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你或许听说过人类基因组，但是否听说过海洋基因组？前者描绘了人体的基因全貌，而海洋基因组则对海洋动植物做了同样的事情。海洋是地球上最大的生态系统，但其生物多样性仍未详解。一项名为“KMAP 全球海洋基因目录 1.0”的研究。包含超过 3.17 亿个基因组，不仅是迄今为止规模最大、最为详尽的海洋微生物数据库，而且配对了相关生物功能、位置和栖息地类型信息，可作为开放获取数据库，有望推动生物技术创新并揭示海洋微生物在缓解全球变暖和保障人类及地球健康方面的重要作用。

它是由沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学 (KAUST) 研究人员牵头取得的重大突破，其成果发表于 Frontiers in Science。这项研究通过匹配生物功能、位置和栖息地类型信息，建立了迄今为止最大、最全面的海洋微生物数据库，标志着海洋生物多样性研究取得重大飞跃。

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“KMAP 全球海洋基因目录 1.0 包含来自全球海洋生物的超 3.17 亿个基因组，标志着我们朝着理解海洋全体多样性迈出了重要一步，”  该研究的负责人 Elisa Laiolo 博士说道， “该目录侧重于海洋微生物，因为它们通过影响海洋健康和地球气候，极大地影响着人类的生活。”

“该目录可通过 KAUST 宏基因组分析平台 (KMAP) 免费获取，”  同样来自 KAUST 的海洋生态学和海洋生物学世界领军人物 Carlos Duarte 教授补充道， “科学家可以远程访问目录，以研究不同海洋生态系统如何运作、追踪污染和全球变暖的影响，以及寻找诸如新型抗生素或分解塑料的新方法等生物技术应用 – 其拥有无限可能！”

技术创新与科研合作的壮举

几百年来，研究人员持续在绘制海洋生物多样性图谱，但是在创建完整海洋生物图谱方面面临着各种挑战。其中之一是大多数海洋生物无法在实验室研究。DNA 测序技术的出现克服了这一难题，使人们可以直接从海水和沉积物中识别生物体。

什么是 KMAP 全球海洋基因目录 1.0？

“由于每个物种都拥有自己独特的基因组，” Laiolo 博士解释道， “我们可以通过分析海洋样本的遗传物质来识别哪些生物体存在于其中。两种技术进步使大规模研究成为可能。

“第一种是 DNA 测序技术的速度大幅提高、成本大幅下降。这使得研究人员能够对来自数千个海洋样本的所有遗传物质进行测序。

“第二种是大型计算能力和人工智能技术的进展，使分析数百万个序列成为可能。”

研究团队使用 KMAP 扫描了来自全球不同深度和位置的 2,102 个海洋样本的 DNA 序列。这种先进的算法识别出 3.175 亿个基因组，其中一半以上可以根据生物体类型和基因功能分类。通过将这些信息与样本位置和栖息地类型进行匹配，所得目录提供了前所未有的信息，揭示微生物的生境和生态功能。

“这项成就体现了开放科学的关键重要性，” Duarte 教授说道， “构建目录只有在雄心壮志的全球航行中考察、采集样本，以及从开放获取的欧洲核苷酸档案中分享样本 DNA 时才可能实现。我们将通过免费提供这份目录来继续开展相关合作。”

丰富的科学和工业应用潜力 

该目录已经揭示了水体和海底微生物活动之间的差异，以及令人惊讶的是，在 “黄昏区” 中（twilight zone）栖息着大量真菌。这些和其他洞察将帮助科学家了解生活在不同栖息地中的微生物如何塑造生态系统、提升海洋健康状况并影响气候。

目录的应用是什么？

该目录还可作为跟踪人类影响 (例如污染和全球变暖) 对海洋生物影响的基线。并提供了丰富的遗传材料，供研究人员挖掘用于药物开发、能源和农业的新型基因。

迈向全球海洋基因组

“KMAP 全球海洋基因目录 1.0” 是创建全球海洋基因组图谱的第一步，该图谱将记录来自世界各地海洋物种的每一个基因 – 从细菌、真菌到植物和动物。

KMAP 海洋基因目录 1.0 的早期发现是什么？

“我们的分析强调了继续对海洋进行采样的必要性，重点关注尚未得到充分研究的区域，例如深海和海底。此外，由于海洋因人类活动和自然过程而不断变化，因此目录需要不断更新。” Laiolo 博士说道。

Duarte 教授警示说，尽管该目录的益处显而易见，但其未来仍存在不确定性。国际水域发现的利益分享方面的国际立法现状是一个主要障碍。

他总结说：“虽然 2023 年的《公海条约》(The 2023 Treaty of the High Seas) 提供了一些解决方案，但它可能无意中阻碍了研究，因为它减少了公司和政府投资的激励。现在我们已经达到了一个临界点，遗传和人工智能技术可能解锁蓝色生物技术前所未有的创新和进步，这种不确定性必须得到解决。

该文章是 Frontiers in Science 多媒体文章中心 “KMAP 全球海洋基因目录 1.0” 的一部分。该中心汇集了其他杰出专家的社论、观点和政策展望，包括：Enric Sala 教授（美国国家地理学会）、Andreas Teske 教授（美国北卡罗来纳大学教堂山分校）和 Peggy Rodgers Kalas（Oceano Azul 基金会的国际海洋政策顾问，以及前公海联盟主任）。

关于 Frontiers in Science

Frontiers in Science 是 Frontiers 最新全力打造的一本旗舰期刊，于 2023 年 2 月 28 日正式发布。期刊以邀请制的方式发表经同行评审的、具有杰出影响力学者的最新变革性研究，期待构建一本以 “推进科学解决方案，实现健康星球上的愉悦生活” 为核心目标的跨学科开放获取期刊。

了解期刊详情请访问 期刊官网

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