生命科学学院学科建设总体规划.doc

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1、 生命科学学院学科建设总体规划（20132020年）2013年10月8日生命科学学院学科建设总体规划（2013-2020年）一、学院学科现状（一）学院学科概况生命科学学院是由原西北农业大学基础课部、西北林学院基础课部、陕西省中国科学院西北植物研究所（部分）等单位1999年合并组建，学科已有近八十年的发展历史。在学科发展初期，包括林容院士、石声汉教授、闻洪汉教授、刘慎谔教授等在内的老一辈科学家为学科的建设和发展做出了突出贡献，随后王韶唐、汪沛宏、荆家海、郭蔼光等一批知名学者刻苦攻关，进一步夯实了学科发展的基础。上世纪九十年代，学科人才流失严重，中青年科研人才梯队出现严重断层，学科整体的发展相对缓

2、慢。近年来随着人才强校战略的实施和生命科学学院学科布局的日趋完善，依托学院建设的学科进入了快速发展期，呈现出良好的发展态势。2012年全国学科评估中，生物学学科在参评的100个单位中，学科整体水平排在第16位，在陕西省参评高校中位列第1。1.现有学科生命科学学院拥有生物学一级学科博士学位授权点和生物学一级学科博士后流动站，拥有6个生物学二级学科博、硕士授权点和一个中药学一级学科硕士点。6个生物学二级学科分别为植物学、微生物学、生物化学与分子生物学、遗传学、细胞生物学和生物信息学，其中植物学和生物化学与分子生物学是陕西省重点学科。学院现有生物科学、生物技术和生物工程3个本科专业，其中生物技术和生

3、物工程专业为国家特色专业和陕西省名牌专业。学院在校博士、硕士研究生600余名，本科生近1500名。2.学科队伍学院现有专任教师144名，其中教授34名，副教授45名，讲师65名。实验研究员1人，高级实验师9人。具有博士学位者占专任教师的70.82，具有国外研修经历的教师63人，占专任教师的43.75%。现有国家“千人计划”入选者1人，国家杰出青年基金获得者1人，全国百篇优秀博士学位论文获得者1人，教育部“新世纪优秀人才支持计划”入选者8人，陕西省“百人计划”入选者1人，学校“特聘教授”2人。3.学科平台条件学院发展初期教学科研的软、硬件条件较差，教学与科研实验室分散，难以形成团队和集体优势，严

4、重影响了办学与科研水平的提高。随着理科大楼的建成与生命学院整体搬迁工作的完成，学院教学科研条件得到了明显改善。学院目前设有生物科学系、生物化学与分子生物学系、微生物与生物工程系、植物研究所和生物学实验教学中心等5个教学科研单元，涵盖12个教学研究室和5个教学实验室。拥有旱区作物逆境生物学国家重点实验室（第二研究方向）、陕西省中药材GAP认证咨询中心、陕西省指纹图谱与天然产物研究中心以及西北农林科技大学微生物研究中心和生物信息研究中心等研究基地。此外，在学院的大力推动下，以教授科研实验室为基本单元的科研团队逐渐形成，实验室布局与科研条件得到了进一步的改善，有效地支撑了学科的快速发展。4.科研项目

5、与成果近年来，学院科研项目与研究成果迅速增加，在获批国家自然科学基金和SCI论文发表等方面连续数年处于学校前列。近五年学院共承担国家级科研项目70余项，包括国家863计划项目1项，国家林业局林业公益性行业重大专项1项，国家转基因专项重点课题1项，国家自然科学基金项目65项，省部级科研项目32项，总到位经费5000余万元。获省部级科技成果奖11项，国家发明专利20项，主编、副主编教材39部，发表学术论文600余篇，其中SCI论文150余篇，论文总体质量显著提高。（二）特色与优势生物学学科为学院的主体学科。生物学学科主要以植物和微生物为研究对象，综合利用分类学、生物化学、分子生物学、遗传学、细胞生

6、物学、生物信息学等研究技术和手段，在以下六个方面形成了一定的学科特色与优势。1.植物传统分类学研究植物分类学是植物学科中最古老和最具综合性的分支学科之一。继承西北植物研究所在植物传统分类学领域长期研究形成的优势与特色，近年来植物学科在区域植物分类、类群分布及区系进化等方面做了大量工作，获得了一系列重要进展。主要体现在：（1）依托西部特别是秦巴山区丰富的植物资源，选取我国和东亚特有的或集中分布于该地区的重要科、属（如豆科、铁线蕨属）植物为研究对象，从分子、细胞、个体、群体等不同层次开展了植物类群经典分类、形态解剖及系统发育研究，初步揭示并明确了这些植物类群物种划分的依据、亲缘关系和时空演化特点及

