万物有灵，看华大智造DNBSEQ平台如何守护生物多样性

华大智造基于具有独立自主知识产权的DNBSEQ测序技术开发了一系列高中低通量的测序仪如：DNBSEQ-T7，MGISEQ-2000，DNBSEQ-G99以及DNBSEQ-E25等。DNBSEQ测序平台具有高准确性、低重复序列率以及低标签跳跃等重要特性，结合华大智造自研的多种建库试剂和测序试剂为广大客户提供个性化需求。

2024年上半年，DNBSEQ测序平台助力客户发表文章超1800篇；其中，有292篇发表在细胞（Cell）、自然（Nature）、科学（Science）和柳叶刀（Lancet）及其子刊上（图1）。本期将阐述华大智造的平台如何助力科研工作者开展生物多样性保护工作。

重视基因组学在生物多样性保护中的作用

人类正处于第六次大规模物种灭绝之中，这是一场生物多样性危机，对生态系统的功能和健康、进化继承和物种的适应潜力造成了毁灭性后果，并最终对人类构成重大威胁。自上个世纪以来，生物多样性下降问题日益凸显。据世界野生动物基金会的“Living Planet Report 2022”报告估计野生动物种群数量自1970 年以来平均下降了 69%（图2）。

图2. 自1970年以来，全球物种数量趋势变化图

尽管遗传多样性是生物组织所有层面（个体、种群、物种、群落和生态系统）的基础已是广泛的共识，基因组学在生物多样性评估和保护工作中的作用往往被忽视1。

生物多样性（图3）保护的关键在于解决关键的保护问题。这些问题包括与生态系统保护和恢复（例如入侵物种管理）相关的分类学鉴定和生物多样性监测。同时，人类活动对栖息地和濒危物种施加了巨大的人口压力。这需要管理小规模种群，恢复和增加目标物种/种群的遗传多样性，并支持物种适应不断变化的环境。基因组数据可通过各种新兴工具来表征和监测遗传多样性以帮助解决相关问题2。

图3. 美国自然历史博物馆内展示的生物多样性

生物多样性研究中常用的遗传和基因组方法包括全基因组测序，转录组测序 (RNA-Seq) 和DNA 条形码/宏条形码技术等（图4）2。而日益发展的技术手段如大规模平行测序 (massively parallel sequencing, MPS)，单分子测序技术为实现为相关技术的实现提供了可能。这些方法的成功执行取决于可用生物材料的数量和质量、实验室和生物信息学技能、实验方案的可行性和成本，以及可用参考基因组数据库的质量和完整性2。

生物多样性基因组学项目中，参考基因组是许多分析的先决条件或增强因。在下述方向如整个基因组信息宝库的构建，功能性和适应性遗传变异的识别，近亲繁殖和遗传负荷的影响，异种繁育和杂交的机制研究，基因组编辑的应用，群落结构和功能的研究等方面发挥着巨大作用。

图4. 可用于生物多样性研究的基因组学方法汇总2

1. 北象海豹（Mirounga angustirostris）

人类过去与现在的广泛生产、生活活动和人口压力导致不少物种濒临灭绝。即使某一物种幸存下来，近亲繁殖和遗传漂变也会降低个体的适应性和种群的生存潜力。

北象海豹在19 世纪初至 1892 年间，因被广泛猎杀与收藏，种群数量急剧下跌到约20头并遭受了严重的种群瓶效应。后续及时的生态保护让此物种的种群数量急剧恢复到现在的超过200,000万头。但多年的遗传学研究表明该物种的遗传多样性已大幅降低，这是种群瓶颈效应对物种健康影响的最早迹象之一。

某研究团队选取了北象海豹的260个现代个体和8个古老个体，提取相关样本的核基因组并构建好全基因组文库，使用华大智造DNBSEQ测序仪开展双端100 bp（PE100）测序并完成全基因组测序（WGS）工作3。后续分析表明近亲繁殖、功能丧失和等位基因频率的扭曲降低了繁殖期北象海豹雄性和雌性个体的适应性，以及成年个体在觅食迁徙中的表现3。

2. 非洲海牛（Trichechus senegalensis）

海牛类表现出独特的水生适应性，既具有与鲸类共有的趋同适应特征，也具有诸如寒冷敏感性和骨密度等独特特性。目前，国际自然保护联盟（IUCN）将现存的四种海牛属物种全部列为“易危物种（VU）”。气候变化和人类干扰是目前威胁海牛类的主要因素。非洲海牛可能是所有海牛类中受威胁最严重的，其种群数量呈现持续下降趋势，栖息地破碎化现象日益严重。

