立足基因組學科技 助力海洋藍色經(jīng)濟
——記深圳市華大海洋研究院院長、華大海洋（集團）首席科學家石瓊教授

李 剛

石瓊2002—2007年在美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）擔任訪問研究員

2018年5月，由深圳市華大海洋研究院（下稱“海洋研究院”）和國家基因庫聯(lián)合發(fā)起的“千種魚類轉(zhuǎn)錄組”項目正式宣布構(gòu)建了迄今為止最可靠的魚類系統(tǒng)演化樹，解答了許多一直以來魚類起源和進化研究中存在的爭論和難題，成為魚類演化研究史上的里程碑式事件。

長期以來，有別于陸地生物基因組學研究，海洋的生物基因組學研究不僅起步晚，且發(fā)展滯后。繼華大基因在人類基因組草圖繪制工作中聲名鵲起，并快速發(fā)展成為全球最大的基因組學研究中心后，石瓊加入華大組建海洋平臺，從此開啟了華大在海洋生物基因組學的奠基、成長、發(fā)展、推廣到產(chǎn)業(yè)應用的光輝旅程，為我國水產(chǎn)基因組學研究與應用迅速步入國際領(lǐng)先行列做出了引領(lǐng)性和示范性突出貢獻。

為進一步加快海洋生物基因組學研究步伐，實現(xiàn)國家構(gòu)建海洋強國的戰(zhàn)略目標，石瓊團隊以重要水產(chǎn)動物基因組學研究為著力點，解析魚類適應性進化的重大理論科學問題，同時挖掘與重要經(jīng)濟性狀相關(guān)聯(lián)的分子標記，構(gòu)建水產(chǎn)動物分子育種的關(guān)鍵共性技術(shù)體系，篩選藥源性多肽序列，為水產(chǎn)動物良種培育和規(guī)模化新型藥物研發(fā)奠定扎實的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

從基礎(chǔ)研究的點（基因組學研究），到技術(shù)研究的線（水產(chǎn)分子育種技術(shù)體系和藥源多肽性基因高通量篩選技術(shù)），拓展到產(chǎn)業(yè)應用的面（水產(chǎn)良種培育和新型海洋藥物研發(fā)），多方深度結(jié)合又相互支撐，石瓊與華大海洋（集團）在助推深圳建設成為“全球海洋中心城市”的同時，也在助力著我國海洋藍色經(jīng)濟發(fā)展。

引領(lǐng)“水產(chǎn)基因組學”知識創(chuàng)新體系

在浩瀚無垠的海洋面前，人類總是顯得弱小，海洋不僅神秘而危險，也孕育著隱藏在水下的瑰寶。

在海洋中，魚類是最具物種多樣性，又是進化地位古老的脊椎動物類群，目前全球已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的魚類至少超過33900種。構(gòu)建魚類的“生命之樹”，解析魚類進化歷史，不僅可以找到魚類進化過程中的演變規(guī)律，揭示魚類豐富的物種多樣性背后的起因，還可以為魚類種質(zhì)資源保護和合理開發(fā)利用奠定堅實的基礎(chǔ)。

2018年5月14日，由華大海洋和國家基因庫聯(lián)合發(fā)起的“千種魚類轉(zhuǎn)錄組”項目正式宣布，課題組通過大數(shù)據(jù)整合了144種魚類的基因組數(shù)據(jù)和159種魚類的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，采用新的生物信息學分析方法，篩選出1105個直系同源的外顯子序列作為分子標記，構(gòu)建了迄今為止最可靠的魚類系統(tǒng)演化樹，也是目前覆蓋度最廣、最可靠的魚類“生命之樹”。

這一成果被發(fā)布在《美國科學院院刊》，解答了許多一直以來魚類起源和進化研究中存在的爭論和難題，被譽為魚類演化研究史上的里程碑式事件。SCI刊物Genomics于2019年5月出專刊慶賀，在相關(guān)8篇論文中，華大海洋研究院就占據(jù)了4席。

