国家自然科学基金委生命科学部“十一五”.doc

国家自然科学基金“十一五”学科发展战略和优先资助领域国家自然科学基金委生命科学部“十一五” 学科发展战略和优先资助领域一、 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，结合我国的特点和需求，以支持基础研究、促进源头创新为宗旨，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到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研究队伍。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。从总体看来，分子生物学、生物化学和细胞生物学等将继续为解析生命活动的本质做出不可代替的贡献。同时，随着新技术和新学科的兴起，生物学研究变得更为量化、更为系统，形成了以功能基因组和蛋白组学研究为方向，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大趋势。基因组、功能基因组、蛋白组学、神经科学和生物信息学将是未来国际竞争的焦点。生命科学突出进展表现在：(1) 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。对基因和基因组的结构和功能研究，在此基础上形成了的结构基因组学、功能基因组学、比较基因组学、药理基因组学、环境基因组学和进化基因组学等分支领域，以及更深层次的转录本组学、蛋白质组学、代谢组学和表型组学等新兴领域成为生物学基础研究的发展趋势。(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；基因表达调控网络研究；基因组信息相关的蛋白质功能分析；生物信息学中新理论、新方法、新技术和新软件研究。生物信息学和其他学科进一步交叉、融合，发展形成了整合生物学，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。整合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，发现新的发育相关基因，阐明它们的时空表达谱、表达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的调控机理，这些发育途径包括胚胎诱导作用、胚层的形成和分化、组织器官发育、配子发育和细胞的极性运动等。 (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细胞模型，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比人们开始预料的多的分化潜能。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的因子的认识，以及对成体干细胞和胚胎干细胞之间差别的了解，从而可以在体外控制干细胞的扩增和诱导它们的定向分化。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提供基础。 (5) 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可能有非常广泛的生物功能，在高级真核生物体内对基因表达的调控作用可能和转录因子一样重要，可能代表新的层次上基因表达的调控方式。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。因此在后基因组时代，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分子基因进行鉴定和功能研究，将对阐明生命调控的机理具有重要的意义。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，可以在动物、植物、微生物等所有的物种间进行基因的转移和重组，由此可以创造出新品种，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、品质等重要性状表达的遗传、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发展方向。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（integrated medicine）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相互作用所产生的医学效应，这部分构成基因组医学主要研究目标；二是从外部环境因素入手，研究其与种群、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，研究机体自稳体系的变化与外环境及遗传因素相互作用的关系及其引发的医学效应，这部分构成现代基础医学的主要研究方向；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众多非生命科学的交叉和渗透，上世纪后半叶生物科学的发展，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定的整合和分析等极大地推动了分子生物学的发展。