生命科学发展趋势课件

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1、生命科学发展的特点、趋势和前沿,一、生命科学发展的特点、趋势和前沿,生命科学与生物技术仍然是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、神经科学、免疫学等将继续成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，生命科学研究变得更加趋于 系统化 规模化 数字化,形成了以： 系统（整合）研究生命的 现象与本质为方向； 以多学科交叉为基础： 分析与整合并重、微观与宏观相结合的研究体系； 探讨生命的本质和起源，将是生命科学基础研究的发展趋势。,1， 一大批生物基因组测序的完成催生了一批相关研究领域。 20

2、03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4000多种生物的基因组作图和测序也陆续完成。,生命科学进展突出表现在：,对基因、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、RNA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。,2， 生物信息学迅速发展。 生物信息学： 是基于基因组、蛋白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： 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、蛋白表达谱分

3、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(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。,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之一，目前的热点研究领域是： 以模式生物如小鼠、斑马鱼、爪蟾、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

4、、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。 目前，干细胞的定向分化、自我更新、干细胞的可塑性等是重要的基础研究。,5， 小分子RNA的发现和对其功能研究是近10年来分子生物学领域最突出的热点之一 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。 是调控基因表达和蛋白活性的重要方式。 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是近期重要的研究方向。,6，多学科交叉促进了脑

5、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和信息处理技术，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之一 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

6、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； 生物入侵对生态系统的影响，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。,8， 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。,

7、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。,9，生物科学与其它学科的交叉和渗透更加广泛与深入 生命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

8、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、多层次揭示生命的基本规律成为生命科学重要的交叉研究领域。,二、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前六位。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

9、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

10、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

11、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

12、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，

13、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

14、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、多技术平台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突出成绩。 感觉神经生物学领域发展迅速，在知觉的基因表达、视觉的脑机制、学习与记忆、脑的发育及可塑性等方面获得了有国际影响力的研究成果

15、。分子影像学研究发展迅速。此外，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（包括生物转化、某些生物过程的化学介入或干扰研究）等方面有了很好的研究积累。,我国虽然在生命科学领域取得了突出成绩，但与美、欧、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，在世界生命科学权威学术杂志的文章数量还较少。 分析我国生命科学基础研究现状，主要差距在于：(1) 原创性学术思想少，跟踪和模仿研究多；（2）基础研究投入不足； (3) 缺乏良好的研究体系和平台，国际竞争力不强；,(4) 缺乏处于国际前沿的高素质研究团队，在国际权威学术杂志上

16、发表的研究论文还是个别和零星的，并且过分地依靠个别科学家；(5) 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；(6) 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；（7）研究技术和手段发展滞后；（8）项目评审与资助机制有待进一步完善。上述问题应当在“十二五”期间引起重视并予以改进。,三、“十二五”发展战略构想,在未来五年中，生命科学基础研究 要特别注意培植新兴领域和学科生长点，优先支持具有重大科学意义和价值的基础研究。 充分利用基因组学、蛋白质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、免疫、神经、进化和生态学等前沿领域的发展。 注重在基因组学、蛋白组学、分子影像学、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。 农学基础研究要围绕“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