生命科学发展趋势ppt课件

生命科学发展的特点、趋势和前沿,1,一、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。,2,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,3,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。,4,1， 一大批生物基因组测序的完成催生了一批相关研究领域。 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：,5,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。,6,2， 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。,7,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。,8,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。,9,3，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，,10,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。,11,4， 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。,12,5， 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。,13,6，多学科交叉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，,14,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。,15,7，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完善和由这些站点构成陆地样带的研究备受关注。,16,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。,17,8， 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。,18,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。,19,9，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。,20,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、多层次揭示生命的基本规律成为生命科学重要的交叉研究领域。,21,二、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。,22,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，,23,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。,24,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，,25,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。,26,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，,27,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。,28,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。,29,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。,30,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,31,三氧化二砷联合用药，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。,32,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。,33,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。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。,34,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；,35,(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。,36,三、“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。,37,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先进国家”的目标而开展；大力支持以揭示调控重要农业生物（植物、动物、微生物）农艺、产量、品质、抗病虫等重要性状的遗传、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。,38,医学基础研究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、隔离人群、天然药物资源、病原微生物和复杂的自然环境等），以重大疾病的发生、发展机理与防治为主线，开展相关的基础医学、预防医学、临床医学基础和药学的前沿研究。从不同层次（分子、细胞、组织器官、个体、群体乃至生态和生物圈）上揭示疾病成因和机理，逐渐将临床医学、基础医学、预防医学和药学研究加以整合，实现由疾病治疗向治疗与预防相结合的研究过渡，由结构研究向结构与功能相结合过渡，更加注重功能表现与调控机制的研究，重视对正常生理状态的维持和调节机理的认识，大力发展具有中国特色的中医药学。,39,要大力提倡和鼓励学科交叉与合作。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，相对集中地资助分子影像学、认知科学与生物大分子相互作用规律等研究。加强生物组织的功能化定量研究，力争在感觉神经信息处理及模拟，分子成像的理论和方法等方面取得突破。 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，以培养杰出人才、营造创新和开放合作的学术氛围为宗旨，进一步完善基金管理，加强对优秀科学家的连续和长期资助，培养创新学术团队，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。,40,四、国家层面优先资助领域,41,1. 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，主要利用小鼠、斑马鱼、爪蟾、海胆、果蝇、线虫、拟南芥、水稻等模式生物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，发现新的发育相关基因，阐明它们的时空表达谱、表达调控机理和对细胞行为和组织器官形成与分化的影响。 主要科学问题：发育过程中基因时空表达的遗传和表观遗传调控机制；机体形成时的格式化（patterning）；组织和器官形成中细胞分化和移动的分子基础；以动物发育为模型研究人类重大疾病的发生发展机制等。,42,2. 基因和基因组的结构和功能 以基因组计划为先导的大规模生物基因测序，为人类认识复杂生命现象的本质，揭示生物发生、发育、进化及其与环境的关系提供了重要的信息。如何解读和注释基因组测序获得的海量数据，成为今后的研究重点，也成为世界各国竞争的焦点。目前对基因和基因组的结构和功能研究，形成了结构基因组学、功能基因组学、比较基因组学等新的快速发展的研究领域。 主要科学问题：基因组结构与遗传语言，其中包括非编码DNA的鉴定和功能研究；基因组DNA序列元件的鉴定及其生物学功能；基因表达的网络调控；从比较基因组的角度研究基因起源；研究基因组学的新方法和新技术等。,43,3蛋白质结构功能关系 蛋白质结构功能关系是细胞生命活动的重要基础。蛋白质的功能通过其结构、运动和相互作用得以实现。蛋白质三维结构主要包括整体水平的肽链折叠方式、原子水平的构象、分子的内在运动性和在不同条件下的结构变化，从而实现蛋白质分子间和亚基间、以及蛋白质与非蛋白质分子之间的相互作用。本领域鼓励在蛋白质结构和功能及其相互关系等方面开展创新性研究。 主要科学问题：蛋白质三维结构与功能的关系；蛋白质分子在不同条件下的运动规律；蛋白质与其它生物大分子的相互作用；氨基酸序列和三维结构之间的关联；原子水平蛋白质结构与蛋白质折叠和功能的关系；膜蛋白和糖蛋白的结构及其在细胞生命活动中的功能等。,44,4， 细胞信号转导的网络调节及效应 生命活动离不开信息交流。细胞通过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。尽管目前在这一领域已取得一些研究进展，但对生命活动的信息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。 主要科学问题：信号网络新组分的鉴定和功能分析；信号网络组分间的相互作用及其调节机制；信号通路间的对话机制及生物学意义；信息整合机制和应答方式的系统整合生物学分析；生理与病理条件下信号传递的异同等。,45,5. 细胞运动的分子机制 细胞运动是以微管和微丝骨架支撑的重要生命活动，包括细胞迁移、细胞分裂和胞内运输等，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。 在体内，细胞定向迁移需要胞外信号分子的引导，这一过程为胚胎发育、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。细胞运动性是细胞生物学领域中的一个重要的基础性理论问题。 主要科学问题：细胞运动相关过程的分子机理；细胞运动的信号调控机制；驱动蛋白功能和特异性调节；微管和微丝系统的动态性调节和功能协调机制；细胞运动与胚胎发育、器官形成和疾病发生的关系等。