十一五学科发展战略和优先发展领域

“十一五”学科发展战略和优先发展领域国家自然科学基金委员会生命科学部目录一．制定学科发展战略和优先资助领域的目的二．生命科学发展现状、特点、趋势和前沿三．我国的研究现状和取得的重要进展四．“十一五”发展战略构想五．制定学科发展战略和优先资助领域的原则六．优先资助领域一、制定学科发展战略和优先资助领域的目的把握生命科学的发展趋势，分析我国的特点、优势和需求，支持基础研究，促进源头创新，遴选未来5年我国生命科学的重点资助领域，引领我国生命科学的发展，力争使更多的研究进入世界科学研究的主流并在某些重要方面有所突破，造就一批具有国际竞争力的科研队伍。二、生命科学发展现状、特点、趋势和前沿生命科学与生物技术无疑已成为世界科技发展最为迅速的领域之一，取得了一系列突破性进展。总体看来，分子生物学、生物化学、细胞生物学、发育生物学、遗传学等将继续为解析生命活动的本质的主要领域。同时，随着新技术和新学科的兴起，生物学研究变得更加趋于系统化、规模化和数字化，形成了以功能基因组学和蛋白质组学为方向、以多学科交叉为基础、分析与综合并重、微观与宏观相结合的研究体系。探讨生命的本质和起源，即遗传、发育和进化的分子机理，以及阐明智能活动，将是生物学基础研究的发展趋势。基因组学、蛋白质组学、分子影像学、神经科学和生物信息学将是未来国际竞争的焦点。(1)人类基因组计划的完成催生了一批相关研究领域。2003年完成的人类基因组计划使科学家拥有一张接近完整的人类基因组图谱。之后，其它模式生物的基因组作图和测序也陆续完成。对基因和基因组结构和功能研究，形成了结构基因组学、功能基因组学、比较基因组学、转录组学、蛋白质组学、表型组学和代谢组学等新兴领域。这些分支领域已成为生物学基础研究的重要方面。生命科学进展突出表现在：(2)生物信息学的形成及其迅速发展。生物信息学是基于人类基因组信息分析的需要而出现的一门与信息科学、数学、计算机科学等交叉的新兴领域。其前沿问题包括：人类基因组信息结构复杂性；序列特别是非编码区信息分析；基因组结构与遗传语言；大规模基因表达谱分析；基因表达的网络调控；蛋白质相互作用的网络关系和特征；生物信息学中新理论、新方法和新技术。生物信息学和其他学科进一步交叉、融合，发展形成了系统生物学，其主要特征是从分子、细胞、器官到机体和从个体、群体到生态系统的不同层次上生物信息的整合和定量化。系统生物学将成为今后生物学研究的重要方向。(3)发育生物学研究不断深入。发育生物学一直是生命科学中的前沿学科，目前的热点研究领域是：以模式生物如小鼠、斑马鱼、爪蟾、海胆、果蝇、线虫、拟南芥、水稻等为对象，发现新的与发育相关基因，阐明它们的时空表达谱、调控机理以及对细胞行为和组织器官形成与分化的影响，从分子和细胞水平阐述一些重要发育途径如胚胎诱导作用、胚层的形成和分化、组织器官发育、配子发育和细胞极性运动等的调控机理。(4)干细胞研究的快速发展。干细胞具有在体外大量增殖和分化为多种细胞的潜能，是研究细胞生物学基础科学问题的理想模型，也可以为难治性疾病提供细胞来源。早期胚胎或胎儿组织来源的全能干细胞具有无限扩增和分化为多种类细胞的能力。成体组织来源的多能干细胞也具有难以预料的分化潜能。目前，这些令人兴奋的发现正在转化为对调控干细胞自我更新、分化和干细胞可塑性因子的认识，以及对成体干细胞和胚胎干细胞之间差别的了解，从而实现干细胞体外扩增和定向分化。研究干细胞移植入体内后的生长、迁移、分化功能，将为干细胞早日应用于人类疾病治疗提供物质基础。(5)小分子RNA的发现和对其功能的认识。小分子RNA是近10年来分子生物学领域最突出的发现之一。小分子RNA存在的广泛性和多样性，提示小分子RNA可能有广泛的生物功能。在高级真核生物体内它对基因表达的调控作用可能和转录因子一样重要，可能是调控基因表达的一种方式。目前对具有调节功能的非编码RNA分子的结构特征、调控方式以及生物学功能还知之甚少，对它们参与生物学过程的方式和分子机理的认识也刚开始。