從南極磷蝦到北極熊，從高原牦牛到深海獅子魚(yú)……地球上所有生命之間都交織著一張無(wú)形的“關(guān)系網(wǎng)”。150年前，達(dá)爾文用“生命之樹(shù)”描繪了這一宏大猜想；如今，科學(xué)家們借助DNA測(cè)序等技術(shù)，把這棵“生命之樹(shù)”從想象變成可視的數(shù)字化地球生命藍(lán)圖。這有助于進(jìn)一步揭示生命奧秘、保護(hù)生態(tài)以及開(kāi)發(fā)生物資源，其意義堪比生命科學(xué)“元素周期表”。

值得一提的是，為了構(gòu)建物種基因組圖譜、追溯物種的起源與演化、解碼生命遺傳密碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)地球生命數(shù)字化，華大等17家科研機(jī)構(gòu)于2017年聯(lián)合發(fā)起“地球生物基因組計(jì)劃(EBP)”。該計(jì)劃匯聚全球科研力量，將在未來(lái)30年內(nèi)完成地球上150萬(wàn)種生物的基因組測(cè)序，全面解讀地球生命系統(tǒng)，為生物多樣性的保護(hù)和利用注入動(dòng)力。此外，華大從更早期開(kāi)始就發(fā)起并參與了一系列針對(duì)不同生物類群的大型國(guó)際合作計(jì)劃。

多年來(lái)，華大持續(xù)利用基因組學(xué)相關(guān)技術(shù)破譯物種基因組，以回答與生命演化及生物多樣性形成有關(guān)的科學(xué)問(wèn)題。在生物多樣性研究領(lǐng)域，截至2025年10月，華大已破譯超6000個(gè)動(dòng)植物基因組，聯(lián)合全球科學(xué)家發(fā)起12項(xiàng)國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃，累計(jì)發(fā)表900余篇SCI論文。

接下來(lái)，讓我們沿著生命之樹(shù)的脈絡(luò)，走進(jìn)這場(chǎng)跨越物種、連接世界的組學(xué)革命。

01

挖掘微生物領(lǐng)域的“基因?qū)毑亍?/blockquote>

在地球生態(tài)系統(tǒng)中，微生物扮演著不可或缺的角色。它們參與關(guān)鍵生物過(guò)程，塑造生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)生物地球化學(xué)循環(huán)。華大科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)基因組學(xué)技術(shù)，在海洋與農(nóng)業(yè)微生物領(lǐng)域持續(xù)突破，挖掘潛在的“基因?qū)毑亍?，助力多領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

海洋微生物：解碼近海到深淵的生命奧秘

從近海淺灘到萬(wàn)米深淵，科學(xué)家正在不斷突破人類認(rèn)知邊界。2024年，華大聯(lián)合多家機(jī)構(gòu)建立了迄今為止全球最完整的海洋微生物基因數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建了超4.31萬(wàn)個(gè)海洋微生物基因組和24.58億個(gè)基因序列的海洋微生物組數(shù)據(jù)，還成功發(fā)掘了新型基因編輯工具、高效PET塑料降解酶和新型廣譜抗菌肽，為開(kāi)發(fā)海洋微生物基因資源提供實(shí)踐范本。

Nature

，2024）

2025年，上海交大、中國(guó)科學(xué)院深海所、華大等多家單位聯(lián)合發(fā)起的馬里亞納海溝環(huán)境與生態(tài)研究計(jì)劃取得了重磅成果?？蒲袌F(tuán)隊(duì)通過(guò)多次海底探索，揭秘了深淵生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性機(jī)制，描繪了首個(gè)海洋最深生態(tài)系統(tǒng)圖景，并構(gòu)建了迄今最完整的深海原核微生物基因數(shù)據(jù)集，鑒定出7564個(gè)物種水平的代表性基因組。

Cell

，2025）

農(nóng)業(yè)微生物：打通“實(shí)驗(yàn)室研究到田間應(yīng)用”的轉(zhuǎn)化路徑

在農(nóng)業(yè)微生物領(lǐng)域，華大已完成10萬(wàn)余份農(nóng)作物微生物組的數(shù)字化，借助多組學(xué)技術(shù)，系統(tǒng)開(kāi)展“土壤養(yǎng)分-作物微生物組-作物表型”關(guān)聯(lián)機(jī)制研究，在植物與微生物互作、根際有益微生物發(fā)掘、微生物功能菌種產(chǎn)品化等領(lǐng)域取得一系列成果。