7、其生物与非生物成因。（2）开展了被子植物性状进化研究，选择东亚特有科属如毛茛科的星果草属和尾囊草属，对其特有的花器官发生和发育进行了深入研究，初步揭示被子植物花部式样的演化规律、系统进化及其分子调控机制。（3）收集并建立了总量达70万份的植物标本，拥有全国高校中标本保存数量最多的植物标本馆，该标本馆在西北地区植物分类学和区系地理学研究、植物志编研等领域具有明显的优势；同时开展了植物标本数字化建设，目前已实现了近半数标本的数字化及网络共享。该研究领域近五年获国家自然科学基金7项，发表SCI论文14篇，主编教材6部。主编或参编了中国西北植物调查所丛刊、中国植物志、秦岭植物志、黄土高原植物志、Flo

8、ra of China、中国滩羊区植物志、中国地衣植物图鉴、华北植物区系地理等著作40余部。其中参与编撰的中国植物志荣获2009年国家自然科学奖一等奖，编写出版的秦岭植物志、黄土高原植物志、中国滩羊区植物志等专著，为黄土高原和秦巴山区植物资源研究和利用奠定了基础，在西北地区植物学研究中占有重要的学术地位。2.药用植物资源与次生代谢调控机制研究中药及药用植物的开发利用是当前植物学研究的热点领域。该领域研究已从原来单一地注重栽培与产量，转向对药用植物生产规范及生长发育与次生代谢调控机制的深度解析。近年来，学院在药用植物次生代谢物合成积累规律、药用植物种质资源与良种选育、药用植物成分分析与提纯技术、

9、中药材规范化栽培理论与技术、中药材质量控制等方面取得了许多重要成果，在国内外产生了广泛的影响。（1）药用植物资源多样性及良种培育：对全国各地的板蓝根、丹参、玄参的种质资源进行了遗传多样性研究，建立了相关DNA指纹图谱库，选育并获得了世界第一个丹参雄性不育系，审定了两个丹参新品种。（2）药用植物次生代谢及有效成分积累机制研究：系统研究了杜仲、丹参、菘蓝等药用植物次生代谢物时空、部位、个体、地域累积的差异性，阐明了丹参和藏丹参代谢调控相关基因的表达差异，初步研究了茉莉酸信号参与丹参酮代谢的分子调控机制，揭示了次生代谢物合成积累与生长、物候期、生态环境等因素的耦合关系；同时，建立了280种药用植物化

10、学成分库，形成了300种植物提取物和单体成分的提取工艺和技术参数。（3）药用植物规范化栽培理论体系与生产基地建设：制订了杜仲、丹参、天麻、猪苓、板蓝根等10余种药用植物规范化栽培的质量控制标准，在丹参、天麻、绞股蓝等14种中药的规范化生产技术体系研究方面取得了突破，建立了这些中药材从采收、加工、仓储、包装到运输等各个环节的质量标准，为企业实现中药材的品牌化提供了重要的技术支持；顺利完成了商洛丹参、略阳天麻基地的国家GAP（中药材生产质量管理规范）认证，建立了气候、微环境对丹参药材质量影响的数据库模型，形成专家系统，实现了对药材生长与形态建成的实时监控，为中药规范化生产和质量监控的推广示范奠定了

11、良好基础，研究成果在推动陕南山区经济发展中发挥了重要作用，产生了显著的经济效益。该研究领域近五年获国家自然科学基金10项，国家林业局林业公益性行业重大专项、国家“十一五”科技支撑计划、中国科学院重要方向项目等6项，获陕西省科技进步二等奖（2008）、陕西省农业技术推广二等奖（2012年）各1项。出版专著4部，教材6部，发表SCI论文50余篇。3.植物抗性与水分生理生态研究植物逆境分子生理机制与调控研究是当前植物学领域的热点方向与重大前沿。学院立足西部干旱与半干旱地区重要农作物及丰富抗逆种质资源，对小麦、玉米等作物非生物胁迫响应的分子生理及其调控机制进行了深入研究，在植物水分代谢的生理生态机理、

