2024-03-04
國(guo)自然熱點(dian)
2023年度生命(ming)科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)部共接(jie)收重(zhong)點(dian)項(xiang)(xiang)(xiang)目申請740項(xiang)(xiang)(xiang)，受(shou)理738項(xiang)(xiang)(xiang)，資(zi)助(zhu)(zhu)110項(xiang)(xiang)(xiang)，平均資(zi)助(zhu)(zhu)強度約為(wei)220萬/項(xiang)(xiang)(xiang)。2024國自(zi)然申請集中接(jie)收工作即將開始，生命(ming)科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)部設(she)立的(de)重(zhong)點(dian)項(xiang)(xiang)(xiang)目立項(xiang)(xiang)(xiang)領(ling)域(yu)增至47項(xiang)(xiang)(xiang)。下表比較了部分2023年與2024年重(zhong)點(dian)項(xiang)(xiang)(xiang)目立項(xiang)(xiang)(xiang)領(ling)域(yu)，林學(xue)(xue)(xue)(xue)與草學(xue)(xue)(xue)(xue)（C16）、畜牧學(xue)(xue)(xue)(xue)（C17）和(he)獸醫學(xue)(xue)(xue)(xue)（C18）沒有調整，植物學(xue)(xue)(xue)(xue)、動物學(xue)(xue)(xue)(xue)等有所調整，在(zai)多樣性的(de)基礎上，重(zhong)要活(huo)性、重(zhong)要性狀等信息更加突(tu)出。
表1 2023年與2024年生命科學部重點(dian)項目(mu)立項領(ling)域（部分）比較
注意：表(biao)中(zhong)保留(liu)國自(zi)然(ran)基(ji)金申請代碼(ma)涵蓋C02（植(zhi)物(wu)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)）、C04（動物(wu)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)）、C13（農(nong)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)基(ji)礎與(yu)作物(wu)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)）、C14（植(zhi)物(wu)保護學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)）、C15（園(yuan)藝學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)與(yu)植(zhi)物(wu)營養學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)）、C16（林學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)與(yu)草學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)）、C17（畜牧(mu)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)）、C18（獸醫學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)）、C19（水產學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)）。具體以國家自(zi)然(ran)科學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)基(ji)金委員(yuan)會官(guan)網(wang)信息(xi)為準(zhun)。
