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2006年中国生命科学研究“大爆发”
【字体： 大 中 小 】 时间：2006年11月17日 来源：生物通
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2006年中国生命科学研究“大爆发”
生物通综合：
25年沉寂后的爆发：中国生命科学研究显现强劲发展势头
据中国科技信息研究所统计分析，中国生命科学研究在17个重要研究方向中，2001至2005年共有16个研究方向的论文总量进入世界前10名，绝大多数研究方向的被引次数开始进入世界前15名。特别值得关注的是，2005年中国学者在生命科学顶尖杂志Cell上以第一作者身份发表论文5篇。这是中国生命科学在沉寂了25年之后迸发出的原始创新能力。据悉，在此之前的25年中，中国仅有一篇论文在Cell上发表。另外，在生命科学领域中国还有许多具有应用价值的原始性研究成果已形成重要专利。
《科学时报》记者从中科院生命科学与技术局获悉，2006年以来，仅中科院上海生命科学研究院已在《科学》、《自然》及其系列、《细胞》及其系列和《植物细胞》等国际权威学术期刊上发表了16篇高质量论文；申请专利103项，其中申请国际专利16项；获得专利授权34项，其中33项为发明专利；还获得4个新药证书、6个新药临床批文。
通过网络查询，记者还看到，刚刚组建4年的北京生命科学研究所，2006年也在《自然》和《植物细胞》杂志上分别发表了1篇论文。
科技部基础司总结发现，中国科学家在生命科学研究领域的突破主要表现在以下几个方面。
在脑与认知科学及神经科学领域，提出拓扑性质知觉理论并提供了生物学上的证据，挑战了传统的初期特征分析理论，获得国际同行广泛认可；开创了果蝇面对两难线索的抉择研究，在果蝇学习记忆机制方面取得突出进展；揭示吗啡镇痛作用的新原理，突破了以往对痛觉调控系统的传统认识，具有重要的临床应用前景。
蛋白质结构研究方面，先后完成了菠菜捕光复合体II（LHCII）、线粒体呼吸膜蛋白复合物Ⅱ、SARS冠状病毒系列蛋白、假尿嘧啶合成酶H/ACA完整复合物等蛋白复合物的三维晶体结构解析。一批膜蛋白和复合蛋白三维结构的成功解析，表明我国在蛋白质结构生物学方面保持国际先进水平。
在遗传学研究方面，发现了一个可高效用于哺乳动物的转座因子系统PB转座因子，为哺乳动物遗传学研究提供了一个新的技术手段，大大提高了鉴定基因功能的效率，获得同行高度评价。
在重要农作物基础研究方面，水稻基因组测序的研究已经被同行引用700余次，产生了广泛的国际影响；发现并首次克隆出水稻分蘖基因MOC1，阐明了水稻分蘖调控的分子机理，对提高水稻等禾本科作物产量具有重要意义；发现了拟南芥植物钾离子通道的分子调控机制，在改良植物钾营养性状方面具有潜在应用价值。
在重大疾病防治方面，通过对急性早幼粒细胞性白血病（APL）发病机制的研究，建立了联合靶向治疗APL的治疗手段，使初发APL成为第一种可能治愈的癌症；在SARS、禽流感等新发重大传染病的病源生物学、分子流行病学、致病机制、病原变异及防治技术方面取得系列进展，明显提高了我国应对突发传染病的能力。
此外，中国科学家还开展了《中国植物志》、《中国动物志》和《中国孢子植物志》的编研工作。经过几代人努力，《中国植物志》80卷126册已全部出版完成，并正在编辑英文版。“三志”的编制，是研究生物多样性和生物进化的重要资料，对中国生物资源的保护和利用具有重大意义，对生命科学大发展将起到积极推动作用。
科技部基础司司长张先恩认为，中国生命科学表现出的喜人态势，得益于政府对生命科学的重视，得益于中国科学院知识创新工程和教育部“985”工程在科研平台方面给予的高强度投入。这些都使中国科研实验设施和研究环境得到明显改善，从而使中国生命科学一步步接近国际先进水平，原始性创新能力增强，并正为建设创新型国家发挥基础性和先导性作用。
《Plant Cell》发表两篇中国科学家文章