过去十年来的学科交叉研究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、地质生物学等。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。已经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”。中国在微生物基因组测序方面也已成为主要的参加国，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。在结构生物学方面，我国科学家已测定了多个蛋白质及其复合物的三维结构，其中包括测定了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，这些三维结构的测定为阐明分子作用机理，也为创新药物设计与筛选提供了基础。特别值得一提的是2004年菠菜主要捕光复合物晶体结构的解析产生了重大影响。近年来，我国在细胞生物学、发育生物学和神经科学研究等方面，也不断有高水平论文的发表。取得了一系列的成就，相继在国际权威期刊如Nature、Science、Neuron、Nature Neuroscience等发表多篇高水平的论文，说明我国基础生物学研究的规模不断扩大，质量显著提高。在医学和农学等国家科技需求领域，中国科学家也取得了一些令世人瞩目的研究成果。在杂种优势机理的研究方面，发现了显性、超显性、上位性都可成为杂种优势形成的遗传组分，可在同一遗传体系中共存的现象，提出的“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，在水稻、小麦和玉米等作物中成功定位和标记了多个功能基因位点。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也相继被克隆和分析。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、植物磷高效相关的转录因子、影响太湖猪高繁殖力的主效基因等。在植物感受、相应逆境胁迫的机制方面，通过对突变体有效的遗传分析和对信号传导途径的了解，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研究方面获得了具有重要的国际影响的成果。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。 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机遇。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公共信息数据，在国际上具有较大影响。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遗传资源库、信息数据库和高通量技术平台，筛选、鉴定和克隆了若干单基因病和多基因复杂性状疾病的致病基因或易感基因。在疾病治疗上以早幼粒白血病为模型，成功地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和筛选靶向药物和先导化合物的新药研发研究。在以精神分裂症为代表的复杂性状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思路，取得了有价值的成果。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已有颇多成果。乙肝疫苗等在预防控制我国高发传染病中发挥了重要作用。高通量药物筛选基地在我国已经形成。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。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、多手段的研究队伍和较好的工作基础，在细胞膜弹性理论、DNA大分子弹性和生物信息学等领域都做出了有国际影响力的工作。在感觉神经生物学领域研究进展突出，在知觉的基本表达、视觉的脑机制、学习与记忆、脑的发育及可塑性等做出了出色的、有国际影响力的研究成果。在学习与记忆的化学基础研究、微量分析、单细胞单分子分析、高通量分析等方面有了很好的研究积累，并较早开展化学生物学研究，包括生物转化、某些生物过程的化学介入或干扰研究等。在分子影像学研究方面也有了一定的研究积累和技术储备。我国虽然在生命科学领域取得了突出成绩，但与美、英、日等发达国家相比仍有相当大的差距。虽然近年来研究论文数量增长很快，但具有原始创新性的高质量论文较少，在世界生命科学学术权威杂志的文章数量还较少。