不止于此，自2011年加入華大至今，石瓊帶領(lǐng)科研團隊共發(fā)表學術(shù)論文120余篇，僅SCI論文就將近100篇，其中有2篇入選2020 ESI高被引論文。

回看石瓊的簡歷，頗有厚積薄發(fā)的味道。1991年獲得湖北大學學士學位，1994年獲得中山大學碩士學位，1997年獲得中山大學博士學位，隨后北上加入孫儒泳院士團隊，1999年10月在北京師范大學完成博士后研究……從華中到華南，又從華南到華北，青年時代的石瓊?cè)琊囁瓶实厍髮W，不斷提升著自己的科研能力。

1999年秋，石瓊東渡日本，開始了自己在國外11年的研究生涯，他到北海道大學擔當日本學術(shù)振興會（JSPS）外國人特別研究員2年后，又遠渡重洋前往美國，先后在美國國立衛(wèi)生研究院、馬里蘭大學和OriGene公司擔任研究員和科學家。11年在國外的生活，讓石瓊飽受艱辛與歷練，時間愈久，思鄉(xiāng)愈切。

作為一名中國科學家，石瓊有東方的魂和根，也學到了西方的專與博。文化的交融與碰撞，不僅讓他的科研更加精深和嚴謹，也大大開拓了他的眼界和創(chuàng)新精神。

2011年，石瓊回到了祖國，他接受華大基因的邀請，在華大集團成立海洋平臺，主持組建了深圳市海洋生物基因組學重點實驗室。事實證明，這是石瓊實現(xiàn)人生價值的新起點，在華大基因這個全球最大的基因組學研究中心平臺上，他帶領(lǐng)科研團隊逐步建立起了我國在海洋生物基因組學領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，成為我國海洋生物基因組學研究的奠基者和產(chǎn)業(yè)應用的引路人。

通過創(chuàng)新性應用高通量基因組學手段，石瓊深層次揭示了一些重要經(jīng)濟水產(chǎn)動物的基礎(chǔ)生物學特性。截至目前，他已主持和參與完成了80余種水生動物的基因組測序與分析工作，積極支撐著我國水產(chǎn)基因組學的國際領(lǐng)先地位。

早在2014年，石瓊就在Nature Communications上主持發(fā)表第一個彈涂魚基因組，首次系統(tǒng)性闡明兩棲魚類的陸生適應機制，首次在國際上打出了深圳市的“生態(tài)名片”。

2015年，他又聯(lián)合中國科學院昆明動物所發(fā)表多種金線鲃基因組，綜合闡明魚類洞穴適應的分子機制；通過推測金線鲃的種群歷史變化，構(gòu)建青藏高原隆起過程中的生物歷史變遷證據(jù)，從而推動著我國生物地質(zhì)學的創(chuàng)新性發(fā)展。

2016年，他帶領(lǐng)團隊聯(lián)合中國科學院南海所在Nature上發(fā)表海馬基因組（封面文章），被評為“2016年度中國十大海洋科技進展”之一。同時，石瓊與團隊合作發(fā)表了全球首個中華絨螯蟹（俗稱“大閘蟹”）基因組，為研究相關(guān)的生殖洄游及育種研發(fā)打下良好的遺傳資源基礎(chǔ)。華大海洋（集團）下屬的鎮(zhèn)江華優(yōu)生態(tài)公司已初步篩選培育出具有優(yōu)良生長特性的大閘蟹新品種，多次獲得金蟹獎等獎項。

在2018年“千種魚類轉(zhuǎn)錄組”項目宣布構(gòu)建了魚類系統(tǒng)演化樹的前一年，石瓊參與合作主編的《后基因組時代魚類樣本庫建設與實踐》出版，該書系統(tǒng)性介紹了魚類組學樣本的采集、制備、序列分析、數(shù)據(jù)庫建設等指南性標準規(guī)范。