在11月刚出版的著名权威杂志《植物细胞》（Plant Cell，影响因子10以上）上，来自河南大学植物胁迫生物重点实验室（Henan Key Laboratory of Plant Stress Biology）和中国农业大学植物生理学和生物化学国家重点实验室，以及中科院上海生命科学研究院SIBS植物分子遗传学国家实验室和上海交通大学的研究人员分别发表了有关拟南芥的研究成果。
这两项研究成果的学术领头人分别是来自河南大学的宋纯鹏教授，中科院上海生化所的黄海研究员（简介如下）。
第一篇文章利用多学科现代生物学技术对植物响应干旱胁迫分子机理方面进行了深入探讨。本研究首次建立了干旱胁迫下细胞如何感受活性氧，并将信号传递到下游中间信号分子，引起相应基因表达的改变。研究发现，ATGPX3基因具有感受和传递氧化还原信号的功能，这不仅有助于弄清植物对外界因子的反应机理，阐明其基本的生物学特征，而且为更加合理地、有效地利用基因工程方法培育抗旱作物新品种奠定了基础。这一标志性研究成果丰富了人们对植物响应干旱胁迫分子机制的认识。目前，该成果已被国际著名植物学家Julian Schroeder在《Faculty of 1000 Biology》撰写了评述。《Faculty of 1000 Biology》主要刊载由1000 多位顶尖科学家的建议，提供目前世界上最重要的生物学论文重要信息及研究成果。
第二篇文章则围绕拟南芥26S蛋白酶体（Proteasome，是一种存在于细胞质和细胞核内的蛋白水解酶复合物，负责降解细胞内大部分蛋白质）的蛋白水解功能进行了研究，通过这些研究揭示了在叶子正常形成的过程中翻译后修饰是十分重要的一种调控手段。这对于理解植物生长发育具有重要的意义。
中科院遗传发育研究所等《自然》子刊文章发表蛋白结构新发现
来自美国南加州大学分子生物学与生物信息学系，匈牙利塞格德大学（University of Szeged），以及中科院遗传与发育研究所的研究人员获得了高度糖基化gp350的结晶结构，并从中辨认了CR2绑定位点。这对于研究治疗和预防EBV和其它相关病毒的感染的药物提供了结构上的信息。这一研究成果公布在《Nature Structural& Molecular Biology》杂志上。
文章通讯作者是来自南加州大学的陈小江（Xiaojiang S Chen，音译），毕业于石河子大学，在X射线晶体学方面获得了多项研究成果，包括前段时间有关“癌症战争”的报道（>> 详细内容）。参予这一研究的还包括中科院遗传与发育研究所的马润林（Runlin Z Ma）。
EB病毒（Epstein-Barr virus,EBV）是Epstein和Barr于1964年首次成功地将Burkitt非洲儿童淋巴瘤细胞通过体外悬浮培养而建株，并在建株细胞涂片中用电镜观察到疱疹病毒颗粒而命名。EB病毒在人群中广泛感染，根据血清学调查，我国3～5岁儿童EB病毒VCA-lgG抗体阳性率达90%以上，幼儿感染后多数无明显症状，或引起轻症咽炎和上呼吸道感染。青年期发生原发感染，约有50%出现传染性单核细胞增多症。
EBV 感染人类细胞时，会插入约含100个基因的DNA，其中不到10个基因为潜伏态所需，其余则用于产生新病毒，感染宿主细胞。在感染过程中有一个很关键的包膜糖蛋白：gp350，gp350可与细胞表面受体CR2结合，并表现出广泛的生物活性。
在这篇文章中，研究人员确定了高度糖基化的gp350的X射线结晶结构，并确认了其中与CR2结合的绑定位点。在gp350多肽上除了一个位点，其它区域都有多聚糖的“防护”，在这篇文章中研究人员证实了这个未有糖基化保护的表面区域就是受体结合位点。这也就说明了糖基化并不是受体结合的重要因素。同时对这个未糖基化的区域进行结构突变，发现扰乱了受体结合，这个过程和通过一个gp350单克隆抗体——一个已知的病毒受体作用抑制子获得后果相似。
这些结果都为研究治疗和预防EBV和其它相关病毒的感染的药物提供了结构上的重要信息。
浙大本科生在《生物信息学》杂志发表论文
在国际权威杂志《生物信息学》编辑部发展论文，这对生物信息学领域的很多教授来说都是件梦寐以求的事，而浙江大学生命科学学院生物信息学本科生陈晓辉、宁开达，用他们的论文《BNArray：基于贝叶斯网络构建生物芯片基因调控网络的R语言包》叩开了这一权威杂志的大门。