此外，我(wo)國(guo)已(yi)完成新中(zhong)國(guo)成立以來規模最(zui)大、覆蓋范圍最(zui)廣的(de)(de)(de)全國(guo)農(nong)業種質資源普查(cha)，普查(cha)新收集的(de)(de)(de)種質資源將(jiang)全部收入(ru)國(guo)家農(nong)業種質資源庫。新華(hua)社近期陸(lu)續(xu)也報道了(le)云南(nan)（盈江蝦脊蘭）、重慶（巫溪馬(ma)鈴(ling)苣苔）等地在(zai)植(zhi)物資源調(diao)查(cha)時發現新物種。農(nong)業資源普查(cha)研究以及優良基因的(de)(de)(de)挖掘工作已(yi)成為國(guo)內外研究的(de)(de)(de)熱點之一。后續(xu)我(wo)們也會陸(lu)續(xu)整理(li)作物、園藝(yi)、林草、畜禽(qin)、水產、蜂蠶等方向的(de)(de)(de)經(jing)典研究案例思路。
種質資源(yuan) 種質(zhi)資(zi)源(yuan)是(shi)育種創(chuang)新的(de)基(ji)礎。在加強種質(zhi)資(zi)源(yuan)保護(hu)的(de)基(ji)礎上(shang)，應積極(ji)推(tui)動(dong)種質(zhi)資(zi)源(yuan)鑒(jian)(jian)定(ding)評價和創(chuang)新利用。結合發表文(wen)獻，我們整理(li)了種質(zhi)資(zi)源(yuan)鑒(jian)(jian)定(ding)與保護(hu)的(de)技術路線(xian)（圖1），主要涵蓋核心種質(zhi)篩選、指紋圖譜、家系(xi)鑒(jian)(jian)定(ding)等組學研究(jiu)方(fang)法(fa)。利用這(zhe)些(xie)研究(jiu)方(fang)法(fa)，可以幫(bang)助研究(jiu)人員深(shen)化(hua)農業資(zi)源(yuan)普(pu)查，在基(ji)因層(ceng)面厘清物種遺傳(chuan)特征、多(duo)樣性與親緣關系(xi)。 圖1 種質資源遺傳(chuan)特征分析技術路線圖 經典(dian)案例1—指(zhi)紋圖(tu)譜： BMC Plant Biology：329個花椰(ye)菜品種SNP指紋圖譜數據庫的構建及群體遺傳分析 花(hua)椰(ye)(ye)菜(cai)(cai)（Brassica oleracea var. botrytis）是全世界最重要的(de)(de)種(zhong)植(zhi)蔬菜(cai)(cai)作物之(zhi)一。遺(yi)傳(chuan)多(duo)樣(yang)性信(xin)息(xi)和(he)有(you)(you)(you)效的(de)(de)分(fen)(fen)子標記缺乏阻礙著(zhu)花(hua)椰(ye)(ye)菜(cai)(cai)的(de)(de)品(pin)種(zhong)改良(liang)。本研究旨在(zai)基(ji)于SNP標記和(he)KASP系統(tong)構建(jian)329個(ge)花(hua)椰(ye)(ye)菜(cai)(cai)品(pin)種(zhong)的(de)(de)DNA指(zhi)紋(wen)(wen)圖(tu)譜。基(ji)于KASP基(ji)因分(fen)(fen)型數據(ju)，對329個(ge)品(pin)種(zhong)進行了系統(tong)發育(yu)分(fen)(fen)析和(he)群體結(jie)構分(fen)(fen)析，生(sheng)成329個(ge)品(pin)種(zhong)的(de)(de)指(zhi)紋(wen)(wen)圖(tu)譜和(he)包含每個(ge)樣(yang)本遺(yi)傳(chuan)信(xin)息(xi)的(de)(de)二維條形碼。本研究建(jian)立的(de)(de)指(zhi)紋(wen)(wen)圖(tu)譜數據(ju)庫(ku)為花(hua)椰(ye)(ye)菜(cai)(cai)種(zhong)子的(de)(de)真偽和(he)純度鑒定提供了實用(yong)工具，并為現有(you)(you)(you)花(hua)椰(ye)(ye)菜(cai)(cai)品(pin)種(zhong)提供了有(you)(you)(you)價(jia)值的(de)(de)遺(yi)傳(chuan)信(xin)息(xi)。 分(fen)析技術路(lu)線及部分(fen)花椰(ye)菜種質二維碼（20/329） 經(jing)典案例2—核心種質 Nature Communications：飯豆(dou)地方品種的基因(yin)組(zu)組(zu)裝及重測序分析揭示適應性和產量相關(guan)位點 飯(fan)(fan)豆(dou)（Vigna umbellata）具(ju)有高產、高抗病蟲(chong)、耐逆(ni)性(xing)(xing)好等(deng)優勢(shi)。