構(gòu)筑“產(chǎn)學研用”科技創(chuàng)新平臺

深圳這座城市有著創(chuàng)新的基因，甚至骨子里流的就是創(chuàng)新的血。

與老撾國防部簽訂共建協(xié)議

加入華大基因之后的多年時間里，石瓊先后主持組建了深圳市海洋生物基因組學重點實驗室、農(nóng)業(yè)基因組學國家重點實驗室海洋方向、廣東省海洋經(jīng)濟動物分子育種重點實驗室、深圳市（海洋藥物）院士工作站等科技創(chuàng)新平臺，并逐步創(chuàng)建“深圳市華大海洋研究院”，成為“華大海洋（集團）”的專門科技研發(fā)機構(gòu)。

這些科技創(chuàng)新平臺，有效地彌補了深圳市在海洋生物基因組學領(lǐng)域研究載體存在的短板。

作為一個跨界科研與產(chǎn)業(yè)的雙邊領(lǐng)導者，石瓊與國際國內(nèi)機構(gòu)合作，開展基因組支撐的水產(chǎn)分子育種關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)，支撐創(chuàng)新培育新品種。他大力推動水產(chǎn)領(lǐng)域產(chǎn)學研用聯(lián)盟，主持協(xié)調(diào)“千種魚類轉(zhuǎn)錄組國際計劃”和“中國水產(chǎn)生物十百千組學育種計劃”，廣泛開展水產(chǎn)基因組學研究、水產(chǎn)分子育種、新型海洋藥物研發(fā)等科技合作，在推動科學理論基礎(chǔ)研究的同時，促進科技成果的多層次、多形式的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化。

利用創(chuàng)新性思維結(jié)合高通量測序技術(shù)，石瓊帶領(lǐng)科研團隊與高校、科研院所和企業(yè)展開合作，建立起魚類分子育種、新型養(yǎng)殖模式、海洋藥物研發(fā)等示范基地，為拓寬海洋生物基因組學的應用領(lǐng)域提供樣板性指導。

與外國專家合作交流

在與中山大學等合作系統(tǒng)開展多種石斑魚與卵形鯧鲹等的基因組學研究的基礎(chǔ)上，石瓊帶領(lǐng)團隊聯(lián)合開展斜帶石斑魚等的全基因組測序技術(shù)研發(fā)和分子育種關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)，目前已構(gòu)建斜帶石斑魚、大黃魚、卵形鯧鲹、斑點叉尾鮰等的高密度遺傳連鎖圖譜，挖掘與生長性狀密切相關(guān)的標記1000余個。

斜帶石斑魚高密度遺傳連鎖圖譜（BMC Genetics，2013）是目前國內(nèi)公開發(fā)表的首個水產(chǎn)動物高密度遺傳連鎖圖譜。石瓊課題組還開發(fā)出石斑魚SNP位點目標區(qū)域捕獲測序芯片，可一次性對384個SNP位點及12個樣本進行序列捕獲，從而快速完成基因分型。由于分子育種方向明確、速度快、標記篩選后的鑒定容易，相關(guān)研究為快速培育新品種奠定創(chuàng)新性研發(fā)模式。

在對中山大學林浩然院士團隊研發(fā)的“虎龍斑”開展腦和肌肉組織的轉(zhuǎn)錄組研究基礎(chǔ)上，石瓊團隊首次闡明雜交魚類實現(xiàn)生長優(yōu)勢的一種新型分子機制，為深入研發(fā)石斑魚新品種提供技術(shù)指導。

2017年，石瓊主持的國家海洋局資助項目“優(yōu)質(zhì)石斑魚的工廠化養(yǎng)殖示范”通過結(jié)題驗收，在深圳市經(jīng)信委配套經(jīng)費支持下于大鵬壩光建立起創(chuàng)新示范性“立體工廠化養(yǎng)殖模式”。2018年，石瓊團隊分別與中國科學院昆明動物所、水科院淡水中心合作，聯(lián)合獲批農(nóng)業(yè)部認定的水產(chǎn)新品種證書2件（“鲃優(yōu)1號”金線鲃、“太湖2號”青蝦）。

