國家自然科學基金委員會啟動“植物激素作用的分子機理”

國家自然科學基金委員會啟動“植物激素作用的分子機理”重大研究計劃促進我國植物激素研究的跨越發展

      國家自然科學基金委員會遵循“有限目標、穩定支持、集成升華、跨越發展”的總體思路，把握戰略性和前瞻性特征，結合我國研究基礎和優勢領域，加強頂層設計，設立重大研究計劃，以具有相對統一目標或方向的項目群的方式進行重點部署與集成，凝聚優勢力量，通過長期、穩定和較高強度的支持，實現若干重點領域或重要方向的跨越發展，提升我國基礎研究創新能力，為國民經濟和社會發展提供科學支撐[1]。

    生命科學部根據國家自然科學基金委員會“十一五”重大研究計劃立項原則和要求，于2006年初啟動了“十一五”生命科學重大研究計劃立項程序。首先，生命科學部分析了生命科學基礎研究的發展動態、趨勢以及我國的現狀和特點，提出了生命科學“十一五”重大研究計劃的設想。在此基礎上，生命科學部于2006年 10月召開了專家咨詢委員會與學科評審組組長會議，討論了立項領域，征求咨詢專家和學科評審組專家的意見和建議，會上初步形成了植物發育調控機制、表觀遺傳學和小分子RNA調控機制、天然變異的遺傳和分子機制、免疫識別的分子機制、細胞增殖和分化機制和動植物雜交優勢的遺傳和分子機制等等八個方面的建議。生命科學部通過組織專家研討，進一步征求意見和建議，最后確定將“植物激素作用的分子機理”作為首批啟動的重大研究計劃，并根據立項程序向國家自然科學基金委員會委務會(簡稱“委務會”)匯報。委務會聽取匯報后，建議在進一步凝練科學問題的基礎上提出立項建議書。之后，生命科學部組織相關專家進行了多次研討和充分凝練，提出了“植物激素作用的分子機理”重大研究計劃建議書。該建議書提交委務會，經過討論和投票表決，正式批準立項。

1　立項的科學意義

          “植物激素作用的分子機理”是植物科學的一個重要和基本問題。植物激素是植物體內合成的一系列微量有機物質，它由一個部位產生運輸到另一部位，在極低濃度下引發生理反應，控制著植物生命活動的方方面面，從種子休眠、萌發、營養生長和分化到生殖、成熟和衰老。除此之外，激素還是植物感受外部環境條件變化，調節自身生長狀態來抵御不良環境、維持生存必不可少的信號分子。自1928年發現生長素以來，植物激素研究一直是植物科學最為前沿和熱點的領域之一。以激素為主體的研究幾乎涉及到植物學研究的各個領域，激素調控機制的研究已成為人們認識和理解紛繁神秘植物生命現象的重要途徑。近年來，隨著分子遺傳學的發展及其方法體系的建立和應用，以及植物分子生物學和基因組學的飛速發展，特別是以擬南芥和水稻為代表的模式植物基因組研究的重大突破以及帶來的便利平臺條件，使本身就處于科學前沿的植物激素研究進入全新的快速發展階段。在2002年和2005年，有關植物激素的研究均被Science雜志評為年度信號轉導領域的重大突破[4-5]。

2　立項的實踐意義

            植物激素調控植物的生長與發育，并進而影響植物(農作物)的產量、品質和抗性。20世紀中期，水稻和小麥半矮稈品種的育成和大面積推廣，使糧食產量大幅度提高，極大地緩解了世界范圍內的人口快速增長給糧食安全帶來的嚴峻危機，成為眾所周知的“綠色革命”。經過了40多年的探索和研究，人們認識到，為“綠色革命”做出重要貢獻的原來是植物激素赤霉素合成與信號轉導相關的基因，即水稻的SD1和小麥的RHT1基因[7-8]。在人類歷史上，沒有任何其他單個基因對糧食生產、對全人類的發展做出過如此巨大的貢獻！另外，最近一系列研究結果表明，通過調控細胞分裂素、油菜素內酯、生長素的代謝可以顯著的改良作物的株型結構和產量構成，這些結果預示著通過激素調控再次大幅度提高作物產量和品質是完全可能的[6,11-12]，  也預示著基于激素功能的品種設計將會成為未來農作物產量、品質和抗性改良的重要途徑。因此，開展植物激素作用機制的基礎研究具有巨大的潛在應用價值。