某研究团队选取了非洲海牛的血液样本，提取基因组 DNA，并进行长读长和短读长测序以组装其染色体水平基因组4。其中，部分实验通过华大智造DNBSEQ-T7测序仪进行双端150 bp（PE150）测序来完成4。

该研究探讨了非洲海牛独特适应性表型的可能遗传基础，如骨密度增加和寒冷敏感性增强。而在全水生哺乳动物的蛋白质编码基因中发现了趋同进化特征，可能有助于它们从陆地到水的转变。这些结果将为未来研究海牛物种的进化、生态和保护提供有用且宝贵的基因组资源。

3. 猴面包树（genus Adansonia）

猴面包树属包括8个形态不同的物种，其地理分布非同寻常：有一种四倍体物种，Adansonia digitata广泛分布于非洲大陆；一种二倍体物种，Adansonia gregori局限于澳大利亚西北部；还有六种二倍体物种，是马达加斯加特有的。除A. digitata外，其他所有物种都被列入世界自然保护联盟(IUCN) 2023年濒危物种红色名录5。

某研究团队完成了此八种猴面包树的全基因组测序工作。其中，WGS短读长和Hi-C测序通过华大智造DNBSEQ测序平台双端150 bp（PE150）测序实现5。

该研究通过综合基因组学和生态学分析揭示了猴面包树的网状进化，马达加斯加应该是现存谱系的起源中心，这是它们进化史上的一个关键问题5。此外，马达加斯加猴面包树过去的种群动态可能受到种间竞争和该岛地质历史的影响，特别是当地海平面的变化5。

4. 茶果樟（Cinnamomum chago）

茶果樟是中国云南省的特有物种，最初在漾濞县拉果村发现。初步营养分析结果表明茶果樟种子含有高比例的月桂酸，具有很高的经济利用潜力6。此外，这种优质木材经常被砍伐用于生产家具，大大影响了其自然种群的再生速度6。

研究团队从茶果樟幼叶中提取总DNA，通过HiFi测序、Hi-C测序、全基因组和转录组测序等技术，对茶果樟进行了测序、组装和注释，获得染色体水平高质量全基因组。其中，基因组测序通过华大智造DNBSEQ-T7测序仪开展双端150 bp（PE150）测序实现6。

组装的茶果樟基因组大小约为1.06 Gb，contig N50长度为92.10Mb，约99.92%的组装序列可以定位到12条染色体上（2n=24，注释共发现30,497个基因，包括28,681个蛋白质编码基因6。这种高质量的染色体水平的组装和注释将有助于保护和利用这种宝贵资源，同时也为研究樟属植物的进化关系提供重要数据，为进一步研究和探索其多种应用提供了机会6。

图5. 案例研究举例。A) 北象海豹（Mirounga angustirostris）；B）非洲海牛（Trichechus senegalensis）；C-D）猴面包树（genus Adansonia）个体以及地理分布情况；E-G）茶果樟（Cinnamomum chago）的成体、树叶果实以及基因组组装情况。

结语

生物多样性是人类赖以生存和发展的基础，根据世界自然基金会、联合国粮农组织等国际机构发布的报告表明，近年来全球生物多样性的丧失速度令人担忧，破坏了自然生态系统的恢复力。

作为生命科技核心工具缔造者，华大智造充分发挥先进平台优势，以赋能生物多样性保护，促进可持续发展，为全球生物多样性保护提供科技支撑。截至2024年6月24日，基于华大智造DNBSEQ平台，我们已经支持合作伙伴累计破译动植物的基因密码超4900种。未来，我们将持续坚守初心，继续攻克生命科技核心工具和关键技术，持续打造生命数字化全方位产品，为生物多样性相关研究提供工具支撑和科技力量，为更美好的地球贡献力量！

1.Stange, M., Barrett, R. & Hendry, A. P., The importance of genomic variation for biodiversity, ecosystems and people. NAT REV GENET 22 89 (2021).

2.Theissinger, K. et al., How genomics can help biodiversity conservation. TRENDS GENET 39 545 (2023).

3.Hoelzel, A. R. et al., Genomics of post-bottleneck recovery in the northern elephant seal. NAT ECOL EVOL 8 686 (2024).

4.Huang, X. et al., The genome of African manatee Trichechus senegalensis reveals secondary  adaptation to the aquatic environment. ISCIENCE 27 110394 (2024).

5.Wan, J. N. et al., The rise of baobab trees in Madagascar. NATURE 629 1091 (2024).

6.Tao, L., Guo, S., Xiong, Z., Zhang, R. & Sun, W., Chromosome-level genome assembly of the threatened resource plant Cinnamomum  chago. SCI DATA 11 447 (2024).

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