,46,6. 膜系统及物质跨膜运输 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物质交换是生命的基本现象，它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、囊泡运输、胞吞和胞吐等重要过程。这些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，膜系统和物质跨膜运输一直是细胞生物学研究的中心问题之一。 主要科学问题：囊泡运输、胞吞和胞吐的分子机制和调控，以及与信号转导的相互影响；核膜内外物质交流机制；细胞周期中内膜系统的动态变化等。,47,7. 干细胞特性与定向分化 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如自我更新、定向分化和细胞可塑性的理想模型，也可以为疾病治疗和组织器官重建提供可能。目前对调控干细胞增殖和分化机制的认识还十分有限。 主要科学问题：干细胞增殖和分化的分子调控机制；体细胞核基因组重编程的机理以及重编程分子的鉴定；线粒体基因组在体细胞核基因组重编程中的作用；疾病相关的干细胞如肿瘤干细胞等的研究。,48,8. 免疫应答和免疫耐受的细胞和分子机制 免疫应答机制与调节始终是免疫学的关键基础问题。迄今包括淋巴细胞识别抗原后的活化、抗原信息处理、加工、整合、提呈和转导，效应产生及免疫自稳的形成，共刺激信号分子及其信号调节网络，抗原提呈细胞的作用等重要过程和环节的调控机制等基础免疫学问题仍有许多深入研究的空间，所以应该继续鼓励具有概念、理论和方法创新的相关命题研究，丰富对免疫学基本理论的认识。 天然免疫系统不仅介导机体对病原生物的反应，而且为机体获得性免疫应答的启动提供信号。目前对天然获得性免疫应答的相互联系迄今了解还很少，因此深入了解天然免疫系统如何启动并调节获得性免疫应答已成为目前免疫学前沿领域之一。,49,免疫耐受是另一个目前值得重点关注的研究领域。在深入研究免疫耐受诱导及调节和消除的分子机理的基础上，结合基于免疫耐受机制的临床治疗手段，为包含免疫性疾病、过敏性疾病、肿瘤、器官移植排斥等提供新的干预途径和方法，并为疫苗设计提供重要的分子信息。 主要科学问题：天然免疫与获得性免疫应答的相互联系和相互作用；免疫耐受诱导和消除的分子机理及其临床应用评价等。,50,9精神、心理和行为的神经生物学基础 人与动物的行为均受遗传和社会两方面制约。行为学的研究内容包括本能 (如求偶、生育、捕食和自我防御等)，后天获得的技能(如学习和记忆等)，以及病理性改变（如精神与心理障碍等)。行为受神经系统控制。 研究遗传因素和生存环境对神经系统形成与改变的调控，及其对精神、心理和行为的影响，将不仅促进脑高级功能的神经生物学基础研究，而且还能为增进精神与心理健康提供理论基础。 主要科学问题：行为的发生、发展和演化规律；利用模式动物和人类遗传性精神与心理障碍疾病资源，鉴定和研究与行为相关的功能和致病基因及作用机理；生存环境对神经系统发育、功能性修饰和病理性改变的影响，及其与行为形成和改变的相关性；探寻治疗精神与心理障碍的新策略和新方法。,51,10极端条件下的生命及其适应机制 在地球上，存在着形式多样的极端自然环境，例如：热泉、深海、海底热溢口、深部地下、高寒雪线地区、南极、盐碱湖、高辐射区域等。生活在极端自然环境中的生物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，推动着地球上的物质循环，是生物遗传和代谢多样性的宝藏。开展极端生物的研究对于揭示生命的起源及演化规律，认识生命与环境的相互作用，促进极端生物资源在生物技术等方面的应用具有重要意义。 主要科学问题：生命对于极端自然环境的适应机制；极端生物的代谢特点及特殊代谢产物；典型极端自然环境中的生物物种结构、基因构成、协同适应机制及与环境的相互作用。空间微重力环境下的生物响应机制。,52,11. 系统发育重建与分子进化 进化是生命科学的基本问题之一，没有进化论的指导，生物学一切问题都难以解释。20世纪进化研究取得了显著进展，也带动和促进了相关领域的发展。基因组研究的突破性进展为进化研究创造了难得的机遇。近年来我国在进化生物学领域取得了骄人成绩，如能抓住这一机遇，充分利用我国丰富的生物种类和多样的环境条件这一优势，将会取得为世人瞩目的成绩。进化研究涉及的问题非常广泛，在有限的时间内只能根据我国的特色和优势集中一些科学问题进行探索。 主要科学问题：结合DNA序列、形态和化石证据，重建生命之树（系统发育）；基因与基因组进化；进化发育式样的多样性；适应性辐射和物种形成的分子机制等。,53,12， 物种多样性与生态系统功能的关系 生态系统功能是指生态系统执行其基本生态系统过程的能力，包括水分的流动和储存、生物生产力、生物地球化学循环和生物多样性的维持等。生物多样性变化对生态系统功能过程的影响在于：改变对水分、养分和光能的利用效率；影响群落内食物关系(营养结构)；影响干扰发生的频率、程度和范围。生物多样性是控制生态系统稳定性、生产力、养分动态和外来种侵入的重要因素之一。我国是世界上物种多样性资源最为丰富的国家之一，同时，由于长期以来人类活动的强烈干扰和资源的不合理利用，物种多样性维持受到了极大的威胁，生态系统功能显著降低。