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“微进化过程的多基因作用机制”重大研究计划2012年度项目指南

日期 2012-01-13   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:宏进化(macroevolution)和微进化(microevolution)。宏进化研究侧重于观察大的时间尺度下的生物性状变异(不在本重大研究计划资助范围之内);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。以人类进化为例,微进化研究的是人群内部(或人与黑猩猩之间)的遗传差异,如人类对高原环境的适应、遗传变异与地域性传染病的关联、人类适应不同日照环境与肤色变异等等。生物进化过程中,种群对环境迅速变化的适应、入侵种适应新的环境、人工驯化下动植物生殖生理或神经行为的改变、物种形成过程中不同种群交配行为的分化等由遗传改变导致的一系列表型变异,都是微进化过程的表现。因此,可以说微进化是生物变异与环境适应的源头,也是生物学的基础研究领域。

  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是通过自然选择或人工选择保留下来的,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,因而是生物学领域关注的焦点。生物复杂表型变异的分子机制十分复杂,我们从生物变异与进化的源头着手,较有可能解析适应的分子机制。另外,许多分子水平的研究表明,微进化过程中的复杂表型适应是多基因作用的结果,只有全基因组水平的分析,才能有效揭示多基因交互作用机制。

  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在基因组水平上的变异,发现与表型变异相关的关键遗传改变,并揭示进化的作用力,从而阐明复杂表型变异的遗传机制。通过研究,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、家养环境和细胞水平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”。本重大研究计划优先资助能对上述核心问题提出明确解决方案的项目。

  三、2012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。本重大研究计划资助在下述五个研究方向上提出的基础好、创新性强,具有国际领先潜力的前沿研究项目。

  (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(如入侵种,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。本重大研究计划在2012年度将重点鼓励这一方向的优秀研究项目。

  (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并能揭示进化机制的研究系统。

  (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。研究内容应着眼于了解选择压推动微进化的分子机制,而不是农业经济性状的改良。

  (四)细胞水平的适应和变异。

  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。本计划在2012年度将重点支持在细胞水平研究特殊进化机制的优秀项目。

  (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,应认真阅读本指南和通告。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和科学假设,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。本重大研究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)除了按照申请书编写提纲填报申请书外,本重大研究计划对申请书部分项目的填写有下述附加要求:

  1.请在立项依据部分首先说明本研究所属的重点资助的研究方向(见上述的五个重点支持方向)。

  2.立项依据需围绕研究内容和科学问题,有针对性的分析国内外研究现状,阐明研究意义。字数在2000-3500字之间(不包括参考文献)。

  3. 研究内容是申请书的重点,需详细论述针对于研究目标和关键科学问题的解决方案。字数在3000-5000字之间。

  4. 论述研究特色、创新点以及与本重大研究计划的关系,应简明扼要,不超过1000字。

  5. 研究方案主要简明论述与研究内容相关的实验材料、方法、技术、计算方法公式等。

  (三)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。

  (四)本重大研究计划2012年度计划资助经费约4800万元,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80-120万元/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300-400万元/项。

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