12、植物抗旱抗盐碱等关键基因克隆与功能分析、植物光合机构逆境适应特征与发育等方面形成了鲜明的研究特色，取得了一系列重要进展。主要体现在以下几个方面：（1）旱区植物水分与抗旱生理生态研究：利用黄土高原退耕还林还草主要优势物种以及小麦、玉米等旱区作物，进行植物耗水量、需水规律及水分、养分调控与分布机理的研究，对植物逆境（抗旱、抗盐碱）适应机制和植物与环境之间的相互作用（植物与CO2浓度升高、氮素沉降）进行了广泛研究，为旱区作物栽培与水分、养分的高效利用提供了重要科学参考。（2）小麦、玉米等主要作物优质抗逆相关基因的克隆及功能研究：立足西北旱区农业生产，长期开展小麦、玉米等重要农作物抗逆尤其是抗旱相关关

13、键基因的克隆、种质创制及其逆境信号转导机制的研究，形成了成熟的小麦、玉米、水稻、油菜等作物功能基因克隆和转基因验证体系，完成了多个小麦品质、穗及籽粒发育相关基因的分离和鉴定。（3）逆境相关重要功能性状与机构组装关键基因的功能及逆境信号响应机制研究：利用模式植物拟南芥、二穗短柄草以及水稻等材料，大规模创制植物突变体库，通过正向或反向遗传学的手段，进行了特异性状突变控制基因的精细定位与克隆，对拟南芥叶片形态发生调控基因功能与叶绿体发育的分子机理以及水稻卷叶、窄叶、大秆等农艺性状控制基因的功能进行了深度解析与研究，采用酵母双杂与BiFC等技术研究了CDPK、RPK等激酶蛋白互作机制及相关信号转导机制

14、，取得了一系列重要进展，克隆抗逆相关基因100多个，真核生物启动子20余个，建立了基因克隆、基因表达、产物纯化、抗体制备等技术平台；研究获得了小麦优质、高产等性状相关的分子标记，建立了不同细胞质类型油菜细胞质雄性不育系的特异分子标记，并已将这些标记用于育种的辅助筛选。该研究领域近五年获国家自然科学基金15项，国家转基因专项重点课题、教育部“新世纪优秀人才支持计划”等项目5项，发表SCI论文60余篇。 4.农业微生物多样性及其与环境关系研究本领域针对当前农业生境污染的严峻现实开展了农业微生物资源多样性以及微生物与重金属和难降解有机物等污染环境的相互关系研究，取得了一系列重要进展：（1）根瘤菌资源

15、多样性研究：系统开展了旱区豆科植物根瘤内生细菌的资源挖掘和多样性分析，完善了盐碱、重金属污染土壤等极端生境根瘤菌分离培养技术，建立了西北地区根瘤菌资源库（CCNW），保藏菌株5000多株，是国际上收集干旱地区根瘤菌数量最多、宿主植物种类最丰富的具有区域特色的根瘤菌资源库，发现并命名10个根瘤菌新种，约占国际根瘤菌已知种数的十分之一，对国际根瘤菌分类系统的发展有重要意义；在根瘤及根际土壤中还发现并命名了一系列其它原核微生物新种；创新性提出了根瘤菌共生固氮基因的水平转移与豆科植物入侵的生态适应性机制。（2）农业微生物抗性及其污染修复机理研究：从重金属污染土壤的豆科植物根瘤中分离获得大量根瘤菌和土壤

16、杆菌，并对其中高效抗性菌株进行了系统的抗性机理研究，揭示了抗性菌株对多种重金属离子的吸附模式，克隆了一系列抗重金属相关基因，并通过盆栽实验揭示了根瘤菌对宿主生长的促进作用和对重金属吸收能力的提高，为植物-微生物联合修复重金属污染土壤奠定了基础。（3）土壤微生物有机污染物降解机制研究：揭示了土壤细菌对芳烃类有机污染物的降解机理，在国际上首次系统阐明了谷氨酸棒杆菌多样化的芳香化合物降解能力，利用基因组分析、基因敲除、遗传互补、酶活分析等手段系统鉴定了其芳香化合物代谢网络，证实谷氨酸棒杆菌是目前发现的芳香化合物开环途径最多样化的细菌之一，并首次鉴定了一条MSH依赖的龙胆酸代谢新途径。相关研究结果发表

