畜禽肌肉和脂肪发育的分子调控机制研究

猪和鸡的生产在我国畜牧生产中占有70%以上的比例，是我国畜牧业的主体。作为动物机体的主要组织，肌肉和脂肪发育机制的研究，直接为我国畜牧业科学生产提供理论支撑。项目研究的总体思路与目标是：在组织、细胞、分子水平，对具有明显不同发育特征的品种、品系间进行系统的比较研究，挖掘不同猪、鸡动物品种、品系，肌肉和脂肪发育的细胞与分子基础，同时筛选出重点研究的遗传与表观遗传学调控途径；组合现代细胞与分子生物学实验研究技术，研究筛选的重要基因作用与信号通路，取得对动物组织发育调控机制的新理论知识。     

植物非编码RNA的研究进展与展望

非编码RNA是当今国际生物学研究的热点之一。包括miRNA和siRNA在内的小RNA和长非编码RNA(lncRNA)可以在转录和转录后水平调节基因表达,在植物生长、发育、生物和非生物逆境生理等方面起着重要的调控作用。我国在植物非编码RNA的机理和应用方面的研究起步较早,通过近10年的蓬勃发展,涌现了一批从事植物非编码RNA研究的优秀团队。这些团队在模式植物拟南芥及水稻等农作物非编码RNA的产生、工作机理和应用研究上取得了一系列的重要突破性进展,在某些研究方向上处于国际领先水平,为我国植物非编码RNA研究的进一步发展打下了扎实的基础。本文对近年来植物非编码RNA领域国内外的重要进展进行了简要概述,并展望了未来植物非编码RNA的研究方向和拟解决的科学问题。     

植物种子发育的分子机理

种子作为高等植物有性生殖的产物,不仅是植物繁育的最主要形式,也是人类赖以生存的粮食的最主要来源。在被子植物的有性生殖过程中,来自花粉的两个精子分别与胚囊中的卵细胞和中央细胞融合形成合子和初生胚乳核。前者经过细胞分裂、分化、器官发生和休眠建立等过程形成胚胎;后者经过游离核分裂、细胞化等过程形成胚乳。一个完整的胚胎具有子叶、胚轴、茎尖和根尖分生组织等结构。在种子发育和萌发过程中,胚乳为胚胎提供营养。胚胎和胚乳均可作为植物的营养累积器官,在发育后期累积淀粉、脂肪酸或/和蛋白质等。毫无疑问,受精后的胚胎与胚乳发育不仅是高等植物生活周期的一个重要环节,也是作物产量和品质决定的最关键时期。这一过程所涉及的细胞分裂、细胞分化、器官发生和胞间通信等过程的调控机制是生命科学领域的重大科学问题,也是发育生物学研究的核心命题。相关研究不仅为揭示种子形成的调控机理提供重要线索,也将为农作物的产量和品质提高提供新的技术手段。本文将重点阐述种子研究的重要性、国内外相关研究进展和未来发展前景。     

给消化道发育画个像

正我国科学家首次系统揭示人类消化道发育细胞图谱。我国科学家日前在学术期刊《自然—细胞生物学》在线发表论文,首次从单细胞分辨率和全转录组水平,全面、系统、深入地阐明了食道、胃、小肠和大肠这4种器官在人类胚胎发育过程中的基因表达图谱及其信号调控机制,揭示了这4种器官不同细胞类型之间的精准发育路径和基因表达特征,并详细解析了大肠从胎儿到成人的发育、成熟路径和关键生物学特征。     

植物免疫与作物抗病分子育种的重大理论基础——进展与设想

植物病害严重影响农作物的产量和品质,是危及我国粮食安全的重大祸患,在防控过程中发生的农药滥用则危害食品安全。发展绿色、高产和精准的抗病新策略、培育推广作物抗病新品种是解决技术障碍的根本途径,而这方面工作的有效开展依赖于在植物免疫机制基础理论和抗病基因系统发掘方面做出重大突破。通过对模式植物拟南芥免疫机制的研究,本领域在理论体系和研究技术等方面均取得了重要突破。近年来,以水稻、小麦等作物为模式的抗病机制研究,直接为作物抗病分子育种提供了重要支撑,有力地推动了基础研究成果向实际应用的转化速度。面向学科基础前沿和抗病育种中的关键问题组织重大项目研究,将会为我国农业可持续发展和保障"舌尖上的安全"做出卓越贡献。     

