華大基因研究院：當生物科技像互聯網一樣滲透生活

BT時代一個很重要的前提是我們的生物技術要發展到像IT技術一樣，真正能影響到人類生活的方方面面。我們的生老病死、衣食住行每個節點上，生物技術都能起一個更好的作用。它的到來會有很多我們無法用現有的方式想像的改變。再往前倒帶十年，那時候的人們也很難想到今天互聯網對人們生活方式的顛覆。

文 |深圳晚報記者 劉姝媚

編輯|王炳乾

圖 |陳玉

不久前閉幕的國際植物學大會將華大集團的植物基因研究推向台前。美國植物生物學家約瑟夫·埃克簡短的一句「華大集團已在研究多種植物RNA」被多家媒體重點報道，華大基因研究院承建運營的深圳國家基因庫也迎來了參觀的高潮。

大會上，華大基因研究院還聯合其他植物學家啟動了「萬種植物基因組計劃」。這個新詞很容易讓人回想起二十多年前完成的「人類基因組計劃」，該計劃與「曼哈頓」原子彈計劃、「阿波羅」登月計劃並稱為20世紀人類自然科學史上三大工程。

人類對植物的關注似乎迎來了一個史無前例的高峰，人與植物的關係也從未如此緊密、充滿著豐盈的時空延展性與想像力。我們試圖了解，這種變化背後的原因有哪些，再往前發展，這種變化將給我們的生活乃至人類命運帶來怎樣的變革。

華大小米在河南長垣的萬畝種植基地。圖為即將收割的穀子

從華大基因研究院副院長劉心的經歷與觀察，我們或許能對上述問題有所釋疑。

採訪在深圳國家基因庫進行。那是我國唯一一個獲批籌建的國家基因庫，無論是從外觀設計，還是置身其中的人的氣質，它都與創業咖啡廳有著某種相似之處，時尚，忙碌，熱情洋溢。採訪當天，劉心穿著簡單的藍白條T恤衫，一如他介紹科研的方式，質樸平實。

植物研究迎來風口

深圳晚報：植物學大會在深圳舉辦讓我們全新認識了植物的存在，我們從沒有如此細緻地關注過植物與人類生活乃至命運的關聯，大會似乎將人們對植物的關注推向了一個風口？

劉心：是的，科學界很早就開始研究植物，但沒有像現在這樣把研究逐漸往人類生活滲透。

關注植物對人類生活和未來命運的意義。這是因為，人類社會發展到了一定階段，我們發現必須要更加善待植物資源，保護它們並且更好地利用它們。

全球有30多萬種植物，現在利用基因技術可以更加高效地開展大規模的植物研究。技術的進步推動了人們對植物的了解以及進一步的發現與利用。

深圳晚報：結合個人的經歷，您是如何感受到人與植物關係的這種變化的？

劉心：2005年，我在北京大學生命科學院讀本科，開始接觸植物研究，主要是植物分子生物學研究。2009年，我在華大集團和香港中文大學的聯合培養下攻讀博士學位、接觸基因數據研究，我發現它提供了與分子生物學完全不一樣的研究思路。傳統的分子生物學研究一般是假設導向，研究一定程度上會受事先假設的限制。而基因研究不做任何預設，基於基因數據做研究。

另外，傳統研究沒有基因數據支持，效率相對低，而基因研究一定程度上做了基因數據採集和分析後就能直接面嚮應用，提升了科研成果轉化的效率。

以雜交育種為例。傳統的雜交要靠眼睛觀察，雜交完後，看後代中哪個是我們需要的，選出來，再次育種，肉眼的觀察很容易受經驗豐富程度和外界環境因素的干擾。而如果採用基因技術，先給小米做基因測序，找到基因與性狀之間的關係，基於這些信息就能直接做精準有效的選擇和配種，將育種周期由傳統雜交的5年縮短到2年之內，產量也由傳統雜交的畝產兩三百公斤增加到七八百公斤。這在我們自己育種生產的華大小米中已經得到了驗證。