在基于多組學數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，石瓊團隊大力開展高通量功能基因篩選，助力海洋藥物研發(fā)。

2018年，石瓊主持出版《海洋芋螺資源圖鑒》，對全球芋螺及芋螺毒素進行總結(jié)性介紹。十年來，他和團隊已自主完成桶形芋螺的全基因組和多肽組測序，發(fā)現(xiàn)100余個芋螺毒素基因和2000多條芋螺毒素肽，這與前期發(fā)現(xiàn)的100余條芋螺毒素轉(zhuǎn)錄組本相對應，構(gòu)成了基因∶轉(zhuǎn)錄本∶多肽的1∶1∶10s的中心法則關(guān)系。

在與海南醫(yī)學院、解放軍防化研究院合作中，團隊業(yè)已完成多種芋螺的轉(zhuǎn)錄組測序、線粒體基因組測序與毒素挖掘工作，篩選到具有殺蟲活性的6條毒素肽，正在研發(fā)具有高度戒毒活性的毒素肽序列。

此外，基于比較基因組、轉(zhuǎn)錄組和多肽組學數(shù)據(jù)，石瓊帶領(lǐng)團隊長期系統(tǒng)性研發(fā)多肽類海洋藥物及功能基因，重點關(guān)注芋螺毒素、降血壓肽、降鈣素、抗菌肽、纖溶酶等。其中，與華僑大學合作的方格星蟲基因組、與大連海洋大學合作的多種海參基因組工作，都為聯(lián)合研發(fā)新型痛風藥物、溶血栓藥物等提供了科技支撐。

如今，經(jīng)過近5年的綜合研究，他們已小試制備具有自主知識產(chǎn)權(quán)和良好痛風療效的“清風健”膠囊與片劑，目前正在申請上市資質(zhì)，為進入市場成為功能食品與藥品奠定基礎(chǔ)。

2020年5月12日，由水產(chǎn)領(lǐng)域權(quán)威——中山大學林浩然院士牽頭的專家組給出的鑒定意見認為，華大海洋有關(guān)成果“總體達到了國際先進、部分成果達到國際領(lǐng)先水平”。涉及的相關(guān)成果和技術(shù)為國內(nèi)外學術(shù)界（包括國際學者和權(quán)威刊物）所公認和廣泛引用，推動了我國水產(chǎn)基因組學及分子育種技術(shù)的快速發(fā)展。

為了構(gòu)成完整的產(chǎn)學研用一體化綜合發(fā)展的體系，從2012年開始，石瓊就推動創(chuàng)建了“深圳華大海洋科技有限公司”（華大海洋（集團）母公司），使之發(fā)展成為由海洋研究院和15家子公司構(gòu)成的產(chǎn)學研用一體化綜合發(fā)展的集團型企業(yè)。此外，他還擔任“華大海洋（老撾）獨資公司”法人，與老撾國防部聯(lián)合共建“水產(chǎn)養(yǎng)殖繁育試驗中心”，與國家的“一帶一路”倡議相呼應。

作為集團副總裁兼首席科學家，石瓊帶領(lǐng)海洋研究院團隊在科技上支撐集團的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，一系列科技成果的轉(zhuǎn)化正在推動著產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。2019年，華大海洋（集團）實現(xiàn)總產(chǎn)值逾2億元的佳績，預期2021年產(chǎn)值超過5億元，2023年突破10億元。石瓊認為，在不遠的未來，華大海洋集團將發(fā)展成為一個超過百億市值的水產(chǎn)龍頭企業(yè)。

厚植“海洋生物學高層次人才”成長土壤

隨著中國對海洋的認識不斷加深，對海洋的戰(zhàn)略意義就更加重視。如今，海洋經(jīng)濟已是國家戰(zhàn)略層面的重要一環(huán)。然而，與大刀闊斧推進海洋經(jīng)濟發(fā)展不相適應的是，中國的海洋生物學人才供給還跟不上需求。