浙大有关部门负责人介绍说，《生物信息学》是国际生物信息学科最顶尖的杂志，其SCI影响因子大于6，这是浙大以在读本科生为第一作者发表的影响因子最高的论文。据了解，一本学术刊物影响因子达到3就已经比较高了。
陈晓辉和宁开达分别是浙大2002级、2003级的本科生，陈晓辉今年已毕业。现读大四的宁开达告诉笔者，这是他们在去年7月启动的一个课题。这篇论文的主要内容是对大规模基因芯片的数据进行基因调控网络的预测和构建，基于贝叶斯网络方法，改进了相关的算法，并编写了一套R语言程序，通过运行这套程序进行数据分析，可以得到多个基因之间的调控关系。而按照传统的处理方法，只能得到单个基因之间的调控关系。两位学生的导师陈铭教授告诉笔者，研究多个基因之间的调控关系是当前生命科学研究的趋势和热点。
宁开达回忆起一年多来的科研经历非常感慨，她说，搞科研很辛苦，我们查阅了近百篇国内外文献，特别是外文原著了解最新进展，并启发和开拓思维，然后进行酝酿、讨论、总结，一有新的想法，马上到陈老师的实验室进行研究，编写程序，然后进行反复的调试、修改漏洞。陈铭老师说，本科生也要敢于去做前沿的科学研究，他们能发表这么高水平的论文，一方面得益于他们两人非常扎实的学科基础，另外两人在研究上也非常努力。
对于这个课题的未来，宁开达说，这个R语言程序包是一个用于科研的程序，打算无偿开放，供科学研究使用。目前已经有一所美国高校的教授和他们接触过，希望能使用这个程序包来辅助进行生物芯片研究。
据了解，浙大生命科学学院的每一位本科学生都有研究项目立项，其中70%到80%的学生为项目主持。学院鼓励本科生参与教师的科研工作，提倡教授亲自指导本科生，并向本科生开放实验室。
北大生科院****PNAS文章找到研究突破口
生物通报道：来自北京大学生命科学学院动物发育生物学的****林硕教授联合北大生科院以及著名的加州大学洛杉机分校分子细胞生物学系的研究人员共同发现了一个在脊椎动物发育过程中血管形成的关键基因，为进一步研究动物发育找到了一个新的突破口。这一研究成果公布在前天（10月25日）《美国国家科学院院刊》PNAS在线版上。
斑马鱼(zebrafish)是一种约5厘米长的脊椎动物，易饲养，可与其他品种鱼混养。一条斑马鱼能产下数百枚胚胎。这种鱼的生长速度极快，在1天中可以成长到人类胚胎1个月成长的状态。它的神经中枢系统、内脏器官、血液以及视觉系统，在分子水平上85％与人相同，尤其是心血管系统，早期发育与人类极为相似。而且由于斑马鱼的细胞标记技术、组织移植技术、突变技术、单倍体育种技术、转基因技术、基因活性抑制技术等已经成熟，且有数以千计的斑马鱼胚胎突变体，因此近年来斑马鱼已成为研究动物胚胎发育的优良材料和人类疾病起因的最佳模式生物。
在目前的脊椎动物胚胎形成学（embryogenesis）研究里，定型血管形成模式（stereotypic vascular patterning）已经发现需要临近组织的引导信号，但是有关在这个过程中的关键分子仍然属于空白区域，未得到明确说明。之前也提到斑马鱼由于心血管系统早期发育与人类极为相似，因此是研究脊椎动物血管形成的良好材料。
在这篇文章中，林教授等人对斑马鱼max-1基因进行了分子克隆、表达和功能分析——斑马鱼max-1是线虫C. elegansmax-1的同源体，后者被认为与神经元轴突动力导向有关，结果发现在早期的胚胎发育过程中，斑马鱼max-1基因会在神经元组织，表皮细胞以及发育体节等处特异表达，主要参予血管上皮细胞从腹侧轴向大血管迁移形成定型节段间血管（intersegmental blood vessels ，ISV）的过程。并且阻断斑马鱼max-1 mRNA的拼接（通过注射morpholino）将导致ISV形成异常，这一现象可以通过注射线虫或者斑马鱼max-1 mRNA得到逆转。
进一步实验表明由敲除max-1引起的ISV缺陷型也可以通过ephrinb3的过量表达，以及max-1介导ephrin proteins膜定位过程（为上皮细胞迁移提供引导信号）逆转。这些研究都说明max-1参予了ephrin上游信号途径，是在脊椎动物血管形成过程中必要的一种元素。