小米只是一個簡單的舉例，這背後的動因是在自然資源有限的情況下，人類開始思考怎樣用更環保的方式解決生存問題。我們剛聯合全球植物學家啟動了「萬種植物基因組計劃」，計劃5年內測序出一萬種有代表性植物的參考基因組，從而推進對生物多樣性、進化、生態保護及各種重要基礎科研和農業應用轉化問題的研究。基因技術充分發展之前，如此龐大規模的基因組研究是根本無法開展的。

另外，我們也與一些植物資源平台合作，運用基因技術保存和有效開發利用這些植物資源。深圳的國家蘭科中心、仙湖植物園、雲南的瑞麗植物園都是我們的合作對象。

華大農業集團的高科技實驗室

深圳晚報：今年的植物學大會多次提到了植物基因研究這個主題，在以前，基因研究更多地聚焦人的問題，現在似乎逐漸拓展到關注植物。

劉心：是的，真正大規模的植物基因數據產出至少是2009年以後的事情。原來基因測序技術很貴，大家當然關注人本身比較多。現在從整個科研趨勢來看，越來越多的科學研究者把基因技術作為科研的基礎，幾乎每項植物研究都不同程度地受益於基因技術的進步，它對整個植物科研的發展起到了很好的推動作用。

基因庫里的「過去」與「未來」

深圳晚報：深圳國家基因庫是做植物基因研究的支撐平台，這個平台是如何運作的？

劉心：這是我國唯一一個獲批籌建的國家基因庫，去年9月投入運營，華大基因研究院是它的承建和運營單位。目前它的規劃數據超越了國際三大基因數據中心，並增加了樣本庫和活體庫，填補了我國長期缺少國家級基因數據中心的空白。

對於它的運作，先說一個寓意。你可以看到擺在我們大廳中央的猛獁象雕塑，猛獁象在約4000年前就滅絕了，但它們的遺體在東西伯利亞冰冷乾燥的環境中保存了下來，於2012年被人們發現。俄羅斯科學家領導的國際小組發現了猛獁象完好無損的包括毛髮、骨髓在內的細胞，提供了猛獁象較為完整的遺傳信息，從而為猛獁象的複製提供了希望。

自然環境的偶然性讓猛獁象的遺體保存了下來，這才有了今天人們對歷史的想像。而深圳基因庫要做的是讓人們不僅可以科學地了解過去，還能有目的性地籌劃未來。深圳國家基因庫在有目的性地保存對未來可能有用的生物資源，比如很多瀕危的植物，從基因角度把它們保存起來，以後哪怕它們從自然界消失了，但是我們存有它的樣品。

目前，深圳國家基因庫建設有樣本庫、資料庫、活體庫和基因測序平台、基因合成編輯平台。在樣本庫里，我們保存有幾千份植物種子，包含有八百多種物種。這個數量不算多，但我們才剛起步，這是個好開端。有了樣品，我們再通過基因測序平台讀取它們的基因信息。我們使用的是自主研發的測序儀，一天可以產出10個TB的基因數據量。我們一般使用GB做單位，乘以一千倍，就是TB。如此龐大的數據如何存儲、以備後續分析計算就要倚賴資料庫。我們的資料庫有60個PB（TB乘以一千倍）的存儲容量，達到國際領先水平。

通過對基因進行測序，我們能得到不同物種的基因信息，基於這些數據信息，我們可以做進一步的改良，這就是基因的合成與編輯。

深圳國家基因庫，工作人員在進行測序操作（深圳晚報記者 陳玉 攝）

深圳晚報：從全球看，中國的植物基因研究處於什麼樣的水平？

劉心：中國在植物研究和植物基因研究上都有優勢。中國植物資源豐富，研究起步也早，今年的植物學大會首先介紹了《中國植物志》的編撰，中國對植物歷史的研究比較深入。深圳國家基因庫產出的植物基因數據對全球的貢獻很大，我們之前做過粗略的估計，基本上達到了70%。華大集團的基因測序技術也走在世界前列。

