? ? 2021年是人類基因組草圖公布的20周年，QB期刊非常榮幸地邀請(qǐng)到了一批曾在人類基因組計(jì)劃（HGP）中發(fā)揮重要作用并做出突出貢獻(xiàn)、或見證HGP重大進(jìn)展和影響的杰出科學(xué)家，為大家分享HGP背后的故事。我們相信這些故事不僅可以帶給大家很多見解，也可以為定量生物學(xué)未來的發(fā)展提供啟示。在QB2021年第1期中，QB編輯部分別邀請(qǐng)了Michael S. Waterman教授講述了HGP最早的那段歷史（點(diǎn)擊這里閱讀全文）以及Michael Q. Zhang教授分享了自己參與HGP的部分工作以及在從事基因組研究中的個(gè)人感悟（點(diǎn)擊這里閱讀全文）。

? ? 在第3期的文章中，QB編輯部又邀請(qǐng)了楊煥明院士、陳潤生院士以及美國Andrew F. Neuwald教授分別分享他們經(jīng)歷HGP研究的見聞及感想。今天先和大家分享的是陳潤生院士的 “Early bioinformatics research in China”文章（點(diǎn)擊文末“閱讀原文”下載PDF全文）。在文章中，陳院士不僅回顧了國內(nèi)早期生物信息學(xué)的發(fā)展及相關(guān)專家和團(tuán)隊(duì)，還介紹了自己課題組如何加入國內(nèi)HGP研究，以及克服各種困難從事非編碼序列研究的經(jīng)歷。

陳潤生? 院士

Profile

? ? 陳潤生院士現(xiàn)任中國科學(xué)院生物物理研究所研究員，Quantitative Biology期刊編委。2007年當(dāng)選中國科學(xué)院院士，2014年當(dāng)選歐亞科學(xué)院院士，曾獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（第一完成人）。他是我國最早從事理論生物學(xué)、生物信息學(xué)以及非編碼RNA研究的科研人員之一。參加完成了我國第一個(gè)完整基因組泉生熱袍菌B4基因組序列的組裝和基因標(biāo)識(shí)，并參加了人類基因組1%和水稻基因組工作草圖的研究。在非編碼RNA研究中，構(gòu)建了收錄非編碼RNA及其基因的數(shù)據(jù)庫NONCODE，以及收錄非編碼RNA與其它生物大分子相互作用的數(shù)據(jù)庫NPInter，這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫已成為國際在非編碼RNA領(lǐng)域非常有影響力的數(shù)據(jù)庫。

文章概要

? ? 生物信息學(xué)一詞是1988年由Dr. Hwa A. Lim首創(chuàng)，其定義為 “生物信息學(xué)是一門收集、分析遺傳數(shù)據(jù)以及分發(fā)給研究機(jī)構(gòu)的新學(xué)科“。生物信息學(xué)真正的發(fā)展壯大得益于人類基因組計(jì)劃的實(shí)施，其內(nèi)涵也更加豐富。它是當(dāng)今自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域中“基因組”、“信息結(jié)構(gòu)”和“復(fù)雜性”這三個(gè)重大科學(xué)問題的有機(jī)結(jié)合。

? ? 國際人類基因組研究醞釀?dòng)谏鲜兰o(jì)八十年代末，起始于九十年代初，我國科學(xué)家在1991年就已經(jīng)討論如何參與基因組研究的事情。當(dāng)時(shí)的國家自然科學(xué)基金委員會(huì)生命科學(xué)部主任吳旻先生于1991年底向基金委遞交了中國人類基因組計(jì)劃的重大課題建議書。1993年9月28日，由國家自然科學(xué)基金委員會(huì)生命科學(xué)部組織的以談家楨教授為組長的專家組，在滬論證并通過了強(qiáng)伯勤教授、陳竺研究員申請(qǐng)的《中華民族基因組中若干位點(diǎn)基因結(jié)構(gòu)的研究》重大項(xiàng)目，這標(biāo)志我國HGP（Human Genome Project）正式啟動(dòng)。