因此，开展物种多样性与生态系统功能关系的研究具有重要的理论和实践意义。 主要科学问题：物种多样性的形成、功能和维持机制；生态系统内物种间相互作用的方式与机制；物种多样性与生态系统稳定性和演变的关系；物种多样性与外来种侵入的关系与机制；物种丧失（剔除）对生态系统功能的影响与机制等。,54,13. 我国重要资源生物的收集、评价及保护（存） 我国地域辽阔，生态环境多样，生物种类丰富。许多野生植物、动物可以作为粮食、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，而且蕴涵有特殊的基因资源（如：抗病、抗旱等）；微生物、包括占总数99%以上的未培养微生物是生物技术赖以发展的重要资源。我国在生物资源收集、评价和利用方面有一定积累，但由于基础研究滞后，导致了资源保护和利用远远落后于经济发展的需要，而大量资源由于没有得到有效保护和利用，流失和灭绝现象严重。系统收集、保存重要资源生物，深入研究其遗传及代谢特点，对于保护和利用我国丰富的遗传资源、推动我国种植业、养殖业和生物技术产业的可持续发展具有重要意义和紧迫性。 主要科学问题：我国重要野生动植物和微生物及其基因资源的调查和收集；重要资源动、植生物的遗传学评价以及繁殖和保护策略；重要资源生物代谢功能及产物的研究；重要性状基因的鉴定和克隆。,55,14. 农业资源高效利用 我国人口已超过13亿，农业资源相对短缺，包括耕地资源、水资源、光资源和土壤重要营养元素不足已成为我国农业可持续发展的重要限制因素。如何提高以上资源的利用效率以缓解农业资源的供需矛盾和可能出现的对农业生态环境的影响，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科技需求，也是我国建设小康社会的重要保障。 主要科学问题：重要农作物区域化、集约化化栽培的基础研究；农作物对光能、水分和养分高效利用的生理和遗传机理；高效、节能和环境友好型设施农业的基础研究；农业生物资源的高效利用。,56,15， 农作物、林木生物灾害预防与可持续控制 农作物和林木的病、虫、草、鼠等一直是农林生产中的重要限制因素。近年来，农林生物灾害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以及天然林破坏和退化、人工林的物种结构简单和基因窄化等为生物灾害的大发生创造了条件，也使病、虫、草、鼠等有害生物的发生和发展规律不断变化。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。加强农作物、林木生物灾害预防与控制的基础研究，已经成为保证农林业持续稳定发展所迫切需要解决的重大科学问题。 主要科学问题：重要生物灾害的成灾原因及危害机理；主要有害生物种群的可持续控制；农作物和林木抗性资源发掘和种质创新；入侵有害生物的检疫、监测和预警系统研制等。,57,16. 重要动物疫病的病原学及致病机制 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。 主要科学问题：重要动物病毒病的发病机制、病毒变异致病性和抗原性三者间的关系；病毒与宿主相互作用的分子机制；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；人畜共患病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；重要动物疫病的病原生态学等。,58,17， 重要水生生物优化养殖的关键基础 为了合理利用我国的水产资源和可持续地发展生态养殖，一方面要加强对我国特有、名贵、有重要经济价值水生生物的繁殖生物学研究；另一方面应加强水生生物对栖息地环境变化的相应机理和对重要环境胁迫因素的耐受能力和耐受机理方面的研究工作。 主要科学问题：水生生物体对环境胁迫反应的细胞和分子基础；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；重要名贵经济水生生物的繁殖生物学等。,59,18，食品安全的重要基础研究 食品安全与人民健康密切相关。食品生产过程中农药、兽药残留、化肥过量施用及食品加工过程中滥用添加剂等问题，都可能对食品安全和人类健康造成危害，还影响到我国农产品的国际竞争力。开展食品安全相关的重要基础研究，是国民经济和社会发展的重大需求，具有重要的科学意义和应用前景。 主要科学问题：农用化学物质（农药、兽药、化肥等）在生物体内代谢机理及其对农畜产品营养品质形成的影响；农业化学物质残留物高通量、原位、快速、灵敏的检测方法研究；食品中残留化学物质、食品添加剂、天然毒素的生物安全评估体系；转基因食品对人类长期和潜在影响的评价；农用化学物质残留对人体健康和环境影响效应评价；食品加工贮运过程中产生的生物性、化学性有毒有害物质的检测技术方法；农业生态系统的污染特别是土壤污染对食品安全的影响等。,60,19，重要传染病病原体的病原学及其与宿主相互作用 病原体和宿主相互作用是决定感染、疾病转归及传播流行的关键。近年来面对我国一些重要传染病的流行和发病特点发生了变化，以及某些动物源性疾病病原体可能越过种的屏障传至人体，进而可能形成人间传播的潜在威胁等新的挑战，迫切需要我们进一步在宏观（群体）和微观层面深入开展与感染发生、临床疾病的发生发展和传播流行密切相关的病原体遗传特性及其变异规律、与宿主相互作用的细胞和分子生物学基础研究，这将对我国传染病控制的理论和实践的发展产生根本的影响。