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B10K:解码所有现存鸟类的基因组
发布日期: 2015-06-04

    继201412月在Science杂志上以专刊形式发表鸟类基因组演化项目重大突破性成果之后,国际鸟类基因组联盟于201564日正式宣布启动“鸟全纲基因组项目”,该项目又称为“万种鸟类基因组项目”(B10K,http://b10k.genomics.cn/),旨在五年内构建约10500种现生鸟类的基因组图谱,实现对鸟类生命之树的数字化重建。这是国际上首次对同一大类群的所有现生物种进行完整的基因组研究。

    此前,该国际团队已完成对鸟类所有目级别代表性物种的基因组解读并发表了一系列重大成果。目级别项目的完成对一个大类群生物多个代表性物种开展大尺度宏观基因组学比较分析具有重要意义。为此,华大基因牵头联盟团队在Nature杂志上撰写通讯文章,宣告B10K项目的正式启动(http://www.nature.com/nature/journal/v522/n7554/full/522034d.html )。

    鸟类学研究在人类历史上已有非常悠久的历史,尤其在近代,对生物学的发展起到了至关重要的作用。近200年前,达尔文在贝格尔号的远洋航行中对加拉帕戈斯群岛雀类的研究引发了其对物种起源假说的思考,之后对家鸽的研究进一步完善了其自然选择学说。此后,众多科学家对鸟类的开拓性研究开创并衍生了一系列新的学科。包括华莱士(Alfred Russel Wallace)的生物地理学恩斯特·迈尔(Ernst Mayr)的现代综合理论威尔逊(E.O Wilson)和麦克阿瑟(Robert MacArthur)的岛屿生物地理学丁伯根(Nicolaas Tinbergen)的动物行为学,以及汉密尔顿(W. D. Hamilton)亲缘选择理论等。目前,现生鸟类约有10500个物种。由于鸟类是陆栖脊椎动物中物种最丰富的一个纲,遍布全球的绝大多数陆地和浅水生态群落,一直被用作种群遗传学、神经生物学、动物发育学和保护生物学的重要研究模型。此外,鸟类对人类社会具有及其重大的经济价值,是人类重要的蛋、肉、装饰品和文化素材等资源来源。此外,禽流感、西尼罗病毒及其它以鸟类作为媒介的传染病夺去了许多人类生命,至今对人类公共卫生系统造成了极大的威胁。某些对农业有害的鸟类物种,每年造成的经济损失高达数十亿。因此,无论是过去还是将来,鸟类研究在基础科学研究和人类生物安全方面都具有重大的影响。

    鸟类的系统发育关系曾经是生物演化研究历史上的一个重大难题。2014年底,由华大基因、哥本哈根大学和杜克大学主导(1)的国际鸟类基因组联盟对48种鸟类(覆盖鸟类几乎所有目级别)进行了全面的基因组学研究(2),揭开了争议数个世纪的现代鸟类系统发育关系之谜(3)(图1)。该项目还回答了一系列关于鸟类演化、多样性和行为的重要问题(4)。基于这些成果,该团队决定利用基因组学扩展对鸟类这个独特脊椎动物类群的认识和探索,并将研究扩展到更多其它的领域。为了实现这一目标,中国科学院昆明动物研究所、中国科学院北京动物研究所、美国史密森学会和丹麦哥本哈根大学宏观生态学、演化与气候研究中心也加入了联盟的领导团队。由此,该联盟的领导者包括华大基因国家基因库张国捷研究员、中国科学院北京动物研究所雷富民研究员、哥本哈根大学Tom Gilbert教授和Carsten Rahbek教授、杜克大学Erich Jarvis教授和史密森学会Gary Grave研究员。该国际联盟的相关参与机构和合作者详细列表已公布在B10K项目网站上http://b10k.genomics.cn/

    小而简单的鸟类基因组与基因组学技术日益进步为实现这一项目提供了重要的技术可行性。而且该项目吸引了全世界众多博物馆的参与,确保了该项目可以收集到所需的高质量鸟类样本。此外,除了基因组学数据,该项目还拟将收集大量鸟类形态学、生理学、生态学和行为学的相关数据,并基于这些数据开展一系列关于演化、生态和物种多样性的分子机制研究,为学术界和人类社会带来巨大的作用。

    B10K项目将在基因组水平构建所有现生鸟类物种的生命之树,解码遗传变异和表型差异之间的联系,揭示分子演化、生物地理学及生物多样性之间的关系,评估环境气候及人类活动对物种演化过程及生物多样性的影响,并且揭示所有现生鸟类种群的演变历史。研究团队计划分三个阶段来开展该项目,即分别完成科、属、种级别鸟类基因组图谱的完整绘制和演化生物学研究(图2)。本项目将会产生重大的科学影响和公共影响,极大改变人们对鸟类生物学和演化的认知,并进一步提高对全球生物多样性的认识,打开通往新的研究领域的大门。 

 

    1 基于48只鸟类基因组的新系统发生树,该物种树包括了新鸟下纲内的30个目、鸡雁小纲内的2个目和古颌总目的2个目。更多详细资料见参考文献3http://avian.genomics.cn/en/index.html列出的其它研究。上图由Jon Fjeldså教授绘制。

    2 B10K项目的四个阶段性目标,每个目标基于鸟类分类的等级层次来划分。阶段一的目级别已经完成,阶段二的科级别基因组构建正在进行中。阶段三和阶段四的样品收集也在进行中。 

    1. http://biome.biomedcentral.com/how-bird-genomes-got-their-wings/.

    2. Zhang, G. et al. Comparative genomics reveals insights into avian genome evolution and adaptation. Science 346, 1311-1320, doi:10.1126/science.1251385 (2014).

      3. Jarvis, E. D. et al. Whole-genome analyses resolve early branches in the tree of life of modern birds. Science 346, 1320-1331, doi:10.1126/science.1253451 (2014).

    4. Zhang, G., Jarvis, E. D. & Gilbert, M. T. Avian genomes. A flock of genomes. Introduction. Science 346, 1308-1309, doi:10.1126/science.346.6215.1308 (2014).