分析我国基础研究现状，主要差距在于：(1) 创新学术思想少，跟踪和模仿研究多 (2) 缺乏良好的研究平台，包括模式生物平台和高效技术平台等，基础研究效率低下，缺乏国际竞争力，一些研究只能借鉴国外平台，在合作研究中我们只能处于从属地位；(3) 缺乏处于国际前沿的高素质的研究团队。虽然目前我国的一些研究论文已在国际权威学术杂志上发表，但这些研究是个别和零星的，并且过分地依靠个别科学家。(4) 学科和领域交叉的机制不畅，其中有科研运行体制的问题，也与国家层面的引导有关； (5) 数据共享性差，多数研究基本上是各自为阵和从头开始，造成不必要的重复和浪费。上述问题应当在“十一五”期间引起重视并予以改进。四、“十一五”发展战略构想在未来五年中，基础生物学研究要特别注意培植新兴领域和学术生长点，优先支持具有重大生物学意义的战略性研究和有优势或特色的学科前沿研究。应充分利用基因组学和生物信息学所取得的理论和技术成就，带动遗传、发育、细胞、神经、进化和生态学等前沿领域的发展。注重在基因组、功能基因组、蛋白组学、神经科学和生物信息学等前沿领域发展自己的长处和特色，积极参与国际竞争。在农学和医学领域要以国家需求为目标开展基础研究，努力解决涉及食品安全、生态安全、防病治病和生物产业发展的深层次基础问题，要围绕“保证使我国在未来1020年间逐步成为世界农业基础科学创新与农业高新技术创新研究方面的发达国家”的战略目标而开展基础研究。大力支持以揭示调控重要农业生物（植物、动物、微生物）农艺、生产、品质、抗病虫等重要性状表达的遗传、生长发育分子调控机理为目标的自由探索；进一步推动我国在食品安全，资源高效利用和农业生态学方面基础研究的发展。要充分发掘和利用我国丰富的医学资源（包括各种疾病家系和病例、隔离群、天然药物资源、病原微生物和复杂的自然环境等等），以重大疾病的发生发展机理与防治的基础研究为主线，开展相关的医学基因组学、基础医学、预防医学、临床医学和药学的前沿研究领域，从不同层次（分子、细胞、个体、种群乃至生态和生物圈）上揭示其成因和机理，逐渐将临床医学、基础医学、预防医学和药学研究加以整合，实现由单科挺进向学科整合过渡，由疾病的治疗向预防过渡，由结构研究向功能研究过渡，由功能表现研究向调控机制研究过渡。加强对正常生理状态的维持和调节机理的研究，继续大力开展具有中国特色的中医药学研究。 要提倡和大力鼓励交叉研究，针对未来国际上科技前沿和我国科技及产业发展的需求，根据我国的学科交叉现状，相对集中地资助组织工程学、分子影像学、脑智科学与生物大分子相互作用规律和地质生物学研究，力争在体外构建生物组织的功能化定量研究，感觉神经信息处理原理及数字模拟，活体内分子识别的实时、动态分析，生物大分子间相互作用定量、动态规律和地质生物学研究领域取得突破。不断完善基金管理和资助模式，坚持自由探索和宏观引导相结合，贯彻科学问题的双来源和基金发展的“双驱动”原则，加强对优秀科学家的连续和长期资助，培养创新学术团队，力争使更多的研究进入到国际科研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研究队伍，进一步提升我国生命科学基础研究的水平。 五、制定学科发展战略和优先资助领域的原则1）坚持“有所为和有所不为”的原则，关注国际前沿和热点问题；支持源头创新和鼓励具有我国优势和特色的研究领域；支持以解决国民经济发展中的重要科学问题为目标的基础研究。2）体现基础研究特点，只规划领域，不涉及具体课题，即只规划“林区”，不指定种什么“树”。3）以生命科学问题为导向，开展交叉、合作和综合研究。4）注重对研究技术和方法创新的支持5）将支持项目同培养人才结合起来。6）重视科学积累。7）注意与国家其它部门和其它研究项目的分工和衔接。六、优先资助领域1. 重要组织器官发育的细胞与分子基础发育生物学是当今生命科学中的一门前沿学科，主要研究生物体从精子和卵子的发生、受精、胚胎发育、生长到衰老、死亡的规律。目前的热点研究领域是从分子和细胞水平阐述一些重要发育途径的调控机理，这些发育途径包括胚胎诱导作用、胚层的形成和分化、组织器官发育、配子发育和细胞的极性运动等，主要利用小鼠、斑马鱼、爪蟾、海胆、果蝇、线虫、拟南芥、水稻等作为模式生物。发现新的发育相关基因，阐明它们的时空表达谱、表达调控机理、对细胞行为和组织器官形成与分化的影响。研究方向：发育过程中的基因时空表达的遗传和表观遗传调控的分子机制；机体形成时格式化（patterning）、组织、器官形成中细胞分化和移动的分子基础等；以及以动物发育模型研究人类重大疾病发生发展机制。2. 基因组学中的关键基础问题基因组学是生命科学的基础与前沿。对基因和基因组的结构和功能研究，不仅包括传统的基因表达调控和功能分析，形成了结构基因组学、功能基因组学、比较基因组学、药理基因组学、环境基因组学和进化基因组学等分支学科，而且还衍生出转录本组学、蛋白质组学、代谢组学和表型组学等新兴学科。在这个研究领域中，国际竞争十分剧烈。在此情况下，我们将重点关注基因组学中重要的理论和方法学等的基础研究。研究方向：模式生物及重要经济物种的功能基因组学，基因组DNA序列元件的鉴定及其相应的生物学功能的研究，非编码RNA的鉴定和功能研究比较基因组与进化等3. 