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自然科学基金委关于发布“十四五”第一批重大项目之生命科学部重大项目指南

2021年生命科学部共发布7个重大项目指南,拟资助6个重大项目。项目申请的直接费用预算不得超过1500万元/项。


“单个胚层全细胞谱系图谱的绘制及其有序建立机制”重大项目指南
 
细胞谱系的有序建立是发育生物学的核心问题,包括组织器官发育过程中细胞空间位置的有序演变,以及在位置演变过程中细胞功能属性的有序变化即细胞分化。细胞谱系有序建立的某个环节出现异常往往使得功能细胞无法正常形成,导致器官功能异常、出生缺陷甚至胚胎死亡。在单细胞水平展示脊椎动物每个成熟功能细胞在发育过程中的谱系有序建立过程、进而以单细胞分辨率构建所有细胞“时间—空间位置—功能属性”三维演变有序过程的谱系图谱,是发育生物学有待实现的最重要的科学目标之一。而实现这一目标过程中需经历的里程碑式事件,就是以单细胞分辨率完成单个胚层全细胞(即所有细胞全覆盖)谱系图谱的绘制。
突破现有谱系示踪技术的局限,建立活体单细胞精确标记及实时可视化谱系示踪新技术,以此为基础完成脊椎动物单个胚层乃至整个胚胎单细胞分辨率的全细胞谱系图谱,进而推动从单细胞水平对细胞谱系有序建立机制的深入理解,将从单细胞和细胞群水平大大提高对器官发育及相关疾病的认识,是生命科学和生物医学领域的研究前沿。
一、科学目标
建立单细胞分辨率、长时间甚至永久性标记、体现细胞空间信息的活体实时可视化单细胞标记和谱系示踪技术,以脊椎动物胚胎原肠期形成的原始胚层为起点,明确原始胚层中每个前体细胞最终产生的功能细胞类型,完成单个胚层所有细胞全覆盖的单细胞分辨率谱系图谱的绘制,解析该胚层来源的重要器官发育过程中细胞群或单个细胞“时间-空间位置-功能属性”三维演变的谱系有序建立过程,揭示这种有序演变过程的调控机制。
二、研究内容
(一)活体胚胎单细胞标记与可视化谱系示踪方法的建立。
(二)单个胚层单细胞分辨率全细胞谱系图谱的绘制与解析。
(三)胚层来源的重要器官发育的细胞谱系有序建立机制。
三、申请要求
(一)要求项目申请人围绕核心科学问题,按三个研究内容设置3个课题,紧密围绕单个胚层全细胞谱系图谱的绘制及其有序建立机制”这一主题,开展深入、系统研究,课题间要有紧密和有机联系,研究内容互补,充分体现合作及材料、数据和方法的共享。
(二)申请书的附注说明选择“单个胚层全细胞谱系图谱的绘制及其有序建立机制”,申请代码1请选择C12的下属代码。