因此，利用实验生物学和生物信息学相结合的方法，系统地对各种模型和模式生物中的具有调节功能的非编码RNA进行鉴定和功能研究，将对阐明生命活动的调控机理具有重要的意义。(6)功能影像技术促进了脑科学和认知科学的发展。借助于近年来发展的各种具有高空间和时间分辨率脑成像技术，大脑各种认知功能神经机制的研究迅速发展。认知神经科学家们从单个神经元、脑组织以及行为等多个层次，对知觉、记忆、注意、语言、情绪、意识以及复杂社会认知功能开展了系统研究，对大脑认知功能的神经机制的理解有了重要进展，并且建立了认知的计算模型。这些研究成果也对理解各种心理和精神疾病的神经基础提供了科学依据。(7)全球变化、生物多样性和生态系统可持续发展成为宏观生物学研究的热点和前沿问题。全球变化驱动因素的分析正在由单因素和单站点向多因素和区域性集成的方向发展，反映主导因素变异作用的一系列研究站点的完善和由这些站点构成陆地样带的研究备受关注。生物多样性的研究更加重视其功能，重视遗传、物种和生境多样性格局的自然变化和对人为干扰的反应，注重稀有和濒危物种的保护、恢复、发展和全球变化对生物多样性影响的机制和过程。发展生态系统生态的理论和技术，揭示受损生态系统的恢复和重建机制已成为生态系统可持续发展的重要研究内容。生命科学基础研究已成为农业科技创新的源头动力。利用生物技术可以对生物遗传信息进行实验室操作，实现了基因在动物、植物、微生物间的转移和重组，动植物育种进入一个崭新的时期。一些农业生物（如水稻、家蚕、鸡等）全基因组序列测定的完成又促进了本世纪初“农业生物功能基因组”研究的全面开展。农业基础科学研究在某些方面进入“分子农业时代”，未来5至10年（或20年）间，围绕“重要农业生物（植物、动物、微生物）农艺、生产、品质等重要性状的遗传、生长发育分子调控机理”的研究将全面展开，并将对农业发展产生重要影响。另外，向资源节约和高效方向发展，保证农产品（食品）的质量和安全也将是农业基础研究的重要方向。人类健康基础研究是生命科学研究的一个重要方面。当今的医学基础研究已经发展到“整体阐明”时代，进入了整合医学（integratedmedicine）新时期。整合医学的特征：一是以遗传背景为切入点，研究环境因素与基因组互作所产生的医学效应，这部分构成基因组医学的主要研究方向；二是从外部环境因素入手，研究其与群体、个体、器官、组织、细胞和分子的交互作用所产生的医学效应，这部分构成现代预防医学基础研究的主旋律；三是从内部环境因素入手，研究机体自稳体系、外部环境、遗传因素间的互作关系及其产生的医学效应，这一部分构成现代基础医学的主要研究内容；四是建立和提出以机制为依据的创新药物的研制体系和疾病诊断、治疗和预防的新策略、新途径和新方法；五是结合中医药的特点，进行中医药学及中西医药学的整合研究，促进中医药现代化。生物科学的蓬勃发展离不开与众多非生命学科的交叉和渗透。上世纪后半叶，生物科学的很多重要的里程碑式的成果都离不开物理学、化学等学科的直接贡献,如：X射线晶体衍射对DNA双螺旋结构的确定、各种先进设备用于精确和高通量的基因测序、数学和计算机技术对基因组测序的整合和分析等极大地推动了分子生物学的发展。过去十年来，学科交叉逐步形成了一些具有重要科学意义和应用前景的研究领域，具有代表性的有生物信息学、组织工程学、分子影像学、认知科学等。多学科、多层次揭示生物大分子相互作用原理及规律成为生命科学重要的研究前沿。三、我国的研究现状和取得的重要进展随着国家对基础研究的重视和科研投入的不断增长，我国科技人员在生命科学的基础研究方面获得了明显的成绩。直接表现为我国近几年科学论文的数量有了很大的提高，代表基础研究水平的SCI文章数量已上升到世界第六位。在较短的时间内缩短了与国际先进水平的差距。在基础生物学方面，中国科学家承担了人类基因组1％的测序，完成了国际HapMap计划中单倍型作图10％的任务和21号与3号染色体SNP作图计划。