目前，該菌劑在大豆、棉花、水稻等作物上應(yīng)用成效顯著，實(shí)收測(cè)產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，大豆畝增產(chǎn)幅度達(dá)16.50%，水稻畝增產(chǎn)幅度達(dá)10.25%，棉花畝增產(chǎn)10%。這些結(jié)果都充分驗(yàn)證了菌劑的穩(wěn)定性與普適性，并探索出一條“從實(shí)驗(yàn)室到田間”的全鏈路轉(zhuǎn)化路徑，助力資源節(jié)約型、環(huán)境友好型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

此外，華大在土壤改善及植物與微生物互作機(jī)制方面也開(kāi)展了系統(tǒng)研究。

• 2018年，“全球柑橘根際微生物組的結(jié)構(gòu)和功能研究”成果發(fā)表，完成了全球柑橘根系微生物群落結(jié)構(gòu)普查，并揭示其核心微生物類群組成及功能。

• 2019年，揭示了水稻通過(guò)NRT1.1B調(diào)控根系具有氮轉(zhuǎn)化能力的微生物組成，改變根際微環(huán)境，影響秈梗稻田間氮肥利用效率。

• 2022年，關(guān)于“谷子基因型、根系微生物組與農(nóng)藝性狀之間的互作網(wǎng)絡(luò)”的研究成果發(fā)表，首次提出基因型依賴的微生物效應(yīng)。

• 2023年，土壤養(yǎng)分及耐鹽微生物的組成促進(jìn)廣陳皮活性成分單萜的合成與積累，揭示了中藥材“道地性”的成因。

• 2024年，通過(guò)多組學(xué)技術(shù)破譯了茶枝柑基因組的遺傳圖譜，揭示了多甲氧黃酮合成的潛在通路以及基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。該研究首次報(bào)道了一種新的甲氧基轉(zhuǎn)移酶功能基因CcOMT1，可以直接催化合成抗腫瘤活性物質(zhì)。

• 2024年，基于一項(xiàng)持續(xù)40余年不施氮肥、磷肥或鉀肥的黑土長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)低氮條件下根際富集的微生物組模塊能夠促進(jìn)大豆生長(zhǎng)，為大豆“減肥增效”提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

（Nature Communications，2018）

（Nature Biotechnology，2019）

Nature Communications

，2022）

Microbiome

，2023）

Nature Communications

，2024）

Nature Communications

，2024）

左右滑動(dòng)查看更多研究成果

02

創(chuàng)建植物領(lǐng)域的綠色生命基因目錄

植物不僅是地球生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)的核心，更是人類生存發(fā)展的根基。2018年，華大發(fā)起了推進(jìn)植物相關(guān)基礎(chǔ)科研、育種及農(nóng)業(yè)應(yīng)用發(fā)展的“萬(wàn)種植物基因組計(jì)劃”(10KP)，目標(biāo)是為1萬(wàn)種植物及藻類構(gòu)建基因組圖譜，創(chuàng)建覆蓋綠色植物界的基因目錄，為農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、生態(tài)、能源等領(lǐng)域保存關(guān)鍵基因資源。

植物登陸的演化路徑

華大通過(guò)解析不同演化階段藻類的基因組，繪制出植物從水生到陸生的演化路徑，闡明其登陸過(guò)程中逐步適應(yīng)陸地環(huán)境的分子機(jī)制。

演化起點(diǎn)-海洋華藻門綠藻：該類群在綠色植物起源初期便率先分化，保留了綠色植物祖先的核心基因遺傳信息庫(kù)，為后續(xù)演化提供了原始基因資源。

Nature Ecology&Evolution，

2020）

早期分化-鏈型藻類：通過(guò)基因組創(chuàng)新，提前演化出植物型光呼吸機(jī)制、植物激素調(diào)控通路及植物型細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，突破水生環(huán)境限制，為陸地適應(yīng)奠定生理基礎(chǔ)。