我国作物养分高效研究的现状与未来发展趋势

养分是作物生长发育的基础,探明作物高效吸收、利用土壤养分的生理和分子机理是培育高产高效作物新品种的基础,对保护环境和实现我国农业的可持续性发展具有重要的理论意义和现实意义。本文就过去10年中我国在主要农作物养分高效吸收、利用的生理及分子机理研究方面取得的主要研究进展进行了综述,并对该研究领域的未来发展趋势进行了探讨。     

妊娠建立和维持的分子机制

国家重大科学研究计划项目"妊娠建立和维持的分子机制研究"实施近5年来,围绕"胚胎与母体相互作用决定妊娠结局的分子机制是什么?"这一核心科学问题,以"胚胎着床决定妊娠结局"这一全新理念为主线,在已有工作的基础上,利用多种转基因、组织特异性基因敲除小鼠模型和我国丰富的人类临床资源,集成和运用组学、遗传/表观遗传学、细胞/分子生物学等传统和新兴技术,在囊胚获得着床能力的分子基础、胚胎着床和子宫内膜—蜕膜转化的分子调节机制、胎盘发育与妊娠维持的调控、妊娠维持的免疫调节机制以及先兆子痫等妊娠疾病的发生机制等方面取得了重要进展,为我国胚胎着床和胎盘发育研究奠定了科学基础,为解决关键技术问题做出了贡献。本文对该项目的研究思路与主要研究成果做一介绍。     

小肽信号在植物双受精过程中的作用

可移动的信号分子对于植物的细胞之间、组织之间、器官之间以及植株与环境之间的交流非常重要。过去十几年的研究表明,作为一类信号分子,小肽在植物的干细胞维持、自交不亲和识别、气孔细胞的发育等重要生物学过程中起关键性作用。植物的小肽有很多种类,数量庞大,但我们对于绝大多数小肽参与什么生物学过程的调控以及它们的受体是什么均所知甚少。本文将侧重于综述目前有关小肽信号及其受体参与植物双受精过程的国内外进展,提出未来的研究方向,为彻底解析和阐明小肽信号在植物双受精中的作用奠定基础。     

解读囊泡运输的调控机制

2013年10月7日,诺贝尔生理学医学奖揭晓,该奖授予发现了细胞囊泡运输调控机制的三位科学家,分别是美国耶鲁大学细胞生物学系主任詹姆斯·罗斯曼、美国加州大学伯克利分校分子与细胞生物学系教授兰迪·谢克曼以及美国斯坦福大学分子与细胞生理学教授托马斯·聚德霍夫。     

植物干细胞的研究进展

植物的形态建成主要依赖于胚后发育过程中生长点干细胞不断形成新的器官以及建立新的生长点。因此植物干细胞活性与功能的研究是植物发育生物学研究的热点与难点。与动物干细胞类似,植物干细胞一方面自我维持,一方面分化形成新的组织器官。但植物干细胞存在于胚胎期形成的顶端分生组织、胚后形成的侧生分生组织及再生过程中体细胞命运转变所建立的新生长点。这些不同类型干细胞的形成与调控共同决定了自然界中千姿百态的植物形态以及对生境的适应性,也决定了作物的株型和产量。植物干细胞的研究还是农业生物技术特别是组织培养技术和转基因技术的基础。因此,植物干细胞研究不仅是阐明植物可塑性的根本,也是现代农业生物技术的基础。我国近年来在植物干细胞研究领域均取得了一系列重要的进展。本文对近年来植物干细胞领域国内外的重要工作进行简要概述,并展望了未来植物干细胞研究关注的主要问题及研究方向。     

