回国不久的夏庆友,接到了一个让他震惊的消息:原本待与日本共同开展的家蚕基因组计划,被日方单方面中止,并且对方在政府的支持下,已单独开展家蚕基因组研究长达3个月。
作为产业和科研重要支撑的生物和基因资源,一直是国际资源争夺的重点。回溯发生在2003年的这起家蚕基因争夺战的原因,夏庆友指出,家蚕遗传性状丰富,基因组大小合适,对害虫防治等具有重要的应用价值,因此早就被确定为鳞翅目昆虫基因组计划代表生物。
我国桑蚕业有着悠久的历史,种植桑树可以追溯到7000年前,养蚕则有5000多年的历史。但在整个20世纪,国际桑蚕业的霸主地位几乎都由日本牢牢占据,而世界蚕业主要技术体系也由日本在20世纪中叶创建。2003年,日本更是率先开启了家蚕基因组计划。
面对日本抢跑,夏庆友及团队面临的选择只有两个:要么眼睁睁看着日本完成家蚕基因组框架图,继续掌控基因知识产权,把握产业的主动权,让“丝绸之路”之名旁落,要么抢在日本之前拿出成果。
项目组找到了华大基因,寻求支援。此前,华大基因已经完成人类基因组计划1%测序工作和水稻基因组,具有成熟稳定的基因组测序能力和世界领先的组装拼接技术。
得悉家蚕基因组项目的现状,华大基因义无反顾地加入,与以夏庆友为代表的西南大学(原西南农业大学)科研团队一起,背水一战,让中国重新掌握桑蚕业的话语权。
华大基因调动了80%以上的员工,积极参与到项目中,不仅在测序组装、信息分析等方面提供专业支持,还主动承担了项目所需总经费一半约3000万巨资。
2003年在北京华大基因研究中心,项目组400多名工作人员众志成城,抢时间,赶进度,每天从早上9点开始,凌晨2点结束,没有节假日,最终完成了550万的测序反应,每个测序反应所获得的平均测序长度为610碱基,比原计划家蚕基因组测序完成的日子提前了5天,更成功地抢在日本之前。不久后,我国正式宣布:在世界上率先绘制完成家蚕基因组框架图。
有了框架图和精细图,就相当于有了一张详细的基因位点地图,科研人员只要按图索骥,就可以快速、精准地找出控制某个性状的目标基因,并鉴定、调控它的优异等位变异。夏庆友带领团队与国内多家机构合作,开展了家蚕功能基因组研究,瞄准蚕丝蛋白合成、免疫与疾病抵抗性、变态发育、性别决定等重要生物学和经济学性状,解析机理、寻找靶标、实现调控。
通过基因组编辑,研究团队对丝蛋白进行了基因重组,并让蚕宝宝吐出人工合成丝蛋白。这是世界上首次实现人工设计的蛋白纤维在活体生物中合成,有着极其重要的应用价值。通过改良的桑蚕丝,用来制作织物,既能保持桑蚕丝的舒适感又像棉衣一样好打理,用来制作面膜更有利于皮肤吸收营养。更为重要的是,人工合成的丝蛋白未来可能广泛应用于生物工程中。
2013年,研究团队完成了桑树基因组的测序,并在此基础上,将桑叶、桑树枝研发成蚕饲料,调配出不同口味的配方,满足不同品种和发育阶段的蚕宝宝。
目前,我国的桑蚕业产值已近4000亿,较基因组计划完成前增长了近6倍。随着更多新技术的研发及应用,未来桑蚕业将不再局限于传统丝绸业,而是向美容化妆、生物材料、国防军工、蛋白质生产等领域拓展,推动我国高新技术产业发展。
(作者系华大基因CEO,哥本哈根大学博士,基因组学研究员,大连理工大学兼职教授,第三届中国人类遗传资源管理专家组成员)