科學的產業思維

深圳晚報：華大集團在植物基因研究上進入了怎樣一個階段？

劉心：我覺得我們聯合發起「萬種植物基因組計劃」算是一個里程碑，我們從原來單個的植物物種研究，發展到了可以做更廣泛、更大規模的基因研究。

同時，我們還在某些方面做更深入的應用研究。除了小米（穀子去皮後稱為小米），我們還在研究一些重要的植物生理學現象對人類的幫助。比如，自然界中很多植物是可以固氮的，它們通過跟微生物合作，把氮氣轉化為生長所需的氨基酸。但像水稻這樣的農作物不能固氮，需要人工施氮肥才能保證產量，而氮肥會造成污染。我們想從基因組角度弄清楚，植物固氮的機制是什麼，為什麼有的植物能固氮，而有的不能。如果水稻也能跟微生物合作來固氮，我們就不用施氮肥了，或者施生物氮肥。

深圳晚報：小米是不是華大集團在植物基因研究領域探索經濟價值的一次嘗試？

劉心：對。在這之前，我們給世界範圍內3000份的水稻資源測過基因，也合作測過馬鈴薯、花生、黃瓜，在這些合作中華大集團只是起基礎性作用。我們覺得需要發力，做一個例子出來，小米就是我們選擇的一個例子，在這裡我們做了更多下游的工作。

在沒有水稻前，小米是中國的主糧，抗旱耐瘠、水利用效率高、適應性廣、化肥農藥用量少，是典型的環境友好型作物。每生產1克干物質，穀子（去皮後稱為小米）需水257g，玉米需水369g、小麥510g，而水稻則更高。小米營養豐富且各種成分平衡，它包含的食用粗纖維是大米的5倍。綜合起來，我們認為它是一個很好的可以作為示範的品種。

華大基因研究院副院長劉心

深圳晚報：目前來看，華大小米推出的市場反饋如何？這種精準種植模式在國外複製進展如何，產生了怎樣的經濟和社會效益？

劉心：這個可能要綜合不同因素來考慮，比如南方很少有人吃小米，大家吃不慣。但幾百年前，小米是中國的主食，這個習慣或許能慢慢改回來。至少，我們在自己的食堂增設了很多小米的菜式，員工和外賓的接受度都很高。而且，之前小米很難普及的原因之一是產量太低，現在通過基因技術精準育種、種植大幅度提高了產量。

我們在新疆、河南都有穀子種植基地，也在嘗試把小米的思路應用到其他物種上，往中亞五國、澳大利亞等地複製。這些合作目前還處於前期科研合作階段。

深圳晚報：你個人對華大集團身份的認同，是偏科學家，還是企業家？

劉心：我從事的工作偏科研多一點，因為我在研究院，關於產業，我們有專門的事業部負責。但我覺得對科研和產業都是認同的，它們應該更好地結合起來。從長遠看，如果沒有產業思維，科研不會有太好的發力。

BT時代的想像

深圳晚報：怎樣從通俗意義上理解「萬種植物基因組計劃」完成後對未來的意義？

劉心：可以這麼理解，截至目前，世界範圍內才測出了100多種植物的參考基因組，這100種與整個植物界的30多萬種相比很少，但已經產生了很高的效益。如果我們從100種擴大到10000種，能很大範圍地涵蓋各種類型的植物。就像水稻參考基因組的完成對水稻研究和產業發展發揮的巨大助推力一樣，未來這10000種植物都能被我們更加深入地了解和應用。

深圳晚報：更宏大的是美國加州大學戴維斯分校基因組科學家和華大集團生物學家聯合倡議的「地球生物基因組計劃」，著重對包括所有植物、動物和單細胞生物在內的真核生物群體進行測序，若40億資金到位後，有望在十年內完成。地球生物基因組計劃的完成對人類而言將意味著什麼？

劉心：這個計劃可以這樣類比，原來我們只知道少數生物的基因究竟是什麼樣，如果這個計劃完成，相當於完成了地球生物這本大書的框架，至於裡面的知識，我們可以再按圖索驥，一步步深入發掘。就像現在互聯網連接了人類生活的方方面面一樣，未來，人類對地球生物各方面的了解都能通過這個計劃串聯起來，這將是一筆十分豐厚的收穫。