“躯体感觉神经网络的架构形成和功能动态解析”重大项目指南
 
躯体感觉系统使得人类具有了监测内外环境的能力。躯体感觉是一种混合性的感觉类别,包括痛觉、痒觉、温度觉、机械感觉等。痛觉刺激会导致即刻的逃避反应,而痒觉刺激则会诱发抓挠反应。外周感觉信息经背根节初级感觉神经元传递到脊髓投射神经元,再向上传递到丘脑、臂旁核等诸多核团,到达大脑皮层的功能区。躯体感觉下行通路的神经纤维投射到脊髓,从而调控感觉输入和控制运动反应。从躯体感觉神经节到大脑皮层,各类神经元通过突触连接形成神经环路和网络发挥功能。在外周神经系统,包括痛觉和痒觉在内的躯体感觉的细胞分子机制研究已取得了一定突破,但中枢神经系统如何辨识不同性质的刺激,特别是痛觉和痒觉刺激,并针对性地做出相应的行为反应尚不清楚。
躯体感觉神经网络的结构与功能是神经科学的一个重要研究领域。随着细胞图谱、病毒工具、环路示踪等技术和方法的发展,系统性、高精度地解构躯体感觉神经网络并揭示其功能正成为研究发展趋势,从而揭示脊髓、臂旁核、丘脑、感觉/运动皮层等躯体感觉神经网络中重要核团和脑区神经元图谱,在初级感觉神经元分类的基础上解析从脊髓最终到感觉运动皮层的多级神经环路和网络,探索躯体感觉神经环路和网络在生理和病理条件下对痛觉、痒觉等感觉的调控作用,发现痛觉和痒觉在感觉运动皮层的信息编码方式和动态功能,研究痛觉和痒觉在大脑中信息处理加工模式的异同,从而理解大脑的感知原理,为开发镇痛医药和智能技术提供理论基础。
一、科学目标
基于介导痛觉和痒觉传导通路的异同,针对关键脑区和核团,对躯体感觉神经网络的神经元组成、环路连接、信息编码方式、加工处理模式、病理改变及影响等进行研究。解析痛觉、痒觉等感知神经网络中重要脑区(脊髓、丘脑、感觉/运动皮层等)和重要核团的神经元组成和空间分布及其中影响痛觉或痒觉感知的关键分子;解析躯体感觉神经网络,精准示踪和解构脊髓、臂旁核、丘脑等核团中不同类型投射神经元的上下游神经环路连接,阐明其在痛觉、痒觉等感知中的作用异同,并揭示病理性痛或痒的环路机制;解析感觉运动皮层等重要核团和脑区在痛觉、痒觉等感知过程中的放电编码及时空特性、动态反应及功能联系,研究痛觉和痒觉在感觉运动皮层的信息编码方式和细胞分子基础,探索痛觉和痒觉信息在大脑中的加工处理模式,建立相应的感知神经网络结构和功能模型。
二、研究内容
(一)躯体感觉神经网络中重要脑区和核团的神经元组成和空间分布特征。
(二)痛觉、痒觉神经环路的精准示踪和功能解析。
(三)病理条件下痛觉或痒觉的神经环路机制。
(四)痛觉、痒觉在大脑中的信息编码方式和加工模式。
三、申请要求
(一)要求项目申请人围绕核心科学问题,按四个研究内容设置4个课题,综合运用多学科研究方法和模式系统,紧密围绕“躯体感觉神经网络的架构形成和功能动态解析”这一主题,开展深入和系统的研究,课题间要有紧密和有机的联系,研究内容互补,充分体现合作及材料、数据和方法的共享。
(二)申请书的附注说明选择“躯体感觉神经网络的架构形成和功能动态解析”,申请代码1请选择C09的下属代码。



“蝙蝠适应性演化及其病原传播机制研究”重大项目指南
 
新发传染病严重威胁人类健康及社会经济发展。60%以上新发传染病都是源自动物的人兽共患病,其中大部分与野生动物相关。翼手目动物(蝙蝠)是最重要的病原自然宿主之一,其携带的冠状病毒和丝状病毒已造成多起高致病性传染病,是当之无愧的天然病毒库。
蝙蝠之所以成为如此重要的病毒自然宿主,可能与其作为哺乳动物类群中唯一真正飞翔的动物分不开。蝙蝠演化出四肢与翼膜特化支撑的动力飞行、回声定位等适应飞翔的特征,具有冬眠等极端环境适应性状、耐受病毒等特殊免疫机能;因此,其物种多样性高、分布范围广、栖息地多样化及强适应能力,为传播病原创造了有利条件。
蝙蝠在全球广泛分布,已发现1400多种;其中在中国分布的蝙蝠有140多种,是蝙蝠物种多样性最丰富的国家之一。然而,我国对蝙蝠的生物学研究尚需深入,特别是蝙蝠系统发生与演化历史、特殊适应性性状演化的遗传发育机制、携带病毒却不发病的分子机制、与病原共演化的机制、病原传播的生态学机制等一系列重要科学问题亟须解决,支撑对人兽共患新发传染病的预防与控制。
一、科学目标
蝙蝠是携带多种人兽共患传染病病原的特殊哺乳动物类群。通过多学科交叉,全面系统研究蝙蝠的适应性演化、蝙蝠与病原适应共存及病原传播机制等重大科学问题。研究蝙蝠类群的系统发生关系与演化历史,解析特殊适应性性状演化的遗传发育机制,进而理解蝙蝠的物种多样性、分布广泛性及栖息地多样化等特征;探讨蝙蝠携带病毒但不发病的分子机理及共演化机制,进而理解蝙蝠类群作为天然病毒库的形成机制;研究蝙蝠病原传播的生态学机制,阐明蝙蝠病原传播的生态过程与驱动因素,进而寻找预防和阻断病原传播的可能生态干预途径。
二、研究内容
(一)蝙蝠类群系统发生关系与演化历史。
(二)蝙蝠适应性性状演化的遗传发育机制。
(三)蝙蝠与病原共演化和适应共存机制。
(四)蝙蝠病原传播的生态学机制。
三、申请要求
(一)要求项目申请人围绕核心科学问题,按四个研究内容设置个课题,综合运用多学科研究方法,紧密围绕“蝙蝠适应性演化及其病原传播机制研究”这一主题开展深入、系统研究,课题间要有紧密和有机的联系,研究内容互补,充分体现合作及材料、数据和方法的共享。
(二)申请书的附注说明选择“蝙蝠适应性演化及其病原传播机制研究”,申请代码1请选择C04的下属代码。