表观遗传学的研究表观遗传学（epigenetics）是指以不涉及到核苷酸序列的改变、但可以通过有丝分裂和减数分裂进行遗传的生物现象为内容的生命学科。表观遗传网络的建立和维持涉及三个方面的机制：DNA甲基化，RNA相关的基因表达沉默及组蛋白修饰。表观遗传网络在高等生物的正常生长发育过程中起着与遗传学机制同等重要的作用。表观遗传网络的破坏，亦会导致包括肿瘤、神经疾病、心血管疾病、老年化进程，以及自身免疫性疾病在内的多种疾病状态。表观遗传学及表观基因组学（epigenomics）已成为当前生物医学研究的主要热点之一。基因甲基化异常存在可逆性，这可能为相关疾病的治疗提供崭新的路径。研究方向：表观遗传网络建立和维护的分子机制；表观遗传网络在高等生物生长、发育过程中的作用；表观遗传网络在人类重要疾病发生、发展过程中的作用等。4. 蛋白质结构、折叠、运动及其功能蛋白质的功能通过其构象、折叠、运动和相互作用得以实现。蛋白质的三维结构主要包括整体水平上的肽链折叠方式、原子水平的构象、蛋白质分子的内在运动性和在不同条件下的结构变化、以及蛋白质分子间、亚基间以及蛋白质与非蛋白质分子之间的相互作用。随着国际结构基因组学研究的全面展开和深入，蛋白质结构测定数量得到大幅提高，蛋白质结构与功能关系的新现象不断出现，其内在规律显示出极大的复杂性。研究方向：氨基酸序列和三维结构之间的规律；原子水平蛋白质构象与蛋白质折叠和功能关系；蛋白质分子在不同条件下运动的规律；蛋白质分子群体结构和运动性的分布和相互转换；从分子到细胞的多种结构层次，以及从生物化学、生物物理学、分子生物学，细胞生物学等多角度揭示膜蛋白在细胞生命活动中的作用5. 生物信息传递的网络机制和系统生物学的研究生命离不开信息的交流。细胞通过一个复杂的信号网络实现增殖、分化、运动、凋亡及其它生理活动并对其进行精细的调节，以应对复杂的环境。尽管目前已经取得了巨大的研究进展，但对生命的调控机制的认识还远非完善。由于疾病最终可归因于信号网络的失调，其中的很多组分都可成为药物筛选的靶标，因此相关研究对人类健康也有深远的影响。研究方向：利用生物化学、细胞生物学和生物信息学手段进行信号网络新组分的鉴定和功能分析，研究组分间的相互作用及其调节机制、通路间的对话机制及生物学意义，开展信息的整合机制和应答方式的系统生物学分析、以及生理条件下与病理条件下信号传递异同的比较研究等。系统生物学研究的主要策略由三方面组成，即计算机建模的整合、大规模数据分析和生物学实验，应积极创造条件促进这一重要学科的发展。6. 细胞运动的分子机制 细胞运动是微管和微丝骨架依赖性的重要生命活动，包括细胞分裂、细胞迁移和胞内运输等，其共同特征是需要驱动蛋白的参与及细胞骨架的动态协调。细胞分裂是染色体和细胞质的均等分配过程，是细胞增殖的关键步骤。细胞迁移是细胞的特性之一，在体内，细胞定向迁移需要胞外信号分子的引导，为胚胎发育、神经系统形成和免疫系统趋化功能所必须。细胞迁移异常将导致严重的疾病，而肿瘤的恶化也是细胞迁移异常激活的结果。关于细胞运动性研究是细胞生物学领域中的一个重要的基础性理论问题，也是国际上研究的一个热点。对其开展研究对于我们认识肿瘤细胞转移、神经细胞迁移、免役细胞的趋化功能、性细胞的迁移、胚胎发育等均具有重要的科学意义。研究方向：相关过程的分子机理、信号调控机制、驱动蛋白功能和特异性调节、微管微丝系统的动态性调节和功能协调机制等。7. 物质跨膜运输的分子机制细胞作为生命活动的基本单元，不断地与外界进行物资交换。细胞内的物质运输和与外界的物质交换是生命的基本现象，直接影响到细胞的增殖和分化。胞内运输涉及内膜系统的动态变化和胞饮、分泌等重要过程，不仅为普通细胞所必须，在神经和腺体细胞中尤为重要。因此，物质跨膜运输一直是细胞生物学研究的中心问题之一。研究方向：囊泡运输、胞吞和胞吐的分子机制以及与信号转导的相互调控、核膜内外物质交流和细胞周期中内膜系统的动态变化等。8. 干细胞特性与定向分化的基础研究 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细胞模型，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很多种类的细胞的能力。成体组织来源的多能干细胞也具有比人们开始预料的多的分化潜能。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的因子的认识，及对成体干细胞和胚胎干细胞之间差别的了解。同时人们在研究如何将体细胞诱导分化为多能干细胞。研究方向：探讨干细胞生长、分化的分子调控机制，从而可以在体外控制干细胞的扩增和诱导它们的定向分化。同时，要研究干细胞移植入体内后的生长、迁移、分化功能，为干细胞早日应用于人类疾病提供基础。我们在今后的几年中应着重发展如下方面的研究：（一）人胚胎干细胞建系、体外培养条件优化和定向分化的技术平台；（二）胚胎干细胞自我更新和分化分子机制的研究；（三）组织干细胞的研究；（四）肿瘤干细胞的研究；（五）体细胞核基因组重编程（reprogramming）的机理，以及重编程分子的鉴定；（六）线粒体基因组在体细胞核基因组重编程中的作用。