测序所有物种的DNA？请邀请分类学家参与

陈华燕

Science昨日（2017.02.24）新闻报道，美国史密森尼生物多样性基因组学计划（Smithsonian Initiative on Biodiversity Genomic）和中国深圳的华大基因（BGI）近日在美国华盛顿召开的一个小型会议上宣布了一个名为地球生物基因组计划（Earth BioGenome Project，EBP）的宏大目标，旨在测序“地球上的所有生物”（https://www.sciencemag.org/news/2017/02/biologists-propose-sequence-dna-all-life-earth）。该计划将分为3步走。第一步先对9000种真核生物（包括所有植物，动物和单细胞生物在内的生物）进行深度测序，以期获得与人类参考基因组相当或比人类参考基因组更详细的参考基因组。第二步将程度稍浅地测序所有的15万至20万个真核生物属中的一个种。最后一步是对剩下的150万种真核生物进行粗略测序。该计划估算所需经费至少要几十亿美金，而且该计划的组织者认为，如果能得到像人类基因组计划得到的那样大量的支持，这个计划可能在10年内完成。据说这样的乐观估计是基于不断下降的DNA测序成本核和更先进的测序技术。

值得注意的是，该计划的团队强调了要制定标准以确保测序了高质量的基因组序列和保存每个被测序生物体的相关信息（如采集地和形态等），而且呼吁大量的专业学者的广泛参与。

新闻下面有个名为Gaurav Prakash的读者的评论很是耐人寻味。他说，作为一个搞基因组的，他真心喜欢新闻的第一句话“When it comes to genome sequencing, visionaries like to throw around big numbers (当谈及基因组测序时，远见者（或空想主义者）喜欢玩弄大数字)”。既然这个读者是搞基因组的，而这个新闻又是关于大基因组的，估计他是真心喜欢的了。我本身是同时做分类学和基因组的，当我看到第一句话的时候，我多少觉得带点讽刺的意味。这个大数字或许没有该计划组织者鼓吹的那么容易。正如新闻中有位科学家指出的，我们将可能烧了一堆钱真的测序了地球上的所有物种，但也有可能是生产了一堆垃圾数据。我个人认为这样的担忧并不是无根据的。看看GenBank就知道了，相信很多做分子的都知道上面有很多垃圾数据。

有意思的是，Science同一天的另一篇新闻报道是有关帝王蝶（Danaus plexippus）（图1，2）的染色体数量的错误计算可能是由于物种的错误鉴定（https://www.sciencemag.org/news/2017/02/monarch-miscalculation-has-scientific-error-about-butterflies-persisted-more-40-years）。根据该文的报道，一位叫Christopher Hamm的学者发现所有学术文章都提到帝王蝶的染色体数量是30条，但他自己的研究发现却只有28条。后来他查证原始文献，发现帝王蝶的染色体数量竟是两个印度的学者1975年最先根据印度的“帝王蝶” 测量出来的。搞笑的是，真正的帝王蝶只分布于北美，印度的学者根本就不可能在印度发现。后来有学者发现，印度的“帝王蝶”其实是一种与帝王蝶很像的“常见虎蝶（Danaus genutia， common tiger butterfly）（图2）”。更搞笑的是，印度学者的结果在接下来的40年里一直被引用。事情更戏剧化的是，Hamm在bioRxiv上报道了自己的发现后不久，他在堪萨斯大学的前同事也在bioRxiv报道了帝王蝶雌雄性的染色体数量都是30条（印度学者报道的是只有雄性才是30条）。目前Hamm的前同事拒绝评论Hamm的发现。Hamm坚持认为自己的发现是对的，但认为他的同事也可能是对的，因为鳞翅目昆虫的遗传学是很诡异的，同一个种的不同种群，甚至同一个个体的不同细胞都有可能有不同的染色体数量。这个新闻说明的是，物种的鉴定与界定远比我们认识的复杂得多。

所以，可以很肯定的说，EBP计划如果没有生物分类学家的参与，结果真的可能会跟EBP的一些学者担心的那样：烧了一堆钱生产了一堆crap（垃圾）。然后可能就会有人跳出来说了，分子可以用于鉴定和区分不同物种，经典分类学家可以退休了。我个人完全赞同分子特别是基因组很重要。但我个人觉得，这个论调简直和倡议DNA条形码（DNA barcodes）技术的学者认为该技术可以鉴定所有的物种的想法一样可笑。Hebert等2003年首倡DNA条形码技术时在文章中写到，在COI（DNA条形码技术所用的遗传标记）数据库建成后，这个数据库可以让任何一个分子实验室鉴定任何个动物类群（Hebert et al. 2003）。然后Hebert等人后来自己的文章就各种自己打脸，爆出了DNA条形码技术鉴定和区分物种的各种局限性。现在对认为DNA条形码技术可作为物种鉴定的终极手段的想法的批评文章简直可以说是浩瀚如烟。

物种的界定一直以来就是个充满争议的话题，这个话题似乎是没有答案的，而且会被一直讨论下去。生物的特性以及物种的界定远比我们想象的复杂得多。如果说有终极的解决方法的话，我个人认为，那就是收集所有能够收集有关物种的数据（证据），即所谓的total evidence approach，包括形态，生态，生理，行为，DNA等等。而形态是最直观的，应该是必须的。所以，我认为EBP必须有分类学家的参与。

另外，从科学普及的角度来看，经典分类学家的作用功不可没，即使经典分类学家正在成为濒危物种（见我最近的博文《拿什么来拯救经典生物分类学》http://blog.sciencenet.cn/blog-361302-1036121.html）。你会通过外观特征来告诉你的孩子为什么这个是老虎，那个是猫，而不是跟他们说这个是老虎是因为它的DNA有这些ATGC组合。

图1 帝王蝶Danaus plexippus。只生活于北美。

图2 左图为印度的常见虎蝶Danaus genutia，很像右图的帝王蝶Danaus plexippus。（引自https://www.sciencemag.org/news/2017/02/monarch-miscalculation-has-scientific-error-about-butterflies-persisted-more-40-years）

Reference: Hebert et al. 2003.Biological identifications through DNA Barcodes. Proceedings of the Royal Society B 270: 313-321.