“人工林生态系统生产力提升与碳汇维持机制”重大项目指南
 
森林是陆地生态系统的主体,在生物量供给、多样性维持和减缓全球变暖中发挥着至关重要的作用。因此,森林是人类生存发展的重要基础、是生态安全的根本保障、是“碳中和”等生态文明建设的核心。我国人工林面积居世界之首,在提供木材生产的同时,其碳汇功能与潜力已成为国际碳外交的重要筹码,更是实现2060年碳中和目标的关键所在。
目前,我国人工林生态系统存在的生产力低,可持续性差,碳汇功能不确定、不稳定,且地上生物生产力与地下生态系统碳汇功能关系不明等问题已成为困扰林业生产实践的难题。因此,研究人工林生态系统生产力提升与碳汇维持机理成为破解难题的关键,也是满足国家对人工林生态系统木材战略储备与碳中和的国家重大需求。由于林木生长的长周期性、森林生态系统的复杂性、野外试验的困难性,亟需加强和开展对人工林生态系统生产力提升与碳汇功能维持机制的系统研究。
一、科学目标
以我国重要树种人工林生态系统为研究对象,明确人工林生态系统生物量积累的现实生产力提升机制,揭示人工林生态系统养分稳定与平衡的长期生产力维持与提升机制,阐明人工林生态系统碳汇形成与维持的地上-地下关联机制,协调人工林生态系统生产力与碳汇功能关系,确定人工林生态系统生产力与碳汇功能维持/提升途径与对策;为明确人工林生态系统在木材战略储备和碳中和目标实现中的作用与地位、解决人工林生态系统碳汇功能不确定性与不稳定性难题、发展人工林生态学和实现人工林生态系统高质量可持续发展提供科学依据和支撑。
二、研究内容
(一)人工林生态系统现实生产力提升机制。
(二)人工林生态系统长期生产力维持与提升机制。
(三)人工林生态系统碳汇形成与维持机制。
(四)人工林生态系统生产力与碳汇功能关系。
(五)人工林生态系统结构优化与功能提升调控机制。
三、申请要求
(一)要求项目申请人围绕核心科学问题,按五个研究内容设置5个课题,综合运用多学科研究方法,在器官-个体-林分-流域-区域的空间尺度上,紧密围绕“人工林生态系统生产力提升与碳汇维持机制”这一主题,开展深入、系统研究,课题间要有紧密和有机联系,研究内容互补,充分体现合作及研究材料、数据和方法的共享。
(二)申请书的附注说明选择“人工林生态系统生产力提升与碳汇维持机制”,申请代码1请选择C03的下属代码。


“作物免疫受体网络解析及重构”重大项目指南
 
作物病虫害严重威胁着我国粮食安全、食品安全和生态安全。利用免疫受体基因改良植物的抗性是病虫害绿色防控的有效手段。植物免疫系统高度复杂,特别是大田农作物经过长期驯化,其免疫系统更加复杂。如免疫受体的激活机制与信号网络等仍不清楚,严重制约了植物免疫理论与前沿技术在作物病虫害绿色防控中的应用。我国作物抗病资源利用中存在抗性退化、广谱与持久抗性资源缺乏等严重问题。因此,挖掘新的作物免疫受体基因,深入解析免疫受体的激活和作用机制,精准设计具有广谱抗性的新型作物免疫受体,将有助于推动作物广谱持久抗病育种工作。也是农业科学急需发展的前沿领域。
一、科学目标
利用我国丰富的植物种质资源,以1-2种重要农作物为研究对象,开展免疫受体泛基因组学研究,建立高效免疫受体挖掘体系,并获得大批具有应用前景的新型免疫受体基因,克服抗病育种工作中抗病基因挖掘的瓶颈问题。解析不同免疫受体的激活和信号传递网络,重绘植物免疫系统架构,实现植物免疫学领域重大理论创新。精准设计具有广谱抗性且不影响其他重要农艺性状的免疫受体,为集成不同类型免疫受体的抗病分子设计育种提供理论支撑。
二、研究内容
(一)作物免疫受体高通量鉴定与功能解析。
(二)作物免疫受体多层次信号调控网络。
(三)不同类型作物免疫受体的协同调控机制。
(四)广谱抗性的新型作物免疫受体的分子设计。
三、申请要求
(一)要求项目申请人围绕核心科学问题,按四个研究内容设置4个课题,综合运用多学科研究方法,紧密围绕作物免疫受体作用网络解析与重构这一主题,以1-2种重要农作物为研究对象,开展深入、系统研究,课题间要有紧密和有机联系,研究内容互补,充分体现合作及材料、数据和方法的共享。
(二)申请书的附注说明选择“作物免疫受体网络解析及重构”,申请代码1请选择C14的下属代码。