9. 免疫系统的关键基础问题研究免疫系统的关键基础问题有：(1) 天然免疫对适应性免疫应答的调节。天然免疫系统究竟如何启动适应性免疫应答？启动的后果如何？适应性免疫应答启动的结果既可能导致耐受，也可能激活T辅助细胞，而且根据所入侵的微生物类型的不同，启动适应性免疫应答的途径也不同，启动的免疫应答类型也会有所不同。上述问题需要从机制上加以阐述。(2) 免疫耐受的研究。免疫耐受是机体对抗原刺激表现为“免疫不应答”的现象，即抗原不能激活免疫应答的过程。免疫耐受具有免疫特异性，只对特定的抗原不应答，对不引起耐受的抗原，仍能进行良好的免疫应答，因而，在一般情况下，不影响免疫应答的整体功能。生理性的免疫耐受对自身组织抗原不应答，不发生自身免疫病；病理性的免疫耐受，对感染的病原体或肿瘤细胞抗原不产生特异性免疫应答，不能执行免疫防御功能，导致疾病的发生。因此，成功诱导免疫耐受可以治疗多种免疫性疾病如类风湿关节炎、I型糖尿病、哮喘和过敏性疾病等，也是克服移植器官、组织和细胞的排斥反应的重要手段。相反，打破对感染性疾病或肿瘤的免疫耐受，可使免疫应答得以进行，从而消灭病原体及肿瘤。另外，对免疫耐受诱导的分子机理的探讨，可以有助于在设计疫苗时充分考虑，防止疫苗出现无应答现象。10. 动物行为的基础研究行为是生物对体内和体外各种刺激做出的一种神经肌肉反应，也是一种生理活动。行为生物学的研究内容应包括与生俱来的本能，如捕食、求偶、生殖、育幼等行为；以及后天获得的技能，如学习和记忆等，包括基因作用在内的生物学机制。对动物行为学的研究着重在弄清动物行为的形成、发生、发展和演化规律，确定和分离与行为相关的基因，为动物的保护、培育、繁殖和合理利用提供科学依据；同时也是作为研究人类自身行为的生物学规律的动物模型。人既是生物学意义上的一种高等灵长类动物，更是社会的一员。人的行为受到遗传和社会两方面的制约。因此，人的行为生物学研究需要有新的模式、思路和评价体系。一些遗传性的精神疾病和心理障碍可引起行为障碍。如精神分裂症、人格障碍等。我国有丰富的这类精神性遗传疾病的家系资源。可同其它遗传性疾病一样，从确诊疾病、收集家系开始，鉴别、定位和分离疾病相关基因，研究从基因到疾病症状（行为障碍）出现的过程和所需的条件，来解释基因脑（中枢神经系统）表型之间的关系，阐明行为的遗传基础，基因的功能和环境所起的作用。11. 我国重要生物资源的收集、分析与生物学评价我国地域辽阔，生态环境复杂，生物种类丰富，许多野生植物、动物和微生物可以作为粮食、蔬菜、花卉、草坪草、畜禽、药物等的种质来源，它们不仅是常规育种的材料，而且由于蕴涵特殊的性状基因如抗病、抗旱、抗寒、耐盐碱、耐涝、高生长速率、高结实率、特殊花型、特殊株型、特殊色素沉淀、特殊芳香化合物合成等等，也是分子育种的重要来源。我国在生物资源的评价和利用方面有一定的积累，但由于基础研究的相对落后，导致了资源的保护和开发远远落后于我国经济发展的需求，而大量资源由于没有有效的控制手段和开发能力，流失和灭绝现象严重。资源的保护和利用是生物学研究的最终目的之一，也是与经济发展和国家实力密切相关的部分（如基因专利），科学利用才能最好地保护，分子生物学、功能基因组学和生物信息学的发展为我国利用和保护生物资源的研究提供了先进的手段和方法。研究内容包括对野生资源进行资源收集、遗传学评价、重要基因克隆、重要代谢产物和次生代谢产物活性成分分析、作用机理等方面研究，最终实现研究应用保护研究的良性循环。极端环境中的生命及其适应机制：生活在极端自然环境（如：热泉、盐碱湖、海底热液口、深部地下、南极等）中的生物是生命的奇迹。它们蕴涵着生命进化历程的丰富信息，代表着生命对于环境的极限适应能力，是生物遗传和功能多样性最为丰富的宝藏。开展极端环境中生命的研究对于揭示生物圈起源的奥秘和发展的规律，阐明生物多样性的形成和演变机制，认识生命与环境的相互作用具有极为重要的意义。这方面的研究成果在环境保护和修复、人类健康、生物技术等方面具有不可估量的应用前景。因此，近年来，极端环境中生命的研究在生命科学中的地位日益突出，极端生物已经成为发达国家竞相占有和发掘的重要战略资源。我国幅员辽阔、遍布理化性质独特的极端自然环境，具有开展极端生命研究的理想条件。12. 物种间相互作用机制及协同进化的研究物种间关系是生态学基础研究的核心，物种间相互作用既是研究群落、生态系统稳定性的前提，又是保护生物学，进化生态学和恢复生态学的基础，同时又为解决生物多样性保护，外来种入侵，病虫害爆发、流行等生态学问题提供理论基础。分子生物学技术、遥感技术成熟和发展，为生态学家从多时空尺度认识种间相互关系成为生态学基础研究的热点。目前，国际上生态学主流杂志发表的大部分文章是以种间相互作用为主题，开展的生态学基础研究项目大多是种间相互作用的多尺度研究。十五期间，基金委在退化生态系统的恢复与重建，保护生物学，物种间的协同进化等领域给予了重点资助。在生物多样性保护和受损生态系统的恢复重建方面取得了一定的进展，培养了一批研究队伍。对于“十五”研究成果的总结可以看出研究存在的问题是，“十五”期间的研究，研究的尺度单一，缺乏对种间相互作用的认识，在生物多样性保护和受损生态系统的恢复重建方面很难取得突破性进展，对生态学基础理论贡献不大。