干细胞编程与重编程中表观遗传调控的分子机制和结构基础

干细胞研究因其重要的理论意义和广泛的应用前景而成为近年来生命科学研究的热点领域。目前人们在胚胎干细胞的定向分化和诱导多能干细胞细胞系的建立方面取得了重大突破,但对相关生物学过程的调控机制所知十分有限,干细胞应用仍然面临许多难题。表观遗传调控作为整合细胞内外环境因素与基因组遗传信息的媒介,直接参与控制基因表达,决定细胞分化与功能特异化,在干细胞的自我维持和定向分化以及体细胞重编程过程中发挥了非常重要的作用。"干细胞编程与重编程中表观遗传调控的分子机制和结构基础"国家重大科学研究计划项目围绕干细胞编程与重编程过程中的表观遗传调控所涉及的关键科学问题,利用多学科的研究方法和手段开展研究,目前已经取得了一批具有重大国际影响的突破性成果。例如,在国际上首次通过单细胞基因组学分析方法,实现了对人早期胚胎的DNA甲基化调控网络的系统分析;又如,利用染色质体外组装体系和冷冻电镜三维重构方法,在国际上首次解析了30 nm染色质纤维的高分辨率结构,在染色质高级结构这一重大科学问题上取得了突破性的进展。这些研究成果有助于深入理解人类胚胎干细胞及i PS细胞自我维持、定向分化、重编程等各个环节的表观遗传调控机制,将有力地推动基于干细胞的各种再生医疗技术和手段的应用进程。     

新型"基因疗法"可延缓机体衰老

人类基因组中有多少个衰老调控基因?这些基因参与衰老调控的分子机制是什么?能否在分子层面"操控"这些基因以延缓机体的衰老?对于这些衰老领域亟待解决的重要科学问题,我国科研人员有了新的见解. 1月7日,中国科学家在Science Translational Medicine上最新发表了一项研究论文.该研究首次利用全基因组CRISPR/Cas9筛选体系,在人间充质干细胞中鉴定出新的衰老调控基因,并在此基础上开发出可延缓机体衰老的新型"基因疗法",扩展了学界对于衰老基因的认识,为延缓衰老、防治衰老相关疾病提供了重要的干预靶标与新型策略.     

iPS细胞基因组稳定性调控的分子机制

诱导多能干细胞(iPS细胞)在再生医学与个体化治疗中有着巨大的优势和潜力,但iPS细胞的基因组稳定性较低带来的致瘤性等潜在风险阻碍了其临床应用。在2012年国家重大科学研究计划"iPS细胞重编程过程中染色体稳定性调控的机制研究"项目资助下,我们围绕"iPS重编程中染色体稳定性的分子调控机制是什么?"这一科学问题,取得了一系列原创性的研究成果,为发展提高iPS细胞基因组稳定性以及其质量的方法奠定了理论基础。本文总结了项目的研究背景,取得的研究进展和今后的发展方向。     

脑科学研究回顾与展望

大脑是结构与机能极其复杂的系统。脑科学的研究是当前生命科学的前沿和热点领域，其终极目标是破解智力起源与意识本质。近年来，脑科学研究已取得重大的进展。分子神经生物学从基因和生物大分子的角度，对神经活动基本过程的分子调控机制进行了探索。     

植物抗性化学诱导技术研究开发现状与展望

经外源激发子的刺激作用,植物体将获得对某种或多种逆境胁迫的更高抗性。植物抗性的诱导涉及受体应答反应、信号分子级联、基因表达调控、抗性生理生化代谢等诸多环节。近年来,在这一领域特别是化学诱导的理论研究或应用技术均取得了许多重要进展。本文综合分析了植物抗性的化学诱导机制,并对实践应用前景进行了科学预测。     

非编码RNA对干细胞命运的调控及其分子机制

干细胞研究的发展为人类重大疾病的治疗提供了新的途径和希望。已知多种调控因子影响干细胞的功能和应用,探讨干细胞增殖分化调控机理的基础理论研究将大大推进干细胞的临床应用。近年来,研究发现非编码RNA分子能够调控干细胞的功能。为此,2011年国家重大科学研究计划设立重大科学问题导向项目——非编码RNA对干细胞命运调控的机制研究。在该项目的资助下,项目组在非编码RNA对干细胞命运的调控机理研究方面取得一批原创性的研究成果。本文总结了项目组取得的突破性研究进展及存在的问题和未来的发展方向。     