17、在Environmental Microbiology、Applied and Environmental Microbiology、Applied Microbiology and Biotechnology、Bioresource Technology、Journal of Hazardous Materials、FEMS Microbiology Ecology和Syst Appl Microbiol等微生物及环境科学领域的重要国际刊物，形成了一定的研究特色，其中根瘤菌豆科植物共生体系对重金属污染的生物修复机制、细菌VI型分泌系统的抗环境胁迫功能研究处于国际领先水平。该研究领域近五年获批

18、国家杰出青年科学基金1项、国家863计划现代农业领域主题项目1项、国家自然科学基金20项、国际合作项目1项。发表论文200余篇，其中SCI收录60余篇，影响因子大于3.0的18篇。5.蛋白质功能与酶学机制研究蛋白质功能与酶学机制的研究是生物学基础学科最重要、最热门的研究领域之一。近年来随着学校人才强校战略的实施，国家“千人计划”奚绪光教授研究团队的组建，我校生物大分子结构与功能研究的平台已具雏形，在蛋白质功能与酶学机制方面开展了一系列卓有成效的研究工作，有效地支撑了相关基础学科的发展和研究水平的提高。（1）蛋白翻译后修饰及降解机制研究：研究了PML蛋白的SUMO化修饰及其在PML-NBs组装和

19、功能发挥中的作用，发现不同SUMO蛋白对PML修饰及PML-NBs组装与功能发挥的作用机制不同；发现萜类化合物雷公藤甲素能够抑制细胞中的SUMO特异蛋白酶SENP1的异常高表达，恢复细胞中SUMO化和去SUMO化修饰的平衡。（2）苦荞次生代谢酶基因克隆及其功能性蛋白研究：进行了苦荞种子芦丁降解酶的基因沉默及其对次生代谢物累积的调控机制和非水酶学催化特征的研究，发现芦丁降解酶是苦荞籽粒芦丁累积的关键酶，创新性地建立了芦丁降解酶的检测分析体系。（3）生物大分子结构及功能研究：围绕蛋白质结构与功能关系，结合高通量结晶技术，阐明了生物大分子异构调节的分子机理，补充了国际异构调节模型小分子传递的途径及机

20、制，率先在国际上开展了端粒酶、解旋酶结构及功能的研究，成功运用单分子技术揭示解旋酶与DNA相互反应的新特性，发现G4解旋酶能够特异的结合并解旋G4结构，从而促进基因的转录表达。该研究领域近五年获批自然科学基金7项，陕西省“百人计划”项目1项，国家重大科学仪器设备开发专项1项。发表SCI论文10余篇，其中影响因子大于3.0的6篇，大于5.0的2篇。6.生物基因组信息分析与分子设计生物信息学是当今生命科学和自然科学的重大前沿交叉学科，在提升基础研究深度、广度及水平方面作用突出。我院生物信息学研究虽然起步较晚，但在农林院校以及整个西北高校中已取得较好的成绩，在分子进化基础研究、公用生物数据库深度挖掘

21、、整理、分析及计算系统生物学和计算机辅助药物设计等方面上形成了明显的特色，在国内外有一定的影响。（1）生物分子进化与系统发育分析：基于生物数据库信息挖掘，进行了基因功能顺式元件序列特征分析与预测、mRNA二级结构功能分析及其对翻译调控影响等研究，较为系统地分析了基因组结构进化、基因与蛋白质网络进化及分子系统发育，开发了新的介观随机模拟理论和算法以及含时代谢控制理论，并将上述理论和方法应用于P450 代谢通路以及miRNA、MAPK等基因调控网络的模拟与分析。（2）计算机辅助药物开发与设计：开发了可用于药物ADME预测和筛选的多个模型以及3D-QSAR 或2D-QSAR药物虚拟筛选和理性设计的模

22、型。相关研究发表在MolecularBiologyandEvolution、Nucleic Acids Research等国际知名刊物。目前在该领域形成的方法、取得的成果及建立的平台，已经对传统学科的发展起到了重要的支撑作用。该研究领域近五年获批国家自然科学基金5项，发表SCI研究论文50余篇，影响因子大于3.0的20余篇、大于5.0的6篇，出版教材1部。（三）学科发展的瓶颈尽管在2012年全国学科评估中，我校生物学学科在参评的100个单位中，学科整体水平排在第16位（与吉林大学、东北师范大学、华东师范大学、南京农业大学、华中科技大学、云南大学、兰州大学等七所院校并列），在陕西省参评高校中位列