“具有潜在流行风险的动物源性人兽共患病毒病发生与跨种机制”重大项目指南
 
重大突发动物源性人兽共患病对人类健康造成严重危害,重创畜牧养殖业,严重影响经济安全与社会秩序。动物源性流感病毒、冠状病毒等变异迅速,不断发生跨种感染,通过呼吸道传播形成人间流行,对此类具有潜在流行风险的动物源性病毒的前瞻性研究意义重大。家畜家禽是动物源性病毒感染人类的重要中间环节,是预警具有潜在流行风险的动物源性人兽共患病毒病的关键监测对象。因此,通过多学科交叉合作,深入解析畜禽中具有潜在流行风险人兽共患病毒的生物学特性与跨种传播机制,进行动物源性人兽共患病发生的风险预警,开展疫苗和药物研发的储备性研究,阻断病毒种间传播,为保障人民健康与公共卫生安全、促进养殖业健康发展提供科学支撑。
一、科学目标
选择2-3种家畜家禽中流行、并具有引起人间潜在传播风险的人兽共患病毒,系统掌握病毒流行本底和生物学特性,解析病毒蛋白结构与功能的改变影响跨种感染的分子基础,揭示病毒致病与跨种传播机制,阐明病毒感染的免疫应答机理,实现潜在流行性疫病干预与控制的理论突破。
二、研究内容
(一)潜在流行风险动物源性人兽共患病毒流行本底研究。
(二)潜在流行风险动物源性人兽共患病毒关键蛋白结构与功能研究。
(三)潜在流行风险动物源性人兽共患病毒致病及跨种传播机制。
(四)潜在流行风险动物源性人兽共患病毒种间传播的干预阻断技术。
三、申请要求
(一)要求项目申请人围绕核心科学问题,按四个研究内容设置4个课题,综合运用多学科研究方法和模式系统,紧密围绕“具有潜在流行风险的动物源性人兽共患病毒病发生与跨种机制”这一主题,开展深入、系统研究,课题间要有紧密和有机联系,研究内容互补,充分体现合作及材料、数据和方法的共享。
(二)申请书的附注说明选择“具有潜在流行风险的动物源性人兽共患病毒病发生与跨种机制”,申请代码1请选择C18的下属代码。


“草原生产力形成与调控机制”重大项目指南
 
我国拥有4亿公顷草原,约占国土面积的41.7%,草原在生态文明建设中具有举足轻重的地位。我国草原主要分布于干旱、半干旱以及高寒等生态脆弱区,由于长期超载过牧,90%左右的草原发生了不同程度的退化,突出表现为草原生产力下降。因此,如何提高草原生产力并调控其生态与生产功能协同是新时期的重大科技需求。
草原生产力提升及其与生态功能的协同涉及生态系统的多层次和多维度问题。草原优势植物的光合潜力、耐牧性及群落构建机制,植物-土壤微生物、植物-动物互作机制,以及第一性生产力与第二性生产力和碳汇的权衡与协同机制是当前草原科学的研究前沿和核心科学问题,是提升草原生产力和生态功能的重要科学基础。
一、科学目标
选择中国北方草原的代表性类型与气候区3-5个,构建全国草地放牧系统研究网络,针对“草原生产力形成与调控机制”这一关键科学问题,揭示草原植物生产与动物生产形成的生物调控网络及内在关系,阐明长期放牧和气候波动对草原生产力和生态功能的影响途径、协同和调控机制,为国家生态文明建设重大战略需求提供科学依据和支撑。
二、研究内容
(一)草原优势植物功能性状与群落生产力形成机制。
(二)过牧退化草原生产力提升的植物-土壤互作机制。
(三)草原生产力与稳定性长期维持的动物-植物互作机制。
(四)草原生产力和碳汇功能的协同与调控机制。
三、申请要求
(一)要求项目申请人围绕核心科学问题,按四个研究内容设置4个课题,综合运用多学科研究方法,依托野外长期联网实验平台,结合室内模拟和分析,紧密围绕“草原生产力形成与调控机制”这一主题,开展深入、系统的研究,课题间要有紧密和有机联系,研究内容互补,充分体现合作及研究材料、数据和方法的共享。
(二)申请书的附注说明选择“草原生产力形成与调控机制”,申请代码1请选择C16的下属代码。


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