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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。
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
• 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。
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)。
• 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。
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。
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。
• 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。
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Hale Waihona Puke Baidu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。
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,
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。
• 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。
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。
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。
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,
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,
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。
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
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。
• 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:
系统化 规模化 数字化
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。
生命科学进展突出表现在:
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。
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”。
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。
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。
• 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。
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。
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
• 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。
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)。
• 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。
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。
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。
• 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。
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Hale Waihona Puke Baidu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。
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,
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。
• 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。
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。
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。
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,
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,
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。
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
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。
• 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:
系统化 规模化 数字化
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。
生命科学进展突出表现在:
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。
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”。
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。
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。
• 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。
9,生物科学与其它学科的交叉和渗透更加 广泛与深入