早在十年前，國家海洋局、教育部、科技部、農(nóng)業(yè)部、中國科學院就曾經(jīng)聯(lián)合印發(fā)了《全國海洋人才發(fā)展中長期規(guī)劃綱要(2010年—2020年)》。規(guī)劃綱要提出，到2020年要“形成一支規(guī)模適度、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、布局合理、素質(zhì)優(yōu)良的海洋人才隊伍，不斷提高海洋人才對海洋事業(yè)發(fā)展的貢獻，使海洋人才發(fā)展總體水平達到主要海洋國家的中等發(fā)展水平，為建設海洋科技先進、海洋經(jīng)濟發(fā)達的海洋強國奠定人才基礎(chǔ)”的總體目標。

而在石瓊回國之后的第二年（即2012年），他就被聘為中國科學院大學博士生導師，并開啟了我國首個海洋生物基因組學方向的研究生培養(yǎng)。在引領(lǐng)“水產(chǎn)基因組學”知識創(chuàng)新體系的基礎(chǔ)上，石瓊致力于為國家培養(yǎng)海洋生物學高層次人才，他帶領(lǐng)團隊共出版了專著11部，其中就有4部為研究生教材，一定程度上填補了國內(nèi)教材的空白，為有關(guān)領(lǐng)域的快速發(fā)展和普及做出了突出貢獻。比如，他主譯的《海洋生物基因組學概論》就是我國首本同類研究生教科書；2017年出版的《后基因組時代魚類樣本庫建設與實踐》也是海洋基因庫領(lǐng)域的首本研究生教材。

截至2020年，就海洋生物基因組學方向，石瓊已培養(yǎng)博士生和碩士生30名、博士后1名，為國內(nèi)外合作單位指導培訓100余名科技人員。

作為華大海洋集團的首席科學家，在石瓊看來，華大海洋未來可以繼續(xù)充分發(fā)揮在基因組測序、生物信息分析、數(shù)據(jù)庫建設等方面的全球領(lǐng)先優(yōu)勢，構(gòu)建海洋生物信息庫，結(jié)合中國水產(chǎn)科學研究院的水產(chǎn)育種優(yōu)勢，打造水產(chǎn)生物種質(zhì)資源庫，并以深圳為龍頭創(chuàng)建智慧海洋大平臺的“中國南海海洋基因庫”。而要立足于長遠發(fā)展，就必須在中國海洋生物基因組學等專業(yè)上，培養(yǎng)更多的海洋生物學高層次人才。

他認為，華大海洋可以進一步與中山大學的國家重點實驗室合作，在深圳建設分中心，引領(lǐng)海洋科技發(fā)展。此外，華大還可以與深圳大學生命與海洋科學學院、中國海洋大學深圳研究院、廣東海洋大學深圳研究院等單位合作，支撐深圳海洋大學在大鵬落地，促進高科技人才的成長與發(fā)展。

深圳是一個不缺乏創(chuàng)新的城市，但石瓊認為，地方仍應高度關(guān)注企業(yè)的人才支撐。在引進外部人才的同時，支持地方人才和前期引入人才的健康發(fā)展，設立省市級人才基金、人才項目；與協(xié)會等聯(lián)合，設置具有公眾影響力的人才榮譽稱號、人才獎勵，并鼓勵和支持海洋科技領(lǐng)域的人才、項目向企業(yè)流動。

在深圳海洋大學建設上，石瓊建議加強與特色優(yōu)秀企業(yè)合作，讓學科、專業(yè)多結(jié)合社會需求，讓企業(yè)人才走進課堂（擔任講師、導師），讓學生融入企業(yè)，真正打造具有深圳特色、引領(lǐng)全球發(fā)展的高科技型、實用性高校。

經(jīng)略海洋需要以科技為帆，石瓊希望深圳能夠以創(chuàng)新優(yōu)勢成為這艘戰(zhàn)略巨輪的舵手，鼓足風帆，駛向蔚藍。