23、第1，但是，从反应学科质量的核心指标上来看，与国内兄弟院校尚存在较大差距。从一级指标来看，我校生物学学科“人才培养质量”相对较强（并列第15位），“科学研究水平”相对较弱（第28位）；学科声誉位次（第26位）低于学科整体水平位次。从二级指标来看，位次高于学科整体水平的有“专职教师数”（并列第1位）、“授予学位数”（并列第1位）、“学生国际交流情况”（并列第3位）、“专利转化”（并列第11位）等。位次低于学科整体水平的有“科研项目情况”（第67位）、“科研获奖”（第40位）、“教学与教材质量”（第33位）、“优秀学生”（第33位）、“专家团队情况”（并列第32位）、“重点学科与重点实验室”（第2

24、4位）、“学位论文质量”（并列第21位）、“代表性学位论文质量”（第19位）等。我校生物学科各二级指标的发展情况极不平衡，指标均衡性远低于全国平均水平，反映学科实力与影响力的核心指标排名比较靠后。我校生物学学科的差距与不足具体表现在以下几个方面：1.领军人才短缺，学术团队不健全生命科学学院尽管教师队伍规模庞大，但学科梯队不尽合理，学术团队不健全，缺乏活跃在国际学术前沿和国家重大战略需求领域的高层次创新领军人才。中国农业大学生物学院现有教职工167名，其中院士4名，长江学者特聘教授6名，讲座教授4名，国家杰出青年基金获得者10名；华中农业大学生命科学技术学院现有教职工120人，其中院士1人，长江

25、学者特聘教授4名，讲座教授3名，国家杰出青年基金获得者6名。而我校生命学院现有教职工208名，在院士和长江学者特聘教授上尚无突破，仅有国家杰出青年基金获得者1人，国家“千人计划”1人，与中国农大和华中农大在学科领军人才上存在极其明显的差距。表1 与中国农大和华中农大学科队伍比较学校名称教职工数院士长江学者特聘教授/讲座教授杰青千人中农16746+4100华农12014+361+2西农20800112.国家级重点学科及科研基地缺乏包括国家重点学科、国家重点实验室在内的软硬件条件对学科发展及学术影响力的提高极为重要，然而我院在这方面还十分欠缺，尚没有依托学院建设的国家级重点学科和国家重点实验室，没

26、有省部级重点实验室，因此支撑学科发展的软硬件条件相对薄弱，缺乏与建设国内一流学科相配套的硬件支撑条件，与兄弟院校存在明显差距。 中国农业大学有植物学、微生物学、生物化学与分子生物学3个国家重点学科，拥有2 个国家重点实验室（农业生物技术国家重点实验室、植物生理学与生物化学国家重点实验室）、1个农业微生物资源及其应用农业部重点开放实验室。华中农业大学有微生物学、生物化学与分子生物学2个国家重点学科，拥有2 个国家重点实验室（作物遗传改良国家重点实验室、农业微生物学国家重点实验室）和6个国家级（国家农作物分子技术育种中心、国家植物基因研究中心（武汉）、微生物农药国家工程研究中心等）、省部级研究中心

27、。然而，我校生物学学科仅有植物学和生物化学与分子生物学2个陕西省重点学科及旱区作物逆境生物学国家重点实验室第二研究方向的部分研究力量。缺乏重要学科基地和高水平学科平台，已成为我校生物学学科发展的瓶颈。3.科研实力较为单薄，缺少标志性成果如上所述，尽管我院在生物学研究领域取得了一定的进展，已具备较为扎实的研究基础和颇具潜力的学科队伍，但目前在国际和国内生物学领域的学术话语权较弱，解决国家重大理论和实践问题的能力偏低，尚缺乏突破性和有重大影响力的标志性成果。中国农业大学生物学学科在国际权威学术期刊如Cell、Nature、Science、 PNAS和Plant Cell等均有多篇有影响力的研究成果