因此，“十一五”期间，应进一步加强物种间相互作用的大尺度研究和物种间协同进化的研究。13. 生物多样性与生态系统功能的关系生物多样性是生物及其与环境形成的生态复合体及与此相关的各种生态过程的总和。由于人类活动对自然的严重干扰（生境丧失或破碎化、生物资源过渡开发和环境污染等），许多物种已灭绝或濒临灭绝，生物多样性受到极大的威胁，生物多样性变化对人类社会及其健康将产生巨大影响。在“十五”期间基金委在生物多样性与可持续生态系统领域给予了重点支持，特别是对我国关键地区生物多样性调查与编目、评估与可持续利用；珍稀、濒危和衰退物种的保护与种群恢复等问题开展了研究。从遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性3个层次提出了一些物种的濒危机制与保护策略，对我国生物多样性保护特别是濒危物种的保护工作提供了理论基础。但是，由于我们对生态系统内物种共存机制研究的不深入，特别是生物多样性与生态系统功能的关系了解不多，我们在生物多样性形成、演化的理论方面没有实质性突破，制约了生物多样性保护问题的解决。因此，“十一五”期间，重点资助生物多样性与生态系统功能的关系的研究。14. 农业生物优异基因资源挖掘和重要性状的功能基因组研究农业生物优异基因资源是作物、畜禽品种改良的重要战略资源。我国拥有丰富的农业生物种质资源，蕴涵着大量的优异基因资源，是农业可持续发展的基础和潜在优势。例如，我国已利用的作物种质资源数仅占保存总数的35。19861995年，我国对约30万份作物种质进行了表型形状鉴定，初步筛选出单项或几项性状优异的种质约3.5万份，但提供育种和生产利用的仅有3400份，仅为提供鉴定评价资源总数的1。又如，栽培植物的野生种、在不同生态地区经长期栽培形成的地方品种、以及品种繁多的小杂粮和园艺植物资源中蕴藏着大量的具有特殊利用价值的基因资源；我国也拥有大量的优异畜禽种质资源；加强对这些种资源的收集、整理和遗传研究，对栽培品种的改良具有很重要的价值。在一些模式农业生物（如拟南芥和水稻、鸡和家蚕等）的全基因组序列测定工作完成后，世界各国迅即开展了农业生物的功能基因组研究。主要农业生物的功能基因组研究是关系到21世纪农业可持续发展的重大基础研究领域。例如，美国在主要开展玉米基因组研究的基础上，近年来加大了对水稻、小麦、棉花、大豆、番茄等作物基因组研究的力度。我国1999年启动了水稻的功能基因组研究并取得了一定的成果。但是，主要农作物及畜禽的功能基因组研究尚处于起步阶段或尚未开始。随着未来对一些模式农业生物的功能基因组研究的快速发展，利用已克隆的模式农业生物的基因功能信息和比较基因组研究手段有望大大加快对其他农业生物的功能基因组研究进展。可以预测，在未来的5至10年间，人们对主要农作物和畜禽生长发育的分子调控机制，产量、品质等重要经济性状形成的分子遗传机制等的认识将会有重要突破，其中包括功能基因的变异、表达调控网络、不同基因间的复杂互作机制等等。对更多基因的功能和基因网络调控机制的诠释，将对人类有效改良主要农作物和畜禽的经济形状做出不可估量的贡献。15. 提高农作物资源利用效率的基础研究我国农业资源短缺主要表现为耕地的日益减少和水资源的严重不足。作物品种对土壤氮、磷、钾等重要营养元素利用效率不高的现象也普遍存在。如何提高农作物的资源利用效率以缓解农业资源的供需矛盾，是保障我国粮食安全、经济安全、生态安全和可持续发展的重大需求，也是我国建设小康社会的重要基础保障。目前，非生物逆境因素对我国农业生产造成的损失巨大。在土壤逆境方面，盐、碱、酸对农作物生产影响最大，而营养元素缺乏或过量元素毒害也常常伴随着土壤逆境因素发生。例如，我国耕地总面积中有近三分之一为盐渍化土地，另外还有12-15亿亩的盐碱荒地，如能有效利用这些土地将大大缓解耕地资源缺乏的困难。在灾害性气候逆境中，干旱和低（高）温对农作物生产影响最大，我国水资源严重缺乏的问题在未来将不断加剧。大量的研究证明，不同农作物种质资源或品种在对逆境因素的抗性、耐性和对营养元素的利用效率方面存在较大的遗传差异性。通过发掘植物与抗逆高效性状相关的重要功能基因并培育抗逆作物品种，从而提高农作物对水分和养分资源的高效利用、减少逆境对作物生产的负面影响，是我国在农业资源严重匮乏的条件下实现农业可持续发展的重要战略措施之一。目前，大田作物的光能利用效率很低，提高作物光能利用效率尚有巨大的潜力。光合作用高效转能机理及其调控原理的研究是一项带有基础性、前瞻性和战略性的任务。提高农作物生物固氮能力的基础研究，不仅是生命科学中的重大基础理论问题，而且与当前人类面临的粮食、能源、资源和环境问题密切相关。通过开展生物固氮研究，达到提高生物固氮效率、扩大宿主范围、提高生物固氮体系的抗逆性和对不同生态环境的适应性，有望为我国农业可持续发展做出重要贡献。16. 农作物、林木生物灾害预防与可持续控制的基础研究农作物的病、虫、草、鼠等危害越来越成为农业生产中的限制因素之一。近年来，农作物生物灾害仍在以惊人的速度发展，农业生产结构调整、品种更迭及气候变迁等，使病、虫、草、鼠等有害生物的发生和发展规律不断变化，甚至导致局部地区暴发成灾。