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“微进化过程中的多基因作用机制”重大研究计划2011年度项目指南

日期 2011-07-12   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

  生物进化是在自然选择的作用下,适应性的遗传变异延续下来的过程。各种适应性表型的形成是进化的表现形式。生物多样性,农艺或经济性状的产生,高原、高盐等极端环境下的物种形成或种群分化,不同地域种群的多态性及其对疾病易感性的差别等生命现象都是进化的结果。生物进化的研究体现在两个层次上:微进化(microevolution)和宏进化(macroevolution)。宏进化研究侧重于观察大的时间尺度下的生物性状变异;而微进化指的是种内或近缘物种之间的进化,是生物变异的源头和适应环境的基础。微进化研究着重于基因对性状的影响,以及选择对基因变异的作用。微进化中适应性表型的变异通常具有可明确阐明的分子与遗传基础,可以追溯其发生发展的过程,有规律可循,因此是生物学领域关注的焦点之一。

  本重大研究计划建议通过分析微进化过程中表型变异生物的基因组及转录组,阐明复杂表型变异的遗传机制,以期建立遗传变异与表型变异之间的相互关系,使进化理论奠定在更坚实的遗传学基础上,推动进化理论的进一步发展与完善。

  一、科学目标

  运用基因组学及多学科交叉的综合手段,通过研究微进化中生物适应快速变化环境的重要体系,揭示基因组在序列、结构、表观遗传修饰、及转录水平上的变异及其影响表型进化的作用机理,阐明多基因之间的相互作用与网络调控的分子机制及其进化意义。

  二、核心科学问题

  以生物应对新环境、极端环境、家养环境和细胞在人体内部环境的适应性变异等为研究体系,分析在快速进化过程中基因组的变异,阐明有多少关键基因在微进化过程起作用?它们是一些什么样的基因?它们本身是如何进化的?它们之间的相互作用如何?它们在调控网络里主要处于哪些位置?等问题。从而解析微进化过程中多基因作用机制,揭示“生物是如何在基因组水平上通过基因突变与多基因交互作用,改变表型或其它性状以适应环境变化”这一核心科学问题。

  三、2011年度拟重点资助的研究方向

  本重大研究计划建议的四种研究体系代表了微进化中生物适应快速变化环境的重要体系。它们在回答核心科学问题上既有共性,也有很强的互补性。例如,在自然选择下,一般都是多基因弱效突变,但突变基因之间具有较强的交互作用。而人工选择相对于自然选择而言,其选择强度更大、时间更短,因此,人工选择下的进化是否由少数基因的强效突变造成?通过比较这些不同环境条件下基因组水平上适应模式的差异,以期揭示进化生物学的根本和核心的科学问题。

  (一)新环境下的基因组变异及适应新环境的分子机制。

  一般认为环境变化是生物微进化主要的驱动力。变化的环境可以是原住地的气候、地表等的改变,也可以是物种迁移到一个新的环境,后者是快速环境变化的一个典型例子。比较新旧环境中的物种群体在基因组水平的差异,寻找强烈分化的基因位点,从而鉴定出适应新环境的关键基因。本研究方向要求在全基因组水平上定位与克隆适应性基因,进而通过研究适应性基因的进化历史与功能变化,探索和揭示生物迅速适应新环境的基本机制和规律。本方向优先支持在表型、遗传,生态等方面已有较好研究基础的研究系统。

  (二)极端环境下的基因组变异及适应极端环境的分子机制。

  极端环境(包括边缘环境)是指近缘物种或同一物种的生境中具有极高或极低的温度、纬度、海拔、盐度等物理特征的环境。极端环境与新环境的区别在于,物种已经在相当长的时间内产生了对极端环境的适应性。生物在极端或边缘环境里的抗低氧、抗强酸、抗盐、抗高温等都是典型例子。本研究方向要求通过全基因组水平的比较研究,定位和克隆与极端或边缘环境适应相关的关键基因,以揭示生物适应极端环境的分子机制。本方向优先支持在遗传、生理等方面已有较好研究基础的研究系统。

  (三)人工选择下的基因组变异与适应人工环境的分子机制。

  家养动植物是在短短的一万多年内,通过人工选择的作用,从野生祖先驯化而来的。人工选择的特点是强度高、方向明确。本研究方向要求通过比较家养动植物与其野生近缘物种群体的全基因组水平上的差异,探讨人工选择下基因组变异的规律,鉴别出重要的适应性基因,揭示人工选择下家养动植物适应人工环境的遗传机制。本方向优先支持驯化历程相对清晰、有望对进化理论做出崭新贡献的研究系统。

  (四)细胞在人体内部环境的适应和变异。

  生物进化理论也可以应用到细胞水平,器官的衰竭及细胞的非正常增殖都涉及到体细胞突变的积累和适应。本研究方向要求利用群体遗传学、进化生物学及系统生物学的研究方法,研究体细胞突变及表观遗传修饰的动态过程及其特征,了解突变积累、选择作用与细胞非正常增殖的规律,鉴别与细胞迅速增殖相关的致变突变,并阐明其在微进化过程中的适合度。

  (五)围绕微进化研究的计算生物学新方法。

  随着新一代DNA测序技术的快速发展,一系列高通量、高分辨率检测基因组、转录组、表观基因组变异的技术手段应运而生,为开展微进化基因组学研究提供了丰富的数据,但同时也对计算基因组学和生物信息学提出了新的课题。本方向重点支持开发围绕上述四个研究方向所需要的计算生物学方法,包括:围绕微进化研究的新一代测序数据处理方法和分析手段;群体遗传学理论在生物适应的基因组学研究中的应用,发展检验自然选择的新方法以及在细胞水平的延展;微进化中基因相互作用的检测、数学描述和生物网络演化的分析方法。

  四、申请注意事项

  (一)申请人在填报申请书前,应认真阅读本指南。本重大研究计划旨在将相关领域研究进行战略性的方向引导和优势整合,成为一个协调的综合“项目群”。申请书须具有明确的关键科学问题,并应论述与项目指南最接近的科学问题的关系,以及对解决核心科学问题和实现项目总体目标的贡献。本计划不受理以测序为主要目标的物种基因组测序项目。不符合项目指南的申请将不予受理。为避免重复资助,项目申请书还应论述与973计划等国家其他科技计划项目的区别与联系。

  (二)申请书中的资助类别选择“重大研究计划”,亚类说明选择“培育项目”或“重点支持项目”,附注说明均须选择“微进化过程的多基因作用机制”(以上选择不准确或未选择的项目申请将不予受理)。根据申请的具体研究内容选择相应的申请代码。

  (三)为加强项目的学术交流,促进项目群的形成,促进多学科交叉与集成,本重大研究计划每年将举办一次资助项目的年度学术交流会,并不定期地组织相关领域的学术研讨会。获资助项目负责人有义务参加重大研究计划指导专家组和管理工作组所组织的上述学术交流活动。

  (四)本重大研究计划2011年度计划资助经费约3500万元,拟资助“培育项目”15-20项,“重点支持项目”6-8项。

  对有较好的创新研究思路或较好的前期结果、但尚需一段时间探索研究的申请项目将以“培育项目”方式予以资助,资助期限为3年,资助强度约100万元/项;对有较好研究基础和积累,有明确的重要科学问题需要进一步深入系统研究的申请项目将以“重点支持项目”的方式予以资助,资助期限为4年,资助强度约200-350万元/项。

  (五)申请书由生命科学部负责受理。

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