28、发表，获国家自然科学奖（二等奖1项）、国家科技进步奖（二等奖1项）、国家科技发明奖（二等奖2项）等多项国家奖；华中农业大学生物学学科发表影响因子大于5.0的论文16篇，大于9.0的论文8篇，单篇最高影响因子为36.37，其中在Nature Genetics、PNAS、Plant Cell等生物学权威杂志发表论文10篇，获国家科技进步二等奖1项。我校生物学学科近年来在发表SCI论文的数量上有较大提高，质量也有所有提升，以第一署名单位分别在MolecularBiologyandEvolution （IF=9.85）和Nucleic Acids Research （IF=8.01）有论文发表，但是在

29、本领域国际权威学术期刊上尚无论文发表，也没有实现国家三大奖项的突破。表2 与中国农大和华中农大科研成果比较学校名称国家自然科学国家科技进步国家科学技术发明奖标志性论文（第一署名单位）中农二等奖1二等奖1二等奖2Cell，Nature，Science，Plant Cell和PNAS华农0二等奖1二等奖1IF大于5.0的16篇，大于9.0的论文8篇，单篇最高影响因子36.37西农000MolecularBiologyandEvolution (9.85)Nucleic Acids Research (8.01)4.本科招生规模偏大，人才培养质量有待提升我校生物学学科人才培养质量与“985”院校要求

30、的一流水平存在一定的差距。由于历史原因，我院生物科学、生物技术和生物工程三个本科专业年招生达到每年360人的规模，在师资力量和硬件条件限制下，使得学生培养质量层次不齐。另外，由于学校地处较为偏僻，研究生生源质量欠佳，导师队伍整体水平不高，极大地影响了研究生培养质量的提升，在高水平论文发表、百篇优博获批等显示人才培养质量的标志性指标方面与全国一流学科存在显著差距，人才培养质量有待提高。二、学院学科面临发展趋势及需求分析（一）国家需求分析全球气候变化、人口持续增长和可利用耕地日趋减少，是目前人类面临的最重大环境与安全问题。有效保障粮食供给，协调经济发展与环境保护的关系，促进人与自然的和谐相处及可持

31、续发展，已成为我国乃至全球农业发展面临的主要课题。近年来，我国干旱、盐渍和极端温度等非生物胁迫发生频仍，土壤及环境污染持续加重，资源开发利用与生态保护矛盾突出，要求我们在生物学基础研究领域取得一系列重大突破，以有效解决当前存在的诸多问题，推动我国农业及环境的持续健康发展。研究表明，干旱等非生物胁迫是导致全球农业减产的最重要因素之一，每年世界主要农作物产量损失的50%与非生物胁迫有关，因此植物响应非生物胁迫机制的研究已成为国际生物学研究中最重要、最活跃的领域之一。我国地域辽阔，环境与气候变化的区域性特征明显。西北地区受干旱少雨气候影响，植被稀少，生态环境脆弱，水土流失严重，致使农作物常年遭受干旱

32、等环境因素的影响，加之近些年来农药、化肥等生产要素的大量使用以及工业污染范围的扩大，加速了西北旱区土壤和生态环境恶化的进程，农业发展与资源环境之间的矛盾极为突出，严重威胁我国粮食生产安全和生态环境保护。因此，立足西北地区农业与环境发展现状，结合当前国际国内生物学学科发展趋势与前沿，深入进行植物（作物）非生物逆境响应机制、农业与环境微生物互作关系及植物资源多样性等方面的重要基础和应用基础研究，具有重大的理论和现实意义，可为我国尤其是西北地区农业生产可持续发展和生态环境安全提供强大的科学与技术支撑，是西北地区乃至国家的重大战略需要之一。（二）学科前沿分析1.植物资源与系统进化领域随着全球人口增长和

33、自然环境日趋严酷，国际上对自然资源的争夺十分激烈。植物资源作为重要的自然资源，是维护国家粮食安全和生态和谐，实现社会可持续发展的重要战略基础。历史上中国独有植物资源，在现代农业发展中发挥了重要作用。如世界水稻生产两次大的飞跃（引发“绿色革命”的矮秆水稻的培育和杂交水稻的育成），就是基于对中国野生水稻种质资源的开发与利用。我国有众多的植物资源，其中很多类群具有重要的经济价值、药用价值、科研价值和战略意义。然而我国在生物多样性及基因资源研究方面的相对滞后与不足，使得特有植物资源大量流失。国外利用中国特有资源研发新品种和注册新资源、新基因以及控制我国经济植物产业源头品种的局面日趋严重。例如，世界上9