2010年度中国科学十大进展简介

由科学技术部基础研究管理中心主办,《科技导报》、《中国科学基金》、《中国科学院院刊》和《中国基础科学》4家杂志承办的2010年度＂中国科学十大进展＂评选结果于2011年1月18日揭晓。＂拓扑绝缘体研究取得重要进展＂、＂相对论重离子对撞机上发现首个反超核粒子——反超氚核＂、＂揭示三氧化二砷和全反式维甲酸联合治疗急性早幼粒白血病的分子机制＂、＂中国发现10万年前的早期现代人化石＂、＂全基因组关联研究发现银屑病、白癜风和麻风易感基因＂、＂揭示水稻理想株型形成的分子调控机制＂、＂大地电磁测量揭示青藏高原东部有两条地壳物质流＂、＂揭示蛋白质赖氨酸乙酰化在细胞代谢中的调控作用＂、＂基于超材料实现微波段三维隐身和电磁黑洞＂和＂实验实现最远距离自由空间量子隐形传态＂等10项由我国科学家完成或为主完成的重要研究进展入选2010年度中国科学十大进展。     

Notch信号途径对肿瘤微环境的调控作用

恶性肿瘤是肿瘤细胞和肿瘤微环境细胞组成的集合体：肿瘤细胞的不可控增殖和侵袭，以及肿瘤微环境对肿瘤细胞的营养、免疫逃避和侵袭转移等过程的支持作用，共同形成了肿瘤的恶性表型的细胞和分子基础。肿瘤细胞和肿瘤微环境细胞受到共同的细胞和分子机制调控，其中，Notch信号在肿瘤中的作用近年来备受关注。     

控制肝脏组织发育、再生重塑与大小的关键蛋白质机器

肝脏损伤、功能衰竭及肝癌等疾病是我国重大健康问题,它们的发生发展与肝脏再生重塑及大小调控异常密切相关。针对肝脏发育、再生及大小控制机理的基础研究对于解决上述重大肝脏疾病的临床需求具有重要意义。前期研究发现Hippo信号通路在调控细胞增殖及分化、干细胞命运等方面起着关键作用,而Hippo通路的失调可导致肝脏等器官发育和大小异常,严重影响受损组织再生与重塑,或导致肿瘤迅速发生。本项目拟以肝脏为研究对象,聚焦Hippo相关信号网络如何感知器官大小并适时调控细胞生长、分化与死亡以实现器官发育、再生重塑和器官大小控制这一关键科学问题,整合基础、临床、药学领域的先进研究技术,拟通过基因编辑、内胚层干细胞肝向分化、肝细胞移植和肝脏重建、肝脏损伤修复等模型、临床病理分析、蛋白结构解析和靶向药物设计等方法,深入探讨该通路失控导致肝脏发育异常、再生重塑障碍、癌症发生的致病机理,并提出靶向干预新策略。     

“人多能干细胞多能性维持和发育潜能差异的系统研究”进展

人类胚胎干细胞及诱导多能干细胞研究的一个目标就是将它们成功应用于临床细胞替代疗法,为人类健康做贡献。诱导人类胚胎干细胞及诱导多能干细胞向不同谱系的细胞定向分化是将其应用于临床的前提,系统研究具有不同发育潜能的人多能干细胞间多种差异的分子机制,不仅能够深入理解发育潜能建立的分子基础,而且对筛选和建立符合临床应用标准的人多能干细胞具有重要意义。由同济大学康九红教授领衔的国家重大科学研究计划项目,通过研究不同来源的人类胚胎干细胞及诱导多能干细胞系在多能性、分化潜能、临床有效性和安全性差异的内在本质的区别,对其中所涉及的4个关键科学问题开展了深入研究,取得了若干重要进展。本文就该项目研究的概况、研究进展、实施效果进行回顾与论述,并对后续研究提出展望。