            國家中長期科學和技術發展規劃將保證糧食安全、突破資源約束、提高農業綜合生產能力作為優先發展主題[2]。國家自然科學基金委員會在“十一五”優先發展領域中將農業生物的產量、品質和抗性形成的分子機制和網絡調控列為綜合交叉優先領域[3]。植物激素作用機理的深入研究將解釋作物產量、品質和抗性形成的分子基礎，為農作物高產優質育種提供理論基礎。因此，深入認識植物激素作用分子機理已成為我國科技發展中的關鍵和重要戰略領域，成為我國基礎研究發展規劃中重要內容。

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3　立項基礎

            我國在植物激素研究方面具有雄厚的知識積累和堅實的工作基礎。20世紀早期老一輩科學家做出了具有重要國際影響的工作，奠
定了中國植物激素研究與國際同步發展的基礎。80年代末至今，隨著分子遺傳學研究的突破以及我國激素研究團隊的形成和發展壯大，我國科學家在植物激素代謝調控、激素受體的鑒定以及作物株型的激素調控等諸多方面取得了具有世界影響的成果，表現出了強大的創新能力和國際競爭能力。例如，我國科學家成功地鑒定出了脫落酸(abscisic  acid,  ABA)結合蛋白ABAR和  GCR2，前者為鎂離子螯合酶的H亞基,  作為ABA信號轉導的正調控因子參與了調控種子萌發、植物生長發育以及氣孔開閉等重要生理過程[13]，后者為定位于細胞膜的G-蛋白偶聯受體，參與介導已知的ABA生理功能[10]。這些研究是近年來植物激素生物學領域的重大突破。在激素調控植物株型形成中，我國科學家采用圖位克隆法分離了水稻分蘗控制基因MOC1，發現該基因不僅控制腋生分生組織的起始和分蘗芽的形成，還具有促進分蘗芽生長發育和影響株高的功能[9]。這些研究填補了國際上單子葉植物株型形成機理研究空白，打開了從激素調控的角度研究植物頂端優勢形成機制的突破口，受到學術界的高度關注。據不完全統計，2000年以來我國科學家在 Cell、Science、Nature等雜志上發表論文10篇，在植物學科影響因子排名前5％的國際主流期刊上，如Plant  Cell等發表學術論文70余篇，我國已成為國際上推動該領域發展的重要國家之一。 

            我國擁有一支具有自主創新能力的優秀植物激素研究隊伍。近年來，隨著我國經濟的持續快速發展和綜合國力的不斷增強，一大批活躍在世界植物激素研究最前沿的中青年科學家回國創業。在國家有關部門的大力支持下，這些科學家不但適應了國內的條件，開辟出新的研究方向，而且做出了出色的研究成果，我國植物激素研究的總體實力有較大的加強。目前已經形成了以中國科學院遺傳與發育生物學研究所、中國農業大學、中國科學院植物研究所、北京大學、中山大學、中國科學院上海植物生理生態研究所、上海交通大學等單位為強勢主體的研究隊伍。國家自然科學基金委員會4個創新研究群體成為一支核心力量。不同單位的20余位國家杰出青年基金獲得者已成為該領域不同方向上的領軍人物，他們的研究內容基本涵蓋了生長素、赤霉素、細胞分裂素、脫落酸、乙烯、油菜素內酯素、茉莉酸等主要植物激素的重要領域。這些科學家在各自的研究領域都建立了獨具特色的研究體系，研究組之間已建立了廣泛的合作關系，具有良好的學術氛圍。

4　擬解決的科學問題

“植物激素作用的分子機理”重大研究計劃旨在以模式植物(擬南芥、水稻等)為材料，采用多學科交叉的綜合手段，從激素代謝、信號轉導、激素間信號互作等不同層面研究激素發揮其生物學效應的分子基礎，揭示激素調控植物重要器官和性狀形成和對環境適應性的分子機制，深入認識植物生長發育的基本規律。具體科學問題或學術方向包括：(1)植物激素代謝及其調控的分子機制；(2)植物激素信號感知及傳遞的分子機制；(3)植物激素間的信號互作網絡；(4)激素調控植物重要器官形成的分子基礎；(5)激素調控植物對環境適應性的分子機制；(6)植物激素成分分析、超微定量檢測和原位檢測。

5　組織和實施

“研究計劃”的組織實施將充分體現“依靠專家、科學管理、環境寬松、有利創新”的宗旨，加強頂層設計，實行專家學術管理與項目資助管理相結合、目標導向與科學家自由探索相結合的管理模式。重大研究計劃設立指導專家組，負責“計劃”的科學規劃和學術指導。重大研究計劃管理工作組負責“計劃”的組織及項目管理。