研究重点应置于我国发病率高或近年重新抬头的重要传染病（如肝炎、结核和血吸虫病等）和具有重大潜在威胁的新发传染病。 主要科学问题：病原体或其特定基因型、重组体与宿主相互作用的细胞和分子基础；病原体基因（基因型）及重组体在人群中的分布特点；特定基因（基因型）与临床病谱的关系及与抗病原治疗关系；病原体基因（基因型）与宿主免疫应答、遗传学特征之间的关系以及抗感染免疫应答及调节与疾病转归和传播流行的关系等。,61,20恶性肿瘤和心脑血管病等重大疾病发生发展机理 多因素多基因参与形成的复杂性状疾病，特别是恶性肿瘤、心脑血管疾病等严重威胁着人民的生命和健康，已成为全世界重要的医学目标之一。无疑，结合我国的实际情况，研究我国高发和死亡率高的恶性肿瘤、心脑血管病等重大疾病的发生发展机理及防治策略是极为重要和迫切的。 主要科学问题：恶性肿瘤、心脑血管病等重大疾病的发生发展及转归的多因素整合分析；疾病发生发展不同阶段的分子分型与标志物筛选；疾病发生的遗传背景、分子发病学和分子病理学；神经、内分泌和免疫调节与疾病发生的关系等。,62,21. 创新药物的关键基础 创新药物基础研究包括药物的发现、药物构效关系、药物输运系统、药效的评价等方面。其中药物的发现是基础，而药物新靶标的发现和确证将是新药发现的重要源头和关键。人类利用药物对疾病治疗所涉及的药物靶标还不到500个，主要是受体酶类、各种离子通道和核受体等，只占理论存在靶标数的10左右。因此，充分利用人类基因组计划提供的基因信息，在这一领域取得进展和突破是有可能的。 主要科学问题：基于基因组信息和其它原理的药物作用新靶标的发现；药物新靶标的评价；药物新靶标的确认；药物新靶标与药物作用机制及与其功能活性的关系等,63,22， 营养、代谢与相关疾病发病的机制 我国目前面临着营养缺乏与营养过度的双重挑战，即在农村和边远地区人群面临营养缺乏的同时，慢性非传染性疾病患病率迅速上升。这些慢性非传染性疾病（如：代谢综合征，包括肥胖、高血压、糖尿病、血脂异常等），一方面与遗传因素有关，另一方面多与不适当的营养素摄入有关，所以也称为营养相关性疾病。上述疾病严重威胁人类健康，从根本上防治这些营养相关疾病，需要对发病机制进行深入了解。 主要科学问题：构建我国不同种族人群营养相关基因表达数据库；寻找与人体营养素需要量相关的分子标记物，根据个体的营养素需求和差异指导个体的营养与膳食；具有健康促进作用的植物化学物筛选及其预防营养相关疾病的分子机制；体重超重及肥胖、糖尿病、高血压等营养相关疾病的分子营养学机制等。,64,23. 衰老相关疾病的发生与转归机理 人口老龄化已成为全球性问题，我国也将步入老龄化社会。由于人口老龄化所带来的一系列健康和医学问题，特别是伴随衰老而至的退行性疾病，严重影响人口质量和生活质量，已引起各国政府与公众的广泛重视。“衰老”是老年退行性疾病的根源，认识衰老机理，可以更好地解释衰老相关疾病的发生和转归机理，同时也为预防老年退行性疾病提供重要的理论指导。 主要科学问题：衰老的细胞、分子和遗传基础；环境因素对衰老进程的影响；老年脑衰退及其相关疾病（如老年性痴呆，帕金森氏病、老年性精神神经病等）发生机理及预防策略；老年性运动系统和免疫系统疾病的发生机理及预防策略等。,65,24. 中医药关键基础理论 建立于临床实践和古代哲学思想上的中医基础理论强调机体五脏六腑的协调统一，重视疾病发生发展过程中内因对外来致病因素的反应以及脏腑功能的相互制约，体现了以“关系本体论”的辨证思维方法来思考和认识疾病的特点。以往的研究实践表明，以还原论思想为基础的实验科学虽然解释了中医基础理论的一些现象和规律，但对于基于“关系本体论”中医基础理论的科学解释具有很大的局限性。追随生物学理论和方法论变革的趋势，即从局部观向整体观拓展，从线性思维走向整体思维，从注重分析转变为分析与综合相结合，中医基础理论研究需探索运用复杂思维与方法，充分采用现代生命科学中整体性研究方法和相应的研究技术开展对中医藏象、病机和方剂配伍等研究，揭示中医药调控理论的生物学基础，推进中医现代化的进程。,66,中药现代化是中医现代化的重要组成部分，也是可期待的产生突破的科学领域。复方是基于方剂配伍理论的中医临床投药形式。当前值得重点关注的是中药体内过程的研究，它对于阐明中药的作用机理，指导临床合理用药至关重要。在实践上要鼓励采用现代分析技术研究中药复杂体系的体内过程，解释中药及其复方体内药效物质及作用环节或组效靶点（位）效应，以及药代与毒代动力学规律等。 主要科学问题：中医药调控理论的生物学基础；基于中医藏象、病机和方剂配伍等基础理论的整合研究途径和方法；穴位与靶器官的相互关系和联系机制；中药及其复方体内过程、作用环节、组效靶位效应，以及中药复杂体系在体内药代与毒代动力学规律等。,67,25生命科学研究中的新概念、新方法和新技术 我国生命科学自主创新研究的瓶颈问题之一是原创性概念、方法和技术的匮乏，而新概念、新方法和新技术的创建需要不同学科交叉。本领域着重支持生命科学与物理学、力学、数学、化学等基础科学的交叉和融合，鼓励发展与理工学科相结合的原创性方法和技术，以及发展新模式生物和生物模型，从而提升我国生命科学研究水平。,68,