微進(jìn)化過(guò)程中的多基因作用機(jī)制

1、附件2 :“微進(jìn)化過(guò)程中的多基因作用機(jī)制”重大研究計(jì)劃2011年度項(xiàng)目指南生物進(jìn)化是在自然選擇的作用下，適應(yīng)性的遺傳變異延續(xù)下 來(lái)的過(guò)程。各種適應(yīng)性表型的形成是進(jìn)化的表現(xiàn)形式。生物多樣 性，農(nóng)藝或經(jīng)濟(jì)性狀的產(chǎn)生，高原、高鹽等極端環(huán)境下的物種形 成或種群分化，不同地域種群的多態(tài)性及其對(duì)疾病易感性的差別 等生命現(xiàn)象都是進(jìn)化的結(jié)果。生物進(jìn)化的研究體現(xiàn)在兩個(gè)層次 上： 微進(jìn)化(microevolution)和宏進(jìn)化(macroevolution)o 宏進(jìn)化研究側(cè)重于觀察大的時(shí)間尺度下的生物性狀變異；而微進(jìn) 化指的是種內(nèi)或近緣物種之間的進(jìn)化，是生物變異的源頭和適應(yīng) 環(huán)境的基礎(chǔ)。微進(jìn)化研究著重于基因?qū)π誀?/p>

2、的影響，以及選擇對(duì) 基因變異的作用。微進(jìn)化中適應(yīng)性表型的變異通常具有可明確闡 明的分子與遺傳基礎(chǔ)，可以追溯其發(fā)生發(fā)展的過(guò)程，有規(guī)律可循， 因此是生物學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)之一。本重大研究計(jì)劃建議通過(guò)分析微進(jìn)化過(guò)程中表型變異生物 的基因組及轉(zhuǎn)錄組，闡明復(fù)雜表型變異的遺傳機(jī)制，以期建立遺 傳變異與表型變異之間的相互關(guān)系，使進(jìn)化理論奠定在更堅(jiān)實(shí)的 遺傳學(xué)基礎(chǔ)上，推動(dòng)進(jìn)化理論的進(jìn)一步發(fā)展與完善。一、科學(xué)目標(biāo)運(yùn)用基因組學(xué)及多學(xué)科交叉的綜合手段，通過(guò)研究微進(jìn)化中 生物適應(yīng)快速變化環(huán)境的重要體系，揭示基因組在序列、結(jié)構(gòu)、 表觀遺傳修飾、及轉(zhuǎn)錄水平上的變異及其影響表型進(jìn)化的作用機(jī) 理，闡明多基因之間的相互作用與網(wǎng)絡(luò)

3、調(diào)控的分子機(jī)制及其進(jìn)化 意義。二、核心科學(xué)問(wèn)題以生物應(yīng)對(duì)新環(huán)境、極端環(huán)境、家養(yǎng)環(huán)境和細(xì)胞在人體內(nèi)部 環(huán)境的適應(yīng)性變異等為研究體系，分析在快速進(jìn)化過(guò)程中基因組 的變異，闡明有多少關(guān)鍵基因在微進(jìn)化過(guò)程起作用？它們是一些 什么樣的基因？它們本身是如何進(jìn)化的？它們之間的相互作用 如何？它們?cè)谡{(diào)控網(wǎng)絡(luò)里主要處于哪些位置？等問(wèn)題。從而解析 微進(jìn)化過(guò)程中多基因作用機(jī)制，揭示“生物是如何在基因組水平 上通過(guò)基因突變與多基因交互作用，改變表型或其它性狀以適應(yīng) 環(huán)境變化”這一核心科學(xué)問(wèn)題。三、2011年度擬重點(diǎn)資助的研究方向本重大研究計(jì)劃建議的四種研究體系代表了微進(jìn)化中生物 適應(yīng)快速變化環(huán)境的重要體系。它們?cè)诨卮?/p>