如1992年棉铃虫空前猖獗，造成全国棉花总产减少三分之一；20022003年蝗虫暴发面积达4.4亿亩，直接威胁约300个县的农业生产。国际贸易与国际交流的日益频繁，伴随而来的外来生物入侵所造成的威胁也愈加严重，由此也产生了新的生态和经济安全问题。由于缺乏系统深入的基础研究，我国在农作物生物灾害预防与控制的基础研究方面比较薄弱。长期过分依赖化学农药，导致农产品中的农药残留严重超标和环境面源污染日益加重，常造成人畜中毒等突发的生态和社会问题。同时，在我国加入WTO之后，农药残留和危险性有害生物的携带已经成为农产品安全和贸易发展的重要限制因素。加强农作物生物灾害预防与控制的基础研究，已经越来越成为保证农业的持续稳定发展所迫切需要解决的重大科学问题。17. 森林生产力形成与调控机制的研究我国是一个少林国家，森林面积仅占世界森林总面积的34%，这既难以满足占世界22%人口的生产与生活对树木及其产品的需求，也难以满足维护生态平衡的环境需求。我国人工林面积7.99亿亩，居世界首位，但存在问题有四：一是经营粗放，生产力低下，效益不高；二是树种单一，针阔比例不合理；三是结构简单，以纯林为主，缺乏生物多样性；四是未能有效做到适地适树，以致形成大面积低产林。展望未来，人工林资源的培育和可持续经营已成为我国木材供应战略的必然选择，其迫切性应摆到当前林业建设的首要位置。开展森林生产力形成与调控机制的基础研究有助于从根本上了解森林生产力形成规律，科学合理地指导人工林生产，实现森林经营的最优化，提高森林生产效率，最大限度地满足人们不断增长的对森林产品的需求。研究方向：主要造林树种产量形成的生态生理学基础；人工林丰产抚育的最优化条件和可持续经营；天然林、人工林等森林动态生长规律及调控的研究；主要森林生态类型的可持续经营模式及其原理；森林生长动态模拟及预测技术； 18. 我国重要动物疫病的病原学及致病机制研究近年来，猪瘟、鸡新城疫、对虾白斑综合症等一些常发的重大畜禽传染病尚未得到根本控制，病原的耐药性越来越复杂和严重，而高致病性禽流感等烈性传染病还在不断出现（甚至有时对人类也构成了威胁），每年造成的经济损失十分巨大。有关动物重要病原（包括病毒、细菌和寄生虫）的基础研究滞后，导致防控技术水平与发达国家相比差距较大。为了能有效控制畜禽的重要疫病，应尽快开展相关的基础研究工作。在畜禽的病毒疫病研究方面，开展对重要动物病毒病的发病机制、病毒的变异与致病性和抗原性之间的关系的基础研究，以期尽快明确病毒毒力相关基因及其编码蛋白的功能，从而揭示病毒与宿主之间相互作用的分子机制，以及病毒克服机体免疫屏障、形成持续感染、免疫耐受和免疫逃逸的机制等。在畜禽的细菌性疾病研究方面，从分子水平上开展对病原菌粘附素与宿主细胞受体的互作机制的研究对于控制疾病流行有重要意义。在重要人畜共患病的病原学研究方面，从病原在不同宿主体内的感染途径、靶细胞上的受体特点以及影响病原组织嗜性的关键分子位点等方面展开研究，以揭示人畜共患病原跨种间感染机制。探明重要动物病原细菌的毒力基因变迁、致病因子调控和非常条件下存活的机制，寻找新的致病基因和免疫相关基因，为新型疫苗和新药研制提供靶点。此外，应注重探讨环境因素的改变（如免疫压力、多畜种混养、多病原共感染、野生动物进入人类生活领域等）与病原致病性和宿主嗜性变异之间的关系等。19. 农业食品安全的关键基础研究农业产品的安全与人民健康密切相关，保证农产品安全是我国目前和未来国民经济和社会发展的重大需求。农业食品安全面临的问题包括病原微生物、寄生虫、耐药菌株以及药物的残留和转基因动植物食用安全性评价等。对有害药物（兽药、农药及其它化学物）残留引起动植物体转录组、蛋白组和代谢组不同水平上的变化进行非定向性生物和化学表征研究，寻找残留代谢标志物并建立相应的检测技术。同时开展动物病原微生物和寄生虫的耐药性机制和监测技术的研究，重点研究耐药菌种和耐受药物品种的生态学分布和流行规律，耐药性的产生、转移与扩散的分子机理。 针对化学性和生物性危害，建立兽药、农药、其它化学有害物残留和病原微生物的高通量、快速、敏感的检测技术。重点发展对兽药残留、重要化学污染物和主要天然毒素的快速检测和生物安全评估。注重研究转基因食品安全性，包括安全性评价的动植物模型的建立和生态学风险评估等。20. 农业生物重要经济性状形成的分子调控机理及性状改良的基础研究在“九五”和“十五”期间，对动、植物高产、优质相关基因及重要性状遗传规律的研究进行了部分资助，取得了一些成果。由于性状表现与基因表达之间的关系极为复杂，每一基因的表达一方面有其自身的控制系统，不同基因之间又存在复杂的互作关系。阐明它们之间的相互联系是对农作物有效地进行分子改良的基础。根据国家需求和科学发展趋势，应重点开展主要农作物和畜禽重要经济性状形成的分子机理和性状分子改良的基础研究。包括重要经济性状功能基因组研究，重要经济性状相关基因的定位、克隆、表达调控及功能研究，重要性状相关基因分子标记的筛选和设计等。发展新的统计方法对作物和畜禽育种资源群体进行重要经济性状基因分析以及基因定位分析。探索外源基因在转基因后代中的表达特征和调控机理。