Nature Plants，

2019）

關(guān)鍵橋梁-陸生植物姐妹群雙星藻綱：登陸前通過(guò)從土壤細(xì)菌獲取水平基因轉(zhuǎn)移等脅迫響應(yīng)基因，預(yù)先具備抗旱能力，成為連接水生藻類與陸生植物的“演化橋梁”。

Cell，

2019）

適應(yīng)極端環(huán)境-綠藻（小型平藻、沙漠片球藻）：通過(guò)基因家族擴(kuò)張、外源基因水平轉(zhuǎn)移及動(dòng)態(tài)脂質(zhì)重塑等代謝創(chuàng)新，強(qiáng)化極端環(huán)境生存韌性，完善陸地適應(yīng)策略。

Nature Communications，

2025）

早期苔蘚和蕨類植物的生存智慧

早期苔蘚與蕨類植物基因組的研究成果顛覆了植物如何征服陸地的傳統(tǒng)認(rèn)知，揭示出植物實(shí)現(xiàn)陸地優(yōu)勢(shì)的兩條鮮明路徑。

苔蘚植物：其基因家族有近64.7萬(wàn)種，憑借獨(dú)特的“基因創(chuàng)新”與“水平基因轉(zhuǎn)移”策略獲取繁衍，成為地球上分布最廣、適應(yīng)能力最強(qiáng)的植物類群之一。

Nature Genetics

，2025)

蕨類植物：研究發(fā)現(xiàn)其演化過(guò)程借助了全基因組復(fù)制與高度特化的共生機(jī)制，并通過(guò)水平基因轉(zhuǎn)移從細(xì)菌中獲取關(guān)鍵抗蟲(chóng)基因。

Nature Plants，

2018）

Nature Plants，

2020）

裸子植物：探尋“活化石”的生存密碼

蘇鐵是地球上現(xiàn)存最古老的裸子植物，其起源可追溯到大約3億年前，是著名的“活化石”植物。2022年，華大聯(lián)合多家科研單位完成蘇鐵基因組解析工作，并發(fā)布蘇鐵基因組圖譜。該研究發(fā)現(xiàn)蘇鐵演化過(guò)程中通過(guò)水平基因轉(zhuǎn)移從細(xì)菌里獲得細(xì)胞毒素蛋白基因(fitD)以實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)，并揭示了蘇鐵性別決定的遺傳機(jī)制；此外，還在蘇鐵種子儲(chǔ)存蛋白中發(fā)現(xiàn)了營(yíng)養(yǎng)與抗菌特性，為生態(tài)學(xué)、健康及生物技術(shù)研究提供新啟示。

Nature plants

, 2022)

被子植物：厘清系統(tǒng)發(fā)育及深層演化關(guān)系

被子植物是地球上數(shù)量最多、種類最豐富的植物類群，超過(guò)35萬(wàn)種。厘清被子植物的系統(tǒng)發(fā)育以及深層演化關(guān)系，對(duì)于了解物種起源、進(jìn)化聯(lián)系和擴(kuò)張至關(guān)重要。

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)發(fā)育關(guān)鍵物種測(cè)序，華大構(gòu)建了金粟蘭基因組圖譜，確定其系統(tǒng)發(fā)育位置，提供了最后一個(gè)主要被子植物譜系金粟蘭目的數(shù)據(jù)，支持其作為木蘭類植物的姐妹群的地位，并揭示了金粟蘭目植物藥用和芳香化合物利用價(jià)值，為物種資源保護(hù)提供科學(xué)支撐。

Nature Communications

，2021)

單子葉植物是被子植物的第二大類群，其基部類群歸屬仍存在爭(zhēng)議。2023年，華大破譯了石菖蒲基因組信息，為早期單子葉植物進(jìn)化提供清晰視角，確定其所在的菖蒲目為現(xiàn)存其它單子葉類群的姐妹群，鑒定并解析了早期單子葉植物適應(yīng)水生生存環(huán)境的關(guān)鍵基因。