在家蚕、家禽和水稻的基因组测序和功能基因组等研究方面获得了一些国际领先或先进的研究成果，发表了水稻基因组的框架序列，并在世界率先绘制完成了家蚕基因组“框架图”。在结构生物学领域，成功地解析了多个蛋白质及其复合物的的三维结构，其中包括一批与重大疾病和重要生理功能相关的蛋白质的三维结构，这些三维结构的解析为阐明其分子作用机理或创新药物设计与筛选提供了重要依据。我国科学家还积极参与重要微生物基因组的测序工作，迄今已完成了钩端螺旋体等6个微生物的全基因组测序。“三志”（《中国植物志》、《中国动物志》、《中国孢子植物志》）编研工作进展顺利；《中国植物志》（中文版）已经完成，成为目前世界上最大的植物志。我国古生物学的一系列重大发现，如澄江动物化石群，瓮安动物化石群，辽宁鸟类化石以及辽宁古果等引起国际关注。在中国植物区系的起源、发展和进化以及家养动物起源、进化与遗传多样性方面也获得了一系列重要成果。中国不仅是四大国际研究计划（世界气候研究计划（WCRP）；国际地圈——生物圈计划（IGBP）；全球环境变化的人文因素（IHDP）;国际生物多样性计划（DIVERSITAS））的参加国，还是IGBP的发起国之一，在全球变化、生物多样性的国际合作研究中发挥着重要的作用。近年来，我国科学家在国际顶级学术期刊如《Cell》、《Nature》、《Science》等以及权威性专业期刊的发文量明显增多，标志着我国基础研究快速发展，研究水平不断提高。在医学和农学等国家需求领域，中国科学家也取得了一些令世人瞩目的研究成果。在农学领域，进一步深化了对杂种优势机理的认识，找到了显性、超显性、上位性都可成为杂种优势形成的遗传组分以及可在同一遗传体系中共存现象的分子证据，提出了“上位性是杂种优势的主要遗传基础”的学术观点。利用分子标记技术，在一些重要农作物中成功定位和标记了多个功能基因位点，获得了一些具有自主知识产权的作物重要农艺性状相关的功能基因，如调控水稻分蘖的关键基因，影响水稻机械强度基因，磷诱导根系发生相关基因，水稻磷饥饿信号专一诱导表达标记基因、植物磷高效利用相关的转录因子、影响太湖猪高繁殖力的主效基因等。通过有效的突变体遗传分析和信号传导途径研究，深化了对植物抗逆机制的认识。在国际上首先获得生长速度较快的转基因鱼，在鱼类异种细胞核移植与核质关系的分析、两栖类卵球成熟和单性发育等方面获得了具有重要国际影响的成果。利用细胞核移植和体细胞克隆成功地获得了克隆牛、克隆羊和克隆猪等。我国有丰富的野生植物和畜禽种质资源，经过数十年的搜集、整理和分析，已经完成了对一批优良种质资源的评价及鉴定，为进一步利用这些资源奠定了基础。应该说，我国农业科学基础研究正面临非常好的发展机遇。在医学领域，我国科学家主持了肝脏蛋白质组国际合作项目，该项目将为医学研究提供重要的信息平台，在国际上具有较大的影响。在心脑血管病，恶性肿瘤，内分泌与代谢性疾病，精神与神经性疾病和遗传病的研究中建立了重要的遗传资源库、信息数据库和高通量技术平台，克隆和鉴定出若干单基因病和多基因复杂性疾病的致病基因或易感基因。在肿瘤治疗上，以早幼粒白血病为模型，采用了全反式维甲酸和三氧化二砷联合用药，大大提高了无瘤生存率，使之成为少数可以治愈的肿瘤，促进了化学基因组学的发展，也促进了以机制作为设计的和筛选靶向药物与先导化合物的新药研发。在精神分裂症为代表的复杂性疾病发生机理的系统、整合分析中，初步建立起多元联合分析体系，取得了一系列有价值的成果。另外，我国在血吸虫和多种病原体基因组测序、功能研究、药物及疫苗研究方面也取得显著成果。乙肝疫苗等在预防和控制我国高发传染病中发挥了重要作用。基因工程药物、疫苗以及检测诊断试剂盒等已步入产业化轨道。高通量药物筛选已经步入实用阶段。具有我国特色的中药成份作用机理研究取得了进展，中药基因组学研究为中药品种、产地和毒副反应的鉴别和质量标准化提供了可能性。随着学术交流和合作的日渐加强，交叉研究在我国也获得了迅速发展。在生物大分子研究领域，我国已拥有多学科、多层次、多技