華大基因的高潔凈人工太陽光能實驗室，它為選育優質小米打下基礎

深圳晚報：有觀點認為，隨著生物科技發展，未來人類很有可能進入BT時代（生物科技時代）。您怎麼理解BT時代？它的到來將意味著什麼？

劉心：現在為什麼叫IT時代，是IT技術不斷發展、滲透到了生活方方面面，讓我們衣食住行跟原來比有顛覆性改變。BT時代一個很重要的前提是我們的生物技術要發展到像IT技術一樣，真正能影響到人類生活的方方面面。

BT時代意味著是我們的生老病死、衣食住行每個節點上，生物技術都能起一個更好的作用。它的到來會有很多我們無法用現有的方式想像的改變。再往前倒帶十年，那時候的人們也很難想到今天互聯網對人們生活方式的顛覆。

IT時代已經為我們奠定了一個很好的基礎，基因技術就是跟IT技術的很好的結合，目前整個生物科技正在朝一個很好的方向發展。

植物研究是否需要倫理邊界

深圳晚報：您覺得，植物基因研究和應用需要考慮生命倫理，或者說科學倫理嗎？

劉心：任何研究和技術都是中性的，值得思考的是怎麼運用。植物不像人，存在隱私，所以我覺得，對植物研究一定程度上沒有特別需要注意的生命倫理。

但我們需要考慮植物研究及其應用對自然生態本身的影響。你的研究怎麼樣才是幫助它，而不是破壞它，應該把握好平衡，將研究、應用對現有植物資源的影響降到最低。

深圳晚報：從長遠意義看，研究植物是為人類未來的生存和發展做準備，但也有觀點認為，是人類一系列的活動打破了自然原有的平衡，所以如今以及將來，需要藉助科技這樣的手段再造利於人類生存的新的平衡。您如何看待這樣的觀點？

劉心：都是人類社會在做這些事情，它肯定有一定的傾向性。現在我們能把生活在這個環境中的其他生物認識得更清楚，一定程度上把這些資源保護起來，這也是我們的一種進步。

華大小米在新疆的萬畝種植基地，收割進行時

深圳晚報：科學界對於從事人類基因研究和編輯設立了相應的科學倫理與監管基本原則，比如生殖（可遺傳）基因編輯是限制級研究，必須在嚴格的監管與規範下進行，目前對植物基因的研究和編輯是否缺少這樣的框架和討論？

劉心：目前科學界能夠講出來的共識，是在對植物保護的基礎上加以利用，但在具體操作層面可能確實缺少討論。如何保護，特別是涉及國家與國家之間、不同地區之間，的確需要建立起來更多的規矩。

但在有這樣一個共識的情況下，總的方向、至少說在多數研究應用上應該還是會朝著好的方向發展，但同時也應該想好一些風險點。

深圳晚報：相對於人類基因研究，對於植物基因研究的規則和共識是不是更難建立？

劉心：我覺得，隨著植物研究的深入，大家對於怎麼樣利用好植物會更清楚。這次植物學大會的主題是「關注植物，關注未來」，相當於科學界已經有了一個基本的共識，要更多地關注植物、重視植物，為我們的未來保護它們、利用它們。

7月29日在深圳發布的《植物科學深圳宣言》也是對整個植物科學界的倡議，呼籲在全球植物科學家群體與不斷變化的社會之間建立起更緊密的聯繫，探索真正做到關注植物、關注未來。

科學辭典

「BT時代」：BT生物技術（biotechnology）時代。基因領域的革命或將從根本上改變人類的命運。許多專家預言，到2020年，人類將迎來生物經濟的嶄新時代。

「萬種植物基因組計劃」：萬種植物基因組計劃由華大基因研究院聯合多位植物學領域權威專家共同進行，在深圳國家基因庫正式啟動。

該計劃是地球生物基因組計劃（Earth BioGenome Project, EBP）的重要部分。科學家們計劃在五年內通過全球的廣泛合作、全面的資源搜集以及系統的科學設計和研究，對1萬種植物的基因組進行測序，以推進生物多樣性、進化、生態保護及各種重要基礎科研和農業應用轉化問題的研究。

微信｜ 梁寶兒

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