Nature Communications

，2023）

解析高價(jià)值基因資源，助力農(nóng)業(yè)發(fā)展

多年來(lái)，華大持續(xù)開(kāi)展農(nóng)業(yè)物種、孤生作物、根瘤固氮植物及寄生植物的系統(tǒng)性研究，揭示了重要農(nóng)藝性狀基因、營(yíng)養(yǎng)代謝相關(guān)基因特征、農(nóng)業(yè)固氮保守基因及特化生活方式下的基因組縮減模式等成果，為農(nóng)業(yè)研究提供重要基因?qū)用嬷巍?/p>

03

解讀動(dòng)物領(lǐng)域的演化密碼書(shū)

動(dòng)物是“生命之樹(shù)”最繁茂的分支之一。從螞蟻到鴨嘴獸，從飛鳥(niǎo)到水熊蟲(chóng)，它們身體里都藏著獨(dú)特的演化密碼書(shū)。而華大正以多組學(xué)技術(shù)一步步解讀這些密碼書(shū)，追溯它們的演化起源，破解其生存機(jī)制，為生物資源保護(hù)與利用提供科學(xué)支撐。

根基探索——無(wú)脊椎動(dòng)物

無(wú)脊椎動(dòng)物占全球動(dòng)物物種的90%以上，它們是生命世界最原始的根基。

在昆蟲(chóng)研究領(lǐng)域，華大從個(gè)體基因組拓展到群體演化深度分析了家蠶、螞蟻、蜜蜂等物種的適應(yīng)性和演化機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了“技術(shù)突破-理論創(chuàng)新-產(chǎn)業(yè)應(yīng)用”的完整閉環(huán)。

• 2004年，于

  Science

  發(fā)表中國(guó)首個(gè)動(dòng)物基因組--家蠶全基因組，揭示絲蛋白合成基因的馴化選擇機(jī)制。

• 2010年，于

  Science

  發(fā)表螞蟻社會(huì)性演化研究，解析了等級(jí)分化的表觀調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

• 2014年，于

  Science

  重繪昆蟲(chóng)4.8 億年演化生命樹(shù)，校準(zhǔn)陸地生態(tài)、害蟲(chóng)治理與比較功能基因組學(xué)的時(shí)空基準(zhǔn)。

• 2022年，于

  Nature Ecology & Evolution

  揭示螞蟻大腦調(diào)控社會(huì)分工的機(jī)制。

• 2025年，于

  Cell

  解析螞蟻適應(yīng)性輻射與社會(huì)性演化的遺傳基礎(chǔ)。

Science

，2004）

Science

，2010）

Science

，2014）

Nature Ecology & Evolution

，2022）

Cell

，2025）

左右滑動(dòng)查看更多研究成果

在軟體動(dòng)物和緩步動(dòng)物研究領(lǐng)域，華大科研團(tuán)隊(duì)持續(xù)突破。

• 2009年，于

  Nature

  破譯血吸蟲(chóng)基因組，首次揭示寄生蟲(chóng)入侵宿主的效應(yīng)蛋白，為抗寄生蟲(chóng)藥物研發(fā)提供新靶點(diǎn)。

• 2012年，于

  Nature

  解析牡蠣耐鹽、耐重金屬的環(huán)境適應(yīng)性機(jī)制，指導(dǎo)抗逆性貝類育種和疾病防控。

• 2024年，于

  Science

  探究水熊蟲(chóng)極端耐受基因，為抗逆基因開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。

Nature

，2009）

Nature

，2012）

Science

，2024）

左右滑動(dòng)查看更多研究成果

關(guān)鍵分支-脊椎動(dòng)物

為推進(jìn)脊椎動(dòng)物的起源、演化及發(fā)育學(xué)研究，華大分別于2015年主導(dǎo)發(fā)起“萬(wàn)種鳥(niǎo)類基因組項(xiàng)目”(B10K)和2019年主導(dǎo)發(fā)起“萬(wàn)種魚(yú)基因組計(jì)劃”(Fish10K)。

鳥(niǎo)類研究：目前，“萬(wàn)種鳥(niǎo)類基因組項(xiàng)目”已完成迄今最全面的鳥(niǎo)類演化樹(shù)重構(gòu)，建立涵蓋現(xiàn)存鳥(niǎo)類95%科級(jí)的基因組數(shù)據(jù)庫(kù)；累計(jì)發(fā)表SCI期刊文章90篇，含CNS主刊13篇，揭示調(diào)控序列創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的飛行、羽毛與鳴唱等重要性狀快速起源機(jī)制，樹(shù)立脊椎動(dòng)物宏觀演化研究的組學(xué)范式。