4、核心科學(xué)問(wèn)題上既有 共性，也有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。例如，在自然選擇下，一般都是多基 因弱效突變，但突變基因之間具有較強(qiáng)的交互作用。而人工選擇 相對(duì)于自然選擇而言，其選擇強(qiáng)度更大、時(shí)間更短，因此，人工 選擇下的進(jìn)化是否由少數(shù)基因的強(qiáng)效突變?cè)斐?？通過(guò)比較這些 不同環(huán)境條件下基因組水平上適應(yīng)模式的差異，以期揭示進(jìn)化生 物學(xué)的根本和核心的科學(xué)問(wèn)題。（一）新環(huán)境下的基因組變異及適應(yīng)新環(huán)境的分子機(jī)制。一般認(rèn)為環(huán)境變化是生物微進(jìn)化主要的驅(qū)動(dòng)力。變化的環(huán)境 可以是原住地的氣候、地表等的改變，也可以是物種遷移到一個(gè) 新的環(huán)境，后者是快速環(huán)境變化的一個(gè)典型例子。比較新舊環(huán)境 中的物種群體在基因組水平的差異，尋找強(qiáng)烈分化

5、的基因位點(diǎn)， 從而鑒定出適應(yīng)新環(huán)境的關(guān)鍵基因。本研究方向要求在全基因組 水平上定位與克隆適應(yīng)性基因，進(jìn)而通過(guò)研究適應(yīng)性基因的進(jìn)化 歷史與功能變化，探索和揭示生物迅速適應(yīng)新環(huán)境的基本機(jī)制和 規(guī)律。本方向優(yōu)先支持在表型、遺傳，生態(tài)等方面已有較好研究 基礎(chǔ)的研究系統(tǒng)。（二）極端環(huán)境下的基因組變異及適應(yīng)極端環(huán)境的分子機(jī)制。極端環(huán)境（包括邊緣環(huán)境）是指近緣物種或同一物種的生境 中具有極高或極低的溫度、緯度、海拔、鹽度等物理特征的環(huán)境。 極端環(huán)境與新環(huán)境的區(qū)別在于，物種已經(jīng)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生 了對(duì)極端環(huán)境的適應(yīng)性。生物在極端或邊緣環(huán)境里的抗低氧、抗 強(qiáng)酸、抗鹽、抗高溫等都是典型例子。本研究方向要求通過(guò)全

6、基 因組水平的比較研究，定位和克隆與極端或邊緣環(huán)境適應(yīng)相關(guān)的 關(guān)鍵基因，以揭示生物適應(yīng)極端環(huán)境的分子機(jī)制。本方向優(yōu)先支 持在遺傳、生理等方面已有較好研究基礎(chǔ)的研究系統(tǒng)。（三）人工選擇下的基因組變異與適應(yīng)人工環(huán)境的分子機(jī) 制。家養(yǎng)動(dòng)植物是在短短的一萬(wàn)多年內(nèi)，通過(guò)人工選擇的作用， 從野生祖先馴化而來(lái)的。人工選擇的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、方向明確。 本研究方向要求通過(guò)比較家養(yǎng)動(dòng)植物與其野生近緣物種群體的 全基因組水平上的差異，探討人工選擇下基因組變異的規(guī)律，鑒 別出重要的適應(yīng)性基因，揭示人工選擇下家養(yǎng)動(dòng)植物適應(yīng)人工環(huán) 境的遺傳機(jī)制。本方向優(yōu)先支持馴化歷程相對(duì)清晰、有望對(duì)進(jìn)化 理論做出嶄新貢獻(xiàn)的研究系統(tǒng)。（四）