? ? 陳潤生先生從上世紀(jì)八十年代末就開始關(guān)注人類基因組研究，特別是讀了發(fā)表于1990年4月6日Science上由James Watson撰寫“The Human Genome Project: Past, Present, and Future”一文后，他將自己長期以來對(duì)人類基因組的認(rèn)識(shí)和理解通過郵件與James Watson教授進(jìn)行交流。讓陳先生沒有想到的是與他素未謀面過的James Watson教授竟寄來了一份美國人類基因組第一個(gè)五年計(jì)劃的正式文件。在讀完這份文件后，陳先生堅(jiān)定了投身基因組研究的決心。同時(shí)也了解到信息分析，包括序列的組裝與功能元件的標(biāo)識(shí)是本項(xiàng)目的關(guān)鍵。隨后，陳先生找到吳旻先生表示愿意無償參加國內(nèi)人類基因組研究項(xiàng)目中的序列組裝和分析這一環(huán)節(jié)，所以陳先生課題組從一開始就參加了我國人類基因組計(jì)劃的研究工作。

? ? 1998年隨著“國家基因組北方研究中心” (主任是強(qiáng)伯勤院士，學(xué)術(shù)委員會(huì)名譽(yù)主任是吳旻院士)和“國家基因組南方研究中心”成立（主任是陳竺院士），及1999年7月“北京華大基因研究中心”的成立，我國人類基因組大規(guī)模測(cè)序工作蓬勃展開并實(shí)現(xiàn)了與國際的接軌，參加了國際“人類基因組計(jì)劃”，并承擔(dān)了人類3號(hào)染色體短臂3000萬堿基（約占人類基因組全部堿基序列的1%）的測(cè)序任務(wù)。

? ? 在大規(guī)模的人類基因組測(cè)序之前，為了進(jìn)行各項(xiàng)準(zhǔn)備和鍛煉隊(duì)伍，中科院微生物所譚華榮團(tuán)隊(duì)、遺傳發(fā)育所楊煥明團(tuán)隊(duì)和生物物理所陳先生的團(tuán)隊(duì)商定先進(jìn)行一個(gè)微生物全基因組的序列測(cè)定。通過對(duì)各種因素分析后，最后確定了由云南騰沖熱泉里篩選出的具有我國知識(shí)產(chǎn)權(quán)并且只有三百萬堿基的泉生熱胞菌B4為研究對(duì)象。但令大家沒有想到的是這個(gè)細(xì)菌基因組的AT堿基含量很高（達(dá)到62.4%），GC含量卻很低（僅為37.6%）。由于當(dāng)時(shí)沒有現(xiàn)成的軟件工具，所有的拼接、組裝和基因標(biāo)識(shí)的算法和程序都是由團(tuán)隊(duì)人員獨(dú)立完成。

? ? 在參加國內(nèi)人類基因組計(jì)劃研究中，陳先生課題組的任務(wù)是DNA序列的拼接、組裝和功能元件（主要是編碼基因）識(shí)別的方法研究。為此，課題組建立了DNA序列的統(tǒng)計(jì)分析、分維分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜性、局域簡(jiǎn)并度等多種方法，特別是在國際上首次提出密碼學(xué)方法（Jun Xu, Runsheng Chen*, Lunjiang Ling, Ruqun Shen and Jian Sun:? Coincident Indices of Exons and Introns, Comput. Biol. Med. ?23 333-343 1993. ），并將這些方法綜合起來用于基因識(shí)別等，提高了預(yù)測(cè)的成功率。這一成果于1996年 9月29日在日本筑波召開的第十五屆國際科學(xué)技術(shù)數(shù)據(jù)委員會(huì)(CODATA)大會(huì)上獲得了“小谷正雄 ”獎(jiǎng) (“Kotani Prize”，生物領(lǐng)域)。