 “研究計劃”實行課題制，主要以“面上項目”和“重點項目”的形式予以資助。項目負責人對項目組織實施、計劃執行與完成和經費核算進行負責和管理。面上項目執行期一般為3年，而重點項目為4年。

 “研究計劃”根據科學目標和擬解決科學問題，分年度立項并發布申請指南，每個年度明確具體的資助方向和需要解決的科學問題。申請人本著以科學問題為先導，有限目標和重點突破的原則，撰寫和提出申請書。項目評審采用通訊評議與會議評審相結合的評審機制。項目遴選時，除考慮國家自然科學基金委員會規定的擇優遴選項目準則外，還強調研究項目對計劃總體目標的實現和解決核心科學問題所起的作用。

本研究計劃自2007年始，實施期限為8年，擬投入經費15  000萬元，立項工作集中在2007－2011年的5年中，前3年立項將采取點面結合的方式，以自由探索為主，同時給予一定的宏觀引導。后2年重點進行項目和研究的集成。2007年的項目申請指南即將發布，請有意于申請項目的科學家關注自然科學基金委員會網頁上的重大研究計劃項目信息(http://www.nsfc.gov.cn/Portal0/default99.htm)，根據申請指南要求撰寫和提交申請書。
總之，植物激素作用的分子機理研究充分體現了前瞻性、基礎性和重要性特點，特別是我國在該領域具有良好的研究基礎和擁有一支優秀
創新人才隊伍，已經具備了取得重大突破的條件。“植物激素作用的分子機理”重大研究計劃的適時啟動，將會凝聚國內優勢力量開展系統和集成研究，促進學科交叉和融合，提高多學科綜合研究水平，在關鍵問題和重點方向實現突破，發展新的交叉學科和新的學術生長點，進一步提升我國植物激素研究水平，造就一批具有國際影響力的杰出科學家和進入國際科學前沿的研究團隊，推動我國植物激素研究跨躍式發展。

致謝：感謝中國科學院遺傳與發育生物學研究所的李家洋院士和李傳友研究員提供的植物激素研究背景材料，感謝“植物激素作用的分子機理”重大研究計劃專家指導組成員的意見和建議。

[參  考  文  獻]

[1]  國家自然科學基金委員會計劃局.  國家自然科學基金委員會“十一五”重大研究計劃實施方案.  2006,  12

[2]  《國家中長期科技發展規劃綱要》[EB/OL].  http://gh.most.gov.cn  /zcq/  kjgh_default.jsp

[3]  《國家自然科學基金“十一五”發展規劃》[EB/OL].http://www.nsfc.gov.cn  /nsfc/fzjh10-1-5/index.htm

[4]  Adler  E  M,  Gough  N  R,  Ray  L  B.  2002:  Signaling  breakthroughs  of  the  year.  Sci  STKE,  2003,  164,  eg1

[5]  Adler  E  M,  Gough  N  R,  Ray  L  B.  2005:  Signaling  breakthroughs  of  the  year.  Sci  STKE,  2006,  316:  eg1

[6]  Ashikari  M,  Sakakibara  H,  Lin  S,  et  al.  Cytokinin  oxidase  regulates  rice  grain  production.  Science,  2005,  309:  741-745

[7]  Khush  G  S.  Green  revolution:  preparing  for  the  21st  century.  Genome,  1999,  42:  646-655

[8]  Khush  G  S.  Green  revolution:  the  way  forward.  Nat  Rev  Genet,  2001,  2:  815-822

[9]  Li  X  Y,  Qian  Q,  Fu  Z  M,  et  al.  Control  of  tillering  in  rice.  Nature,  2003,  422:  618-621

[10]  Liu  X  G,  Yue  Y  L,  Li  B,  et  al.  A  G  protein-coupled  receptor  is  a  plasma  membrane  receptor  for  the  plant  hormone  abscisic  acid.  Science,  2007,  315:  1712-1716

[11]  Multani  D  S,  Briggs  P  S,  Chamberlin  M  A,  et  al.  Loss  of  an  MDR  transporter  in  compact  stalks  of  maize  br2  and  sorghum  dw3  mutants.  Science,  2003,  302:  81-84

[12]  Sakamoto  T,  Morinaka  Y,  Ohnishi  T.  Erect  leaves  caused  by  brassinosteroid  deficiency  increase  biomass  production  and  grain  yield  in  rice.  Nat  Biotechnol,  2006,  24:  105-109

[13]  Shen  Y  Y,  Wang  X  F,  Wu  F  Q,  et  al.  The  Mg-chelatase  H  subunit  is  an  abscisic  acid  receptor.  Nature,  2006,  443:  823-826