飯(fan)(fan)豆(dou)遺(yi)傳多樣(yang)性(xing)(xing)信息的匱乏阻(zu)礙了(le)其(qi)重要性(xing)(xing)狀的遺(yi)傳解(jie)析(xi)和(he)優異(yi)基因(yin)(yin)的挖掘(jue)利用(yong)。本研(yan)究組裝了(le)飯(fan)(fan)豆(dou)（FF25）的高質量(liang)基因(yin)(yin)組（525.6 Mb），并解(jie)析(xi)其(qi)進化地位。同時(shi)，對(dui)440份地方品種進行全基因(yin)(yin)組重測序，通(tong)(tong)過(guo)群(qun)體(ti)結(jie)構(gou)分析(xi)獲(huo)取群(qun)體(ti)遺(yi)傳多樣(yang)性(xing)(xing)和(he)遺(yi)傳結(jie)構(gou)信息；通(tong)(tong)過(guo)全基因(yin)(yin)組關聯分析(xi)（GWAS）鑒定出多個與產量(liang)、花期(qi)、籽粒大小等(deng)重要性(xing)(xing)狀相關的主效位點和(he)候(hou)選基因(yin)(yin)；本研(yan)究為(wei)飯(fan)(fan)豆(dou)進化分析(xi)、種質創新和(he)育種改良(liang)等(deng)奠(dian)定了(le)基礎。 分析技(ji)術路線(xian)及(ji)結果(guo)展示
優良基因挖掘 挖掘優(you)異種質資(zi)源方(fang)面，夯實(shi)育種創新資(zi)源基(ji)(ji)礎(chu)。國家(jia)自然科學基(ji)(ji)金(jin)委員會剛剛發布的2023年度(du)“中國科學十(shi)大進(jin)展”中，“農作(zuo)物(wu)耐(nai)鹽(yan)堿機制(zhi)解析及(ji)應用(yong)”上榜。其(qi)余上榜研究包(bao)括(kuo)揭示(shi)人類(lei)基(ji)(ji)因組(zu)暗物(wu)質驅動衰老(lao)的機制(zhi)、新方(fang)法實(shi)現單堿基(ji)(ji)到超大片段DNA精準(zhun)操(cao)縱、揭示(shi)人類(lei)細胞DNA復制(zhi)起始(shi)新機制(zhi)等。 優良(liang)基(ji)因(yin)的(de)挖掘工(gong)作(zuo)為(wei)農業(ye)資源(yuan)的(de)利用、品質(zhi)提升和抗逆性改良(liang)提供(gong)基(ji)礎支持(chi)。結(jie)(jie)合文獻報道，我們精心整理了優良(liang)基(ji)因(yin)挖掘的(de)技術路(lu)線（圖2），主要采(cai)用性狀定位結(jie)(jie)合基(ji)因(yin)驗(yan)證的(de)多(duo)組學研究(jiu)范(fan)式，獲(huo)取(qu)關鍵(jian)基(ji)因(yin)區域并解析其(qi)調控機制。 圖(tu)2 重(zhong)要性狀關聯基因挖掘技術路(lu)線圖(tu) 經典案例(li)1——GWAS+IP-MS+過表達+基因編輯(ji)： Science：Gγ蛋白(bai)調節作物對堿性的敏感性 據聯合國糧農(nong)組(zu)(zu)(zu)織數據，全球(qiu)有(you)超過(guo)(guo)10億公頃的(de)鹽(yan)(yan)漬(zi)化(hua)土壤因鹽(yan)(yan)堿程度過(guo)(guo)高而(er)不能被利(li)用。鹽(yan)(yan)漬(zi)化(hua)土地分為中(zhong)性鹽(yan)(yan)地（富含(han)氯化(hua)鈉和硫酸鈉）和蘇打鹽(yan)(yan)堿地（富含(han)碳酸鈉和碳酸氫(qing)鈉）。其(qi)中(zhong)鹽(yan)(yan)堿化(hua)土約占(zhan)鹽(yan)(yan)漬(zi)化(hua)土壤的(de)60%。盡管學術界對(dui)于植物(wu)(wu)(wu)耐鹽(yan)(yan)性有(you)較深(shen)入認知，但對(dui)植物(wu)(wu)(wu)耐堿脅(xie)迫(po)的(de)認識嚴重不足，這阻礙了(le)耐鹽(yan)(yan)堿作(zuo)物(wu)(wu)(wu)的(de)培育。