开展分子标记辅助育种相关的基础研究，包括利用分子标记进行农业生物遗传多样性及群体遗传学研究等。21. 重要水生生物养殖优化模式的基础理论为了合理利用我国的水产资源和可持续地发展生态养殖，一方面应加强资源保护及水生动物资源栖息地变化机制研究，力求改善渔业环境；另一方面应加强关于水生动物对环境胁迫因子的响应机理及耐受机制方面的研究工作。例如研究水生生物机体在各种因素胁迫下产生的反应，反应的分子基础，有哪些关键的基因参与，胁迫信号在体内传递的方式及后续反应，耐受性的产生机理等。同时，建立有效的良种筛选和培育方法也应予以重视。这些关键问题的解决，将对我国水生资源的保护和可持续利用，以及水产养殖动物的良种选育、促进生态养殖的发展具有重要意义。22. 我国重要传染病病原体及其与疾病发生、发展与传播流行关系的基础研究近年来我国一些重要传染病的流行和发病特点发生了变化，可能反映了病原体和宿主相互作用的结果。在国家自然科学基金“十五”优先资助领域进行的“主要传染病病原体的基因组学”研究的基础上，加强我国发病率高或重新抬头的重要传染病（如肝炎、结核等）的基础研究，可以充分利用中国的病例资源优势，从根本上解决我国及国际上的预防医学难题，减少传染病对国济民生的威胁。病原体和宿主相互作用是决定感染与预后的关键。在生物的长期进化过程中，病原体和宿主不断相互作用、选择。一方面病原体发生适应性变异，可发生基因变异，产生新的基因型、免疫逃脱、毒力改变及耐药；另一方面，宿主的免疫、遗传因素变化影响着病原体的易感性。上述因素的不断变化，使得传染病的流行特点、发病机制与防治的研究不断产生新的科学命题。涉及了传染病学、病原微生物学、细胞生物学、免疫学、分子生物学、遗传学等众多学科领域。以“我国重要传染病病原体及其与发病、流行、宿主免疫学应答间关系的基础研究”为命题，包含了一系列需要研究阐明的科学问题。一方面需要进行大规模分子流行病学调查，研究我国重要传染病病原体基因（基因型）及重组体的分布特点；特定基因（基因型）与临床病谱的关系、与抗病原治疗的关系；不同基因（基因型）对病原体复制和抗原表达的影响；建立中国不同病原体的基因分型体系。另一方面，在此基础上研究我国重要传染病病原体基因（基因型）与宿主免疫、遗传学特征之间的内在联系，如传染病病原体HLA的限制性的免疫活性细胞表位的系统分析，为具有最广泛人群覆盖面的治疗性疫苗等的研制奠定新的理论和实验基础；宿主HLA基因型及由此决定的免疫应答强弱与不同临床转归间的关系，机体抗感染的免疫应答机制等。23. 环境化学污染物致机体损伤的基础研究人类生产和生活活动导致的环境污染对人民健康的危害，已成为制约我国经济社会快速发展的重要因素。重大的环境和职业有害因素，导致重大环境相关疾病，严重影响着广大人民的生存质量。在这些有害因素中，以环境化学因素对人群健康危害最大，特别是分布广泛、难以降解和消除、长期作用于人体的环境化学物，可导致重大环境相关疾病，特别是呼吸系统疾病。尽管国家启动了环境保护的爱民工程，正积极加强环境治理，控制污染源，但目前条件有限，宏观控制还不可能使环境化学污染物达到零排放。特别是众多难以降解的ECPs（环境化学污染物），以低剂量、长时间作用的累积效应正影响人群的健康。与此同时, 随着生命科学领域新技术和新理论的不断发展，进一步推动和促进了环境与健康关系的研究。作为近年来预防医学中重要的新进展，ECPs与生物标志物已成为最活跃的研究领域之一。生物标志物主要包括接触标志物、效应标志物和易感性标志物。这三类标志物描述了从接触环境污染物到机体发生毒效应之间的关键环节，不仅有助于阐明污染物的毒作用机制，而且使实验研究的结果可用于人群，并成为ECPs接触人群的健康预警及危险度评价的重要手段。目前国内外对有害环境因素与机体交互作用的研究还处于初步阶段，对三类生物标志物的研究虽然取得一些成果，但还没有形成系统而完整的新理论，在解释毒作用机制和人群危险度评估工作方面尚未取得新突破。而快速发展的生命科学领域的新技术和新理论为深入开展生物标志物研究提供了可能。在人类基因组计划完成和美国环境基因组计划启动的基因功能时代，该优先资助领域，将以我国现代重要环境化学污染物为研究对象，围绕环境与环境相关疾病开展相应的基础研究，阐明低浓度环境化学污染物毒作用的分子早期反映事件和寻求其环境相关疾病防治的生物标志物，建立环境相关疾病的预警体系，为防治环境相关疾病和为国家相关决策制订提供新方法和科学依据。24. 创伤与修复的基础研究随着社会经济的发展和工业化程度的日益提高，创伤与其他意外伤害所致的死亡在我国已成为仅次于恶性肿瘤、心脑血管疾病、呼吸系统疾病的第四大死亡原因，在青壮年中则占第一位。近十年来，由于细胞生物学、分子遗传学、免疫学、组织工程学和生物医学工程技术等的发展以及在创伤医学中的推广应用，大大促进了这一领域的发展，不仅基础研究有许多创新的发现，而且临床治疗取得了长足的进步，已成为现代医学中进展最为迅速的重要领域之一。我国在创伤流行病学、创伤急救、休克、感染与免疫、多脏器功能衰竭、创伤修复以及烧伤、撞击伤、部位伤等方面的研究已取得不少进展，为降低创伤早期死亡率和提高后期康复率起到了积极作用。因此，继续深入