34、0%的野生大豆资源原产于我国，但西方国家利用我国的野生大豆资源，研究发展了与控制大豆产量、品质、抗病等性状密切相关的标记基因，向全球100多个国家申请了几十项专利保护。作为世界上植物物种资源最丰富的国家之一，加强植物原始遗传资源的研究，重视珍稀濒危植物、天然药物、农林及畜牧业、环境保护产业发展所需的战略植物资源的保护、快速繁殖、育种改良、天然产物提取分离、功能基因和功能分子的发掘，将有助于我国实现从植物资源大国向植物资源研发强国的历史性转变。因此，植物资源多样性、类群进化及其遗传与环境成因研究，是当前植物学研究的重要前沿领域。此外，植物资源的研究越来越注重在分子、细胞、组织、器官、个体、群体及

35、环境等多层次上的整合研究，为植物系统发育和进化研究注入了新的活力与内容。例如，最近发展起来的，被称为生物学“第三次革命”的进化发育生物学（Evo-Devo），将发育和进化在遗传基础上统一了起来，为宏观阐明生物进化开辟了新视野，使宏观进化和微观进化、形态进化和分子进化有了一个全新的解决途径，已成为21世纪一个新的生命科学生长点。近年来，有关植物分子系统学和分子进化方面的研究成果纷纷在国际权威学术期刊如Plant Cell、Nature Review Genetics等上表。2.植物非生物逆境响应机制领域干旱、盐渍等非生物逆境胁迫严重影响全球粮食安全，阐明植物非生物逆境响应机制是当前国际国内亟待解

36、决的重大科学问题。随着科学技术的不断进步和发展，尤其是新一代高通量组学技术的出现，使得植物抗逆机制的研究从最初的形态和生理生态描述转向对植物抗逆细胞分子基础的深度解析，植物逆境功能基因发掘、逆境信号转导及抗逆种质的分子创制等研究领域已成为当前植物逆境生物学领域的研究重点。（1）植物抗逆基因克隆与功能研究。植物抗逆基因资源的挖掘主要包括野生抗逆基因资源的发掘和作物胁迫响应基因的鉴定两条途径。野生抗逆基因资源的挖掘主要是通过同源克隆的方式从野生高抗逆植物或微生物中克隆相关抗逆基因，在功能分析的基础上用于农作物抗逆性状的改良。胁迫响应基因的鉴定主要是利用模式植物拟南芥、二穗短柄草、水稻等，通过优化遗

37、传筛选设计和全基因组饱和诱变，获得植物非生物逆境响应相关性状突变体，进而克隆并解析突变基因功能，通过正向和/或反向遗传学的手段，揭示植物对非生物逆境的响应机制。（2）建立在高通量组学技术及新一代基因敲除手段基础上的抗逆机制及基因功能分析。例如，通过新一代高通量组学技术及高效CRISPR-Cas系统对相关基因或QTL进行定点基因组编辑，可快速解析相关抗逆基因的功能。采用转录组测序等组学手段，着重鉴定控制、决定逆境耐受能力的基因资源，挖掘控制作物耐逆能力的SNP，可获得具有自主知识产权的新基因，可望解决小麦、玉米等复杂物种基因拷贝数多、功能冗余且无相关T-DNA插入突变体库的瓶颈限制。（3）植物逆

38、境信号转导机制及其与重要激素如ABA、BR、JA等信号关系的研究。深度解析ABA、JA和BR等激素参与调控基因表达与抗逆的新机制，特别是它们通过开启逆境应答上游基因如跨膜激酶和NAC、WRKY等转录因子的表达以有效响应逆境胁迫的机制，对阐明作物抗非生物逆境的分子机制并进行相关优异种质的创制，具有具重要的理论与现实意义，是当前植物学研究最活跃的领域，大量研究成果发表在Nature、Science、Plant Cell等顶级杂志上。（4）植物功能器官发育与逆境响应机制研究。针对非生物逆境响应相关功能器官或结构，综合利用分子遗传学、分子生物学、细胞生物学等手段，系统研究这些器官结构的发育调控与逆境适