本研究(jiu)對(dui)352個代表(biao)性高粱(liang)種質資源(yuan)進行全基(ji)因組(zu)(zu)(zu)測(ce)序，通過(guo)(guo)全基(ji)因組(zu)(zu)(zu)關(guan)聯研究(jiu)（GWAS）分析檢測(ce)到一個主(zhu)效基(ji)因AT1，（Alkaline tolerance 1），與堿耐受性有(you)關(guan)。AT1編(bian)碼(ma)一種非(fei)典型G蛋白(bai)γ亞基(ji)（與水稻(dao)GS3同源(yuan)），通過(guo)(guo)調(diao)節環境脅(xie)迫(po)下過(guo)(guo)氧(yang)化(hua)氫(qing)（H2O2）的(de)外排來緩解堿脅(xie)迫(po)對(dui)植物(wu)(wu)(wu)的(de)危害。研究(jiu)還發現在水稻(dao)、玉米及小作(zuo)物(wu)(wu)(wu)谷子等(deng)主(zhu)要糧食(shi)作(zuo)物(wu)(wu)(wu)中(zhong)AT1調(diao)控機制(zhi)是類(lei)似(si)的(de)，為主(zhu)要作(zuo)物(wu)(wu)(wu)的(de)耐鹽(yan)(yan)堿分子育種奠定了(le)理論基(ji)礎。 分析技術路線及結(jie)果(guo)展(zhan)示 經典案(an)例2——BSR性狀定位+轉錄組+代(dai)謝組： Nature Communications：多組學鑒定(ding)茶樹中參與兒茶素O -甲(jia)基化合成(cheng)的兩(liang)種甲(jia)基轉移(yi)酶 O-甲基(ji)化兒(er)(er)茶(cha)(cha)(cha)素是一類在少數茶(cha)(cha)(cha)葉品種(zhong)中(zhong)(zhong)以低水平存在的(de)衍(yan)生(sheng)物，具有較高的(de)生(sheng)物利用(yong)度(du)。本研(yan)究鑒(jian)定了(le)參與(yu)茶(cha)(cha)(cha)葉中(zhong)(zhong)O-甲基(ji)化兒(er)(er)茶(cha)(cha)(cha)素生(sheng)物合(he)成的(de)兩種(zhong)O-甲基(ji)轉移酶（OMT）并進一步研(yan)究了(le)CsFAOMT1和(he)CsFAOMT2在不同茶(cha)(cha)(cha)葉組織和(he)種(zhong)質中(zhong)(zhong)的(de)表(biao)達水平與(yu)相應O-甲基(ji)化兒(er)(er)茶(cha)(cha)(cha)素含量之間的(de)關系，進一步揭(jie)示了(le)結構特征和(he)催化機制。 分析(xi)技(ji)術路線及結果(guo)展示(shi) 經典案(an)例3—基(ji)因組(zu)組(zu)裝(zhuang)+定位+代謝(xie)組(zu)+基(ji)因編(bian)輯(ji)： Nature Food：多組學推進(jin)彩色大米農藝性狀改良 彩色(se)大米(mi)（Oryza sativa L.）營養豐富，可(ke)以提供(gong)天然色(se)素。但通(tong)(tong)常具(ju)有(you)生(sheng)命周(zhou)期長和(he)(he)低生(sheng)產力等缺(que)點。本(ben)研(yan)究組(zu)(zu)裝了(le) 3個(ge)(ge)黑(hei)米(mi)和(he)(he)2個(ge)(ge)紅米(mi)水稻品(pin)種的(de)基(ji)因組(zu)(zu)，并通(tong)(tong)過對另外 46 個(ge)(ge)品(pin)種進行重(zhong)測序來評估 51 個(ge)(ge)色(se)素水稻品(pin)種之(zhi)間的(de)遺傳變異。代謝組(zu)(zu)學和(he)(he)離子(zi)組(zu)(zu)學分析表明黑(hei)米(mi)品(pin)種富含芳香族次(ci)生(sheng)代謝產物。本(ben)研(yan)究進一步利用CRISPR-Cas9敲除(chu)印(yin)尼黑(hei)稻Cempo Ireng中的(de)3個(ge)(ge)花期負調(diao)控因子(zi)（通(tong)(tong)過比較基(ji)因組(zu)(zu)分析選(xuan)擇的(de)Hd2、Hd4和(he)(he)Hd5），從而(er)得到一個(ge)(ge)早熟(shu)品(pin)種。本(ben)研(yan)究為理解和(he)(he)改(gai)進亞(ya)洲彩色(se)大米(mi)提供(gong)了(le)多組(zu)(zu)學信(xin)息(xi)資源。 分析(xi)技術(shu)路(lu)線及(ji)結果(guo)展示
