工作的间隙休息一会儿。
正是在这样艰苦的条件下，研究团队完成了测序任务。
2001年8月26日，“1%项目”的基因序列图谱顺利完成，相比国际同行，提前两年高质量完成任务。2003年4月25日，美、英、德、日、法、中六国共同宣布人类基因组序列完成。
生命科学从此进入基因组阶段
历时13年、耗资近30亿美元的“人类基因组计划”，催生了更多规模化人类基因测序计划，如国际HapMap计划、ENCODE计划、Proteome计划等等。基因测序技术还在生物的基因组图谱绘制、环境基因组学和微生物多样性、转录水平动态响应及其调控机制，疾病相关基因的确定和诊断、考古学（古代DNA）、物种演化过程等领域得到广泛应用。在带动基因组学、生物信息学等学科的兴起的同时，一批新兴技术和生物产业如雨后春笋般涌现。
“人类基因组草图发布，标志着生命科学进入新的阶段。科学家在基因组学、系统生物学理念的指引下，从以往单一基因功能的识别，发展到对多基因协同调控机制的研究。通过参与这一计划，我国的生命科学和发达国家几乎同时进入‘基因组’时代。干细胞与再生医学、分子设计育种、个性化药物等重大科技成果，都离不开基因组学和系统生物学的学术思想。”时任中科院生命科学与生物技术局局长王贵海研究员说。
此后，中国科学家先后完成水稻基因组框架图的测定，小麦A基因组研究，并对熊猫、家猪、家鸡、家蚕等动物基因组进行测序，使我国的基因组研究跻身世界前列。
“基因组技术的引进，对转录组、基因表达调控等的研究，具有重大的推动作用。在医学方面，对药物的筛选、肿瘤基因组的研究等，都在很短的时间内实现了。”中科院院士康乐介绍。
迄今为止，DNA测序技术已经历4次历史性飞跃，带动了生物大数据的发展。中科院北京基因组所所长薛勇彪研究员介绍，近年来，北京基因组所致力于解决我国生物信息大量依赖国外的“数据孤岛”问题，推进我国生物数据资源的整合、集中存储、安全管理和开放共享。
“在理论和技术上，不再局限于单纯的实验，而是采用‘组学+数据+信息/计算’的研究范式。数据量迅速增加，奠定了系统生物学研究的基础，发展出以转化医学为代表的精准医学的体系。通过引入工程学体系发展起来的合成生物学，带来‘建物致知’的研究理念。”中科院院士、时任国家人类基因组南方研究中心执行主任赵国屏以生产人参皂苷为例，若采用从植物中提取的方法，人参需要5-6年的生长期，提取时，总皂苷组分复杂，导致单个皂苷的纯化难度大、生产成本高。采用合成生物学技术，周期大大缩短、成本更低、可规模化生产，且纯度可达99.9%。
那么，是不是生物学的全部面貌就此改变？时任中科院遗传所副所长朱立煌研究员的答案是：并非如此。“如今，生物学研究分成两种路径，一是对基因组序列的研究，一种传统实验生理的研究。目前，我们拥有的表型组仍比较简单，如果不能把两种研究路径结合起来，那么解锁基因序列的全部功能仍然十分困难。”
以包容、支持的态度推动基础研究
1992年，中科院院士吴旻向国家自然科学基金委递交了中国人类基因组计划的重大课题建议书，提出启动“我国人类基因组”项目的重要性和深远意义。
1994年，中国“人类基因组计划”（CHGP）在谈家桢、吴旻、强伯勤、陈竺、沈岩、杨焕明等科学家倡导下启动。
1997年7月，中科院院士谈家祯上书中央，呼吁保护我国遗传资源，建议加快我国人类基因组研究进度。
中科院院士陈润生回忆道：“最初的项目虽然规模不大，但正是有了这个开始，才有今后的延续，为一批海外学成人员归国搭建了一个简单的平台。”
“参与和完成国际‘人类基因组计划’，展现了中国科学家的远见、勇气、能力和为科学进步的奉献精神。” 陈受宜用“不负初心，不负时代”来形容。
会议中，王贵海提及中国对世界生命科学两大重要贡献——合成胰岛素与酵母丙氨酸转移核糖核酸（PRMA），“我们有很多基础研究命题，乍一看都是不可能完成的。科学家们努力探索，最后还是成功了。”王贵海认为，科学家要有勇于探索、创新、奉献的精神，把基础研究扎扎实实做好。此外，政府、管理者对待基础研究的态度也非常重要，只有当管理部门秉持积极、支持、宽容的态度，优秀的科学家才有实现目标的可能性。
对于科学家们如何协同完成科研命题，中科院院士、中国疾控中心主任高福总结为“4个C”，即“cooperation”（合作）、 “competition”（竞争）、“communication”（交流）、“coordination”（协作）。赵国屏指出，在如今的“大科学”时代，科学研究不能仅以学科为导向，而是要坚持问题导向，根据社会需求，在各学科的交叉融合中寻求创新突破。