? ? 隨著參加基因組分析的工作越來越多，陳先生堅(jiān)信基因組中除了編碼序列，大量的非編碼序列也具有一定的生物學(xué)功能。但由于當(dāng)時(shí)國際上從事非編碼RNA研究的團(tuán)隊(duì)不多，缺少大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，要從生物信息角度分析了解非編碼序列的功能等于在做無米之炊。1999年起，陳先生開始建立自己的濕實(shí)驗(yàn)室，以期通過自己產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對(duì)非編碼RNA進(jìn)行功能研究。但一直做理論研究的陳先生要從事分子生物學(xué)的研究并非易事。人才在哪里？經(jīng)費(fèi)在哪里？設(shè)備是什么？做什么？怎么做？都是亟待解決的問題。好在實(shí)驗(yàn)室當(dāng)時(shí)請(qǐng)來實(shí)驗(yàn)做的比較好的鄧巍老師，以非編碼序列高達(dá)70%的多細(xì)胞模式動(dòng)物線蟲作為切入點(diǎn)，并對(duì)轉(zhuǎn)錄本的長度范圍限定在50-500個(gè)堿基的序列進(jìn)行研究。經(jīng)過四年多系統(tǒng)而深入的研究，實(shí)驗(yàn)室不僅在理論方面建立了一套自己的非編碼基因預(yù)測(cè)方法，還在線蟲中發(fā)現(xiàn)了161個(gè)新的非編碼基因，并確定了兩個(gè)非編碼基因家族，發(fā)現(xiàn)了三個(gè)特異的非編碼基因啟動(dòng)子，結(jié)果顯示非編碼基因與編碼基因一樣各自有一套獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)。論文于2006年1月6日在“Genome Research”發(fā)表后，美國科協(xié)(AAAS)所屬的科學(xué)評(píng)述雜志”EurekAlert”在1月9日發(fā)表了長文介紹了這一研究成果。介紹中不僅肯定了上述發(fā)現(xiàn)，還指出實(shí)驗(yàn)技術(shù)的效率比國際上提高了10倍。所有發(fā)現(xiàn)的非編碼基因都收錄于GenBank (NCBI accession number: AY948555-- AY948719)。接著，應(yīng)用線蟲研究中建立的整套非編碼基因的識(shí)別方法，獨(dú)立地承擔(dān)了人類3號(hào)染色體完成圖中非編碼基因的識(shí)別工作，發(fā)現(xiàn)了各類型非編碼基因近900個(gè)，作為署名作者本文于2006年發(fā)表在Nature上。

? ? 與此同時(shí)，陳先生課題組自2000年起就開始搜集國際上被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的NcRNA基因及非編碼轉(zhuǎn)錄本，發(fā)展了相應(yīng)的軟件及檢索工具，建成了NcRNA數(shù)據(jù)庫--NONCODE，這是當(dāng)前國際上最全的NcRNA數(shù)據(jù)庫，已成為很多研究的基本數(shù)據(jù)源，該工作的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)是提出了非編碼基因的分類系統(tǒng)。文章剛一發(fā)表，2005年1月21日Science雜志就介紹了該工作。此后，又構(gòu)建了非編碼RNA和蛋白等相互作用數(shù)據(jù)庫--NPInter，這些均為國際非編碼基因研究提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

? ? 在陳先生進(jìn)行生物信息學(xué)研究之前，國內(nèi)還有許多專家和團(tuán)隊(duì)早在二十世紀(jì)八十年代初期就開始了這方面的研究。如內(nèi)蒙古大學(xué)羅遼復(fù)教授于1982年起帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從理論物理轉(zhuǎn)向理論生物學(xué)研究，并把主要精力放到DNA序列研究上，這在國內(nèi)是早的和為數(shù)不多的團(tuán)隊(duì)。在此期間，他們提出了DNA序列分析的信息學(xué)理論。天津大學(xué)的張春霆教授在上世紀(jì)八十年代中期以后開始從事DNA理論研究，其貢獻(xiàn)一方面是提出了用雙Sine—Gordon偏微分方程組來模擬DNA分子在轉(zhuǎn)錄和復(fù)制過程中堿基運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)機(jī)制；另一方面是提出了DNA序列的Z曲線理論，開拓了一條用幾何學(xué)方法分析DNA序列的新途徑。目前，Z曲線理論在基因組學(xué)和生物信息學(xué)中已獲得了廣泛的應(yīng)用。由于在理論生物學(xué)和生物信息學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)張春霆教授于1995年當(dāng)選為中國科學(xué)院院士。1997年兩位在數(shù)理科學(xué)領(lǐng)域成績卓著的科學(xué)家郝柏林院士和李衍達(dá)院士帶領(lǐng)他們的團(tuán)隊(duì)加入了基因組序列的信息分析，這不僅壯大了我國的生物信息研究隊(duì)伍，更激發(fā)了科技界對(duì)基因組學(xué)研究的興趣。2000年前后的很長一段時(shí)間，郝柏林先生和鄭偉謀教授經(jīng)常出現(xiàn)在位于北京空港開發(fā)區(qū)的華大基因研究院。在那里他們致力于發(fā)展新的算法完成水稻基因組的組裝和信息挖掘。同時(shí)，郝先生還發(fā)展了“K-mer(K長度字符串)”技術(shù)利用全基因組數(shù)據(jù)重建了原核生物的生命演化之樹，這一套微生物親緣關(guān)系分析軟件CVtree得到國際認(rèn)可。一進(jìn)入生物信息領(lǐng)域，郝先生就和劉寄星教授主編了《理論物理與生命科學(xué)》一書（1997年12月，上海科學(xué)技術(shù)出版社）。2000年郝先生和他的夫人張淑譽(yù)教授合著了《生物信息學(xué)手冊(cè)》（2000年10月，上海科學(xué)技術(shù)出版社），2002年又出版了《生物信息學(xué)手冊(cè) 第二版》。2003年郝先生還寫了專門介紹生物信息學(xué)的著作《生物信息學(xué)淺說》。郝先生對(duì)我國生物信息學(xué)的發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。1997年，李衍達(dá)院士與孫之榮教授合作創(chuàng)建了清華大學(xué)生物信息學(xué)研究所，2002年發(fā)展為生物信息學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。長期以來，他們培養(yǎng)了一大批生物信息學(xué)領(lǐng)域的骨干人才，為中國生物信息學(xué)的推廣和生物信息學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