7、細(xì)胞在人體內(nèi)部環(huán)境的適應(yīng)和變異。生物進(jìn)化理論也可以應(yīng)用到細(xì)胞水平，器官的衰竭及細(xì)胞的 非正常增殖都涉及到體細(xì)胞突變的積累和適應(yīng)。本研究方向要求 利用群體遺傳學(xué)、進(jìn)化生物學(xué)及系統(tǒng)生物學(xué)的研究方法，研究體 細(xì)胞突變及表觀遺傳修飾的動(dòng)態(tài)過(guò)程及其特征，了解突變積累、 選擇作用與細(xì)胞非正常增殖的規(guī)律，鑒別與細(xì)胞迅速增殖相關(guān)的 致變突變，并闡明其在微進(jìn)化過(guò)程中的適合度。（五）圍繞微進(jìn)化研究的計(jì)算生物學(xué)新方法。隨著新一代DNA測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，一系列高通量、高分 辨率檢測(cè)基因組、轉(zhuǎn)錄組、表觀基因組變異的技術(shù)手段應(yīng)運(yùn)而生， 為開展微進(jìn)化基因組學(xué)研究提供了豐富的數(shù)據(jù)，但同時(shí)也對(duì)計(jì)算 基因組學(xué)和生物信息學(xué)提出了

8、新的課題。本方向重點(diǎn)支持開發(fā)圍 繞上述四個(gè)研究方向所需要的計(jì)算生物學(xué)方法，包括：圍繞微進(jìn) 化研究的新一代測(cè)序數(shù)據(jù)處理方法和分析手段；群體遺傳學(xué)理論 在生物適應(yīng)的基因組學(xué)研究中的應(yīng)用，發(fā)展檢驗(yàn)自然選擇的新方 法以及在細(xì)胞水平的延展；微進(jìn)化中基因相互作用的檢測(cè)、數(shù)學(xué) 描述和生物網(wǎng)絡(luò)演化的分析方法。四、申請(qǐng)注意事項(xiàng)（一）申請(qǐng)人在填報(bào)申請(qǐng)書前，應(yīng)認(rèn)真閱讀本指南。本重大 研究計(jì)劃旨在將相關(guān)領(lǐng)域研究進(jìn)行戰(zhàn)略性的方向引導(dǎo)和優(yōu)勢(shì)整 合，成為一個(gè)協(xié)調(diào)的綜合“項(xiàng)目群”。申請(qǐng)書須具有明確的關(guān)鍵 科學(xué)問(wèn)題，并應(yīng)論述與項(xiàng)目指南最接近的科學(xué)問(wèn)題的關(guān)系，以及 對(duì)解決核心科學(xué)問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目總體目標(biāo)的貢獻(xiàn)。本計(jì)劃不受理 以測(cè)序

9、為主要目標(biāo)的物種基因組測(cè)序項(xiàng)目。不符合項(xiàng)目指南的申 請(qǐng)將不予受理。為避免重復(fù)資助，項(xiàng)目申請(qǐng)書還應(yīng)論述與973計(jì) 劃等國(guó)家其他科技計(jì)劃項(xiàng)目的區(qū)別與聯(lián)系。（二）申請(qǐng)書中的資助類別選擇“重大研究計(jì)劃”，亞類說(shuō) 明選擇“培育項(xiàng)目”或“重點(diǎn)支持項(xiàng)目”，附注說(shuō)明均須選擇“微 進(jìn)化過(guò)程的多基因作用機(jī)制”（以上選擇不準(zhǔn)確或未選擇的項(xiàng)目 申請(qǐng)將不予受理）。根據(jù)申請(qǐng)的具體研究?jī)?nèi)容選擇相應(yīng)的申請(qǐng)代 碼。（三）為加強(qiáng)項(xiàng)目的學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)項(xiàng)目群的形成，促進(jìn)多 學(xué)科交叉與集成，本重大研究計(jì)劃每年將舉辦一次資助項(xiàng)目的年 度學(xué)術(shù)交流會(huì)，并不定期地組織相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研討會(huì)。獲資助 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人有義務(wù)參加重大研究計(jì)劃指導(dǎo)專家組和管理工作組 所組織的上述學(xué)術(shù)交流活動(dòng)。（四）本重大研究計(jì)劃2011年度計(jì)劃資助經(jīng)費(fèi)約3500萬(wàn)元， 擬資助“培育項(xiàng)目” 15-20項(xiàng)，“重點(diǎn)支持項(xiàng)目” 6-8項(xiàng)。對(duì)有較好的創(chuàng)新研究思路或較好的前期結(jié)果、但尚需一段時(shí) 間