魚(yú)類研究：“萬(wàn)種魚(yú)基因組計(jì)劃”現(xiàn)階段已破譯超94%的魚(yú)類目基因組；2021年，華大在

Cell

發(fā)表的兩項(xiàng)肺魚(yú)基因組研究成果，首次繪制了水生到陸生過(guò)渡的完整遺傳圖譜，鑒定出四肢發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)控元件，并發(fā)現(xiàn)空氣呼吸和重力適應(yīng)的前驅(qū)基因網(wǎng)絡(luò)，為四足動(dòng)物起源提供分子考古學(xué)證據(jù)。

特色物種標(biāo)志性研究成果

長(zhǎng)期以來(lái)，華大聚焦動(dòng)物領(lǐng)域具有生態(tài)與科研價(jià)值的特色物種，已發(fā)表一系列突破性成果。例如，破解大熊貓“食肉目素食之謎”、發(fā)表裸鼴鼠基因組研究成果、揭示反芻動(dòng)物特殊類群的進(jìn)化適應(yīng)機(jī)制與農(nóng)業(yè)應(yīng)用價(jià)值、解析狨猴二倍體遺傳信息差異以及系統(tǒng)性揭秘靈長(zhǎng)類演化歷程。

（部分成果封面圖）

04

向極端探索，突破認(rèn)知邊界

當(dāng)前，科學(xué)研究正向極宏觀拓展、向極微觀深入、向極端條件邁進(jìn)、向極綜合交叉發(fā)力，不斷突破人類認(rèn)知邊界。為順應(yīng)科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)，多年來(lái)華大科研團(tuán)隊(duì)不斷向極端環(huán)境邁進(jìn)，系統(tǒng)揭示了從南極到北極、從高原到深淵的獨(dú)特適應(yīng)機(jī)制，并發(fā)表了多項(xiàng)突破性研究成果，為回答生命起源、意識(shí)本質(zhì)、物種演化等終極科學(xué)問(wèn)題提供重要線索。

在南北極研究領(lǐng)域，華大開(kāi)展了南極磷蝦、北極熊等極地生物基因組研究；在高原研究領(lǐng)域，華大參與了青稞、藏羚羊、牦牛等高原動(dòng)植物基因組研究，并揭示了人類適應(yīng)高原環(huán)境的突變基因與特殊機(jī)制；深淵研究領(lǐng)域，華大持續(xù)探索深淵鉤蝦、獅子魚(yú)等深海生物的環(huán)境適應(yīng)機(jī)制。

Nature Genetics

，2012）

Nature Communications

，2013）

Nature Communications

，2022）

左右滑動(dòng)查看更多研究成果

依托領(lǐng)先的高通量測(cè)序技術(shù)平臺(tái)，華大積極推動(dòng)與全球科研團(tuán)隊(duì)的合作，所構(gòu)建的不僅是一張張物種基因組圖譜，更是一部數(shù)字化“地球生命百科全書(shū)”。它如同生命科學(xué)的“元素周期表”，既厘清了物種演化的“基因元素”，更揭示了生命互動(dòng)的“規(guī)律脈絡(luò)”，成為守護(hù)生物多樣性的“基因檔案庫(kù)”，破解糧食安全、疾病防控難題的“科學(xué)密鑰”，以及理解人類與自然共生關(guān)系的“認(rèn)知橋梁”。

全球生物多樣性研究的每一項(xiàng)突破都在拉近人類與生命本質(zhì)的距離，每一組數(shù)據(jù)都在為地球生態(tài)平衡注入科學(xué)底氣。未來(lái)，華大將繼續(xù)秉承“基因科技造福人類”的初心，發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研一體化的優(yōu)勢(shì)，在讓“生命之樹(shù)”更加枝繁葉茂的同時(shí)，積極擔(dān)當(dāng)社會(huì)責(zé)任，為實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)更多科技力量。

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