互动科普

基因组学的真正起点，是1983年前后酝酿启动“人类基因组计划”的一系列公开讨论和会议，距今整整30年了。“国际人类基因组计划共同体”宣布人类基因组序列完成图的绘制结束是2003年，距今也已整整10年。10年沧桑也好，30年沧桑也好，“人类基因组计划”与基因组学研究发展所造成的巨变正在发生，影响着每一个人的生活。本期的特别策划文章就是深入介绍这沧桑和巨变的：从彻底解读一个人的基因组到有能力解读每个人的基因组。现在我们再来展望未来的基因组学与基因组生物学，谈谈这个基因组“新纪元”里生命科学发展的方向。

首先是基因组学的研究方向，我们可以从基因组学研究的诸多“路线图”(用来描述学科发展前景的学科规划）说起。科学的根本目的就是要造福社会。基因组学研究在医学方向上的路线图是：基因组结构—基因组生物学—疾病生物学—医学科学—医疗保障。前两个是过去和目前基因组学研究的基本内容；后三个是基因组学研究的未来和应用，现在常称为个性化医疗或精准医学。当然，农业的发展、生态环境的改善，也有相应的路线图。就农业而言，无疑是从基因组生物学到作物和家禽、家畜的分子指导育种和农业生产效益的提升。生态环境的研究目前还没有根本性的进展，但未来应会有更大的发展空间。

其次是基因组学的研究内容和理论框架，和这个框架将如何为实现路线图奠定基础。经典的基因组学理论框架已经不能满足生命科学和相关应用领域的需要，它是以达尔文的进化论和孟德尔的遗传学为基础的，研究的对象是基因型（包括基因组序列和序列变化在群体中的变化规律）与表现型的关系。由于DNA测序技术的飞跃发展，获取基因组学信息的成本已经接近最低点。基因组学因此必须要过渡到基因组生物学，研究各种生物学问题。比如，基因的变异与疾病的关系，是基因组学；而基因产物、基因产物的调控机理与疾病组织或细胞的关系却只能是基因组生物学，它是以生理学、细胞生物学和生物化学为基础和手段的研究，其对象可以是细胞、组织和作为物种代表的整体，甚至是疾病和生物学现象，如人类的各种疾病，青春期、更年期和衰老的内在性生理变化，又如动物的冬眠（熊)、滞育（袋鼠)、性别转换（鳝鱼）等。因此，基因组生物学必须要容纳遗传学以外的概念和内容，这个东西目前大家随意地称之为“表观遗传学”。其实这是个不太负责任的名词，笼统而含糊，好像是包罗了遗传以外的种种生物学，但又置于遗传学之中。表观遗传学的种种现象还会遵从遗传学规律吗？如果表观遗传范畴的生物学现象真的都与遗传无关，那么不遗传的部分遵从什么样的规律呢？拉马克主义对现代生物学还有指导意义吗？这些有趣又富于挑战性的问题都在等待基因组生物学研究实践来回答。

这就引出了第三点，即基因组生物学的研究内容。基因组生物学的研究内容基本分三个层次：基因组学、基因组生物学和基于谱系的基因组生物学。也就是说，基因组学是研究跨谱系（例如植物与动物、脊椎动物与节肢动物、鸟类与哺乳动物）和物种（例如黑猩猩与人类）的基因组学普遍规律，基因组生物学是用基因组学的理论和技术来研究生物学命题，基于谱系的基因组生物学则是研究谱系特定的生物学问题（比如温血动物是如何实现体温的稳定性)。也就是说，这三个层次会依次更接近生物学的具体问题，接近生物学的应用层次，从而依次更接近社会的真实需求。

可见，在基因组学的新纪元里，我们需要重新调整对基因组学和基因组生物学的认识，瞄准深层次、前瞻性的目标，面对现今社会的刚性需求和未来的新需求，在新的起点上启动新的项目，向新的科学高峰发起冲击。

“生命密码”不仅仅是被记录在DNA、RNA、蛋白质的序列里，它也寓于这些序列之外的其他种种生命物质（比如能量“货币”腺苷三磷酸，即ATP的产生和流通）和行为（感受和认知）之中。对基因组序列的彻底解读，标志着基因组生物学研究的新起点。

（本文发表于《科学世界》2013年第8期）