? ? 進(jìn)入二十一世紀(jì)后，又有兩只重要的隊(duì)伍開展了生物信息學(xué)的相關(guān)研究，分別是北京大學(xué)理論生物學(xué)中心和上海生物信息學(xué)中心。北京大學(xué)理論生物學(xué)中心是在李政道先生提議下、在北京大學(xué)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的倡導(dǎo)和大力支持下于1999年開始籌建，2001年9月17日正式成立，它集中數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、力學(xué)、生物及計(jì)算機(jī)科學(xué)的研究力量，從實(shí)驗(yàn)與理論兩個(gè)方向開展關(guān)于生物學(xué)交叉的理論生物學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)研究工作，特別是在生物調(diào)控網(wǎng)絡(luò)等的研究上取得了重要的成果。開始建立時(shí)的重要成員包括：來魯華教授、佘振蘇教授、湯超教授和歐陽頎教授，后兩位現(xiàn)已當(dāng)選為中國科學(xué)院院士。中心現(xiàn)已更名為北京大學(xué)定量生物學(xué)中心。上海生物信息學(xué)中心成立于2000年6月，是中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院內(nèi)的生物信息學(xué)支撐平臺(tái)，中心主任為李亦學(xué)研究員。這支隊(duì)伍成為2002年成立的上海生物信息技術(shù)研究中心的核心力量。這一中心隸屬于上海科學(xué)院，是由上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)依托中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院、國家人類基因組南方研究中心、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、上海醫(yī)藥工業(yè)研究院等11家科研單位，整合上海生物信息學(xué)主要研究力量正式組建的團(tuán)隊(duì)。中心是一個(gè)專業(yè)從事生物信息研究和數(shù)據(jù)庫建設(shè)、生物信息學(xué)軟件開發(fā)的獨(dú)立事業(yè)法人單位，是上海市生物信息學(xué)會(huì)的依托單位。

? ? 2001年以后人類基因組、水稻基因組的數(shù)據(jù)先后公布，轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組等功能基因組的數(shù)據(jù)不斷出現(xiàn)。隨著組學(xué)大數(shù)據(jù)的快速發(fā)展，我國從事生物信息學(xué)的個(gè)人或團(tuán)隊(duì)在2002年以后迅速增加，比如哈爾濱醫(yī)科大學(xué)2004年3月學(xué)校正式批準(zhǔn)成立了生物信息學(xué)系，李霞教授為系主任。2007年又在該系的基礎(chǔ)上成立了生物信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，這樣巨大的規(guī)模，在國內(nèi)也是首屈一指。

Quantitative Biology期刊介紹

? ? Quantitative Biology （QB）期刊是由清華大學(xué)、北京大學(xué)、高教出版社聯(lián)合創(chuàng)辦的全英文學(xué)術(shù)期刊。QB主要刊登生物信息學(xué)、計(jì)算生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、理論生物學(xué)和合成生物學(xué)的最新研究成果和前沿進(jìn)展，并為生命科學(xué)與計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、物理等交叉研究領(lǐng)域打造一個(gè)學(xué)術(shù)水平高、可讀性強(qiáng)、具有全球影響力的交叉學(xué)科期刊品牌。?

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的QB期刊 | 纪念HGP20周年系列文章3：陈润生院士回顾我国早期生物信息学的发展...的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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