39、应机制，也是当前国际植物科学研究的热点。以植物水分代谢和气体交换的重要结构气孔为例，近十余年的研究确立了从小分子量分泌信号蛋白经由质膜受体蛋白到下游磷酸激酶介导的比较完善的气孔发育途径，相关研究结果近年来在Cell、Nature和Science等杂志上有多篇报道。这些研究成果一方面为植物非生物逆境响应研究建立了坚实的细胞和分子基础，另一方面这些基础性研究也为抗逆种质的创制提供了潜在的靶标基因。围绕其他逆境响应相关的器官和结构如植物根系和叶绿体的发育调控途径也取得了重要进展。此外，逆境条件下的植物细胞壁信号传导也已逐步成为国际研究热点。2004年Science发表的Somerville研究组的文

40、章表明，植物细胞壁的生化代谢合成对植物形态学中的许多特性和特征起着中心调控作用，对外界环境胁迫的有机反应以及生长发育等过程也起着重要的调节作用。植物细胞壁也是地球上产量最大的生物质能源物质。探明植物细胞壁生物合成的分子机理，不仅在植物抗逆等生物科学基础理论研究中有着极其重要的意义，同时对农业应用基础研究和生物产品开发利用等意义非凡。3.药用植物次生代谢与调控机制领域植物次生代谢物及其合成途径研究是植物科学的一个重要领域。药用植物及其活性成分是传统药物特别是草药的主体，也是现代新药、新先导化合物的重要来源。开展植物次生代谢与调控机制的研究不仅具有重要基础理论意义，同时也是中药现代化及其国际竞争力

41、提升的关键与必由之路。本领域的研究涵盖基础、应用基础和应用研究，具有广阔的科学意义和应用价值。（1）中药现代化是未来中药发展的必然和前瞻性选择。作为以道地药材为代表的我国传统中药材产业，面临国内标准提升和参与国际竞争的双重压力，因此详细地观察和研究道地药材的生长发育、有效成分的消长规律或药材中各种成分的动态积累，是提升中药产业水平、规范中药生产的基础性工作。与此同时中药规范化的栽培和质量监控已成为中药生产行业的迫切需求。美国FDA申请要求药品生产必须全程符合GMP规范，因此从中药生产上实现规范化道地药材的种植是我国中药进入国际市场的基础条件。如复方丹参滴丸是我国第一个通过美国FDA的IND审查

42、的中药复方制剂品种，实现了现代中药制剂安全、有效、可控，其重要的基础就是药材生产的规范化。（2）药用植物次生代谢产物的生物合成步骤多，合成体系复杂，解析不同次生代谢物合成途径一直是次生代谢研究的难点和制高点，也是次生代谢物累积调控的基础。目前绝大部分次生代谢途径仍不清楚，严重阻碍了次生代谢物研究的深入和高效利用。随着功能基因组学和代谢组学等方法的发展和完善，揭示植物次生代谢物生物合成途径，已成为药用植物次生代谢物研究以及中药现代化研究的发展趋势之一。利用代谢组学和转录组方法研究植物次生代谢产物表达差异，即采用现代分析技术（液相色谱质谱联用、气相色谱质谱联用、核磁共振等）对植物次生代谢产物及机体

43、内源性小分子代谢物进行分析，并采用模式识别技术对分析结果进行区分与判别，可望从中发现生物标识物，并结合功能基因组学研究解析其代谢通路。例如，中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所陈晓亚院士对植物倍半萜代谢，尤其是棉花和青蒿萜类生物合成及调控的研究，取得了突出进展，克隆鉴定了棉酚合成途径一系列酶和调控因子基因，先后在Nature Biotechnology、Plant Cell等刊物发表高水平研究论文50余篇，仅2012年就在Plant Cell上发表论文4篇，显示并代表了该领域研究的前沿及重要性。4.农业微生物多样性及环境适应机理领域农业微生物通过氮素固定、土壤形成、污染修复及农业害虫

44、的生物防治等方面维持着土壤生态系统结构与功能、农业健康可持续发展。由于人口的剧增、土地使用过度、及化肥与农药的广泛使用等因素，使农业土壤微生物的种群结构发生了巨大改变，加速了土壤侵蚀与退化、肥力下降、农用水短缺及耕地锐减等诸多问题。因此，农业微生物多样性与生态系统功能和稳定性之间的关系受到了越来越多的重视和研究。另外，环境污染己经成为制约人类社会发展的重要因素，常用的化学方法和物理方法己经很难达到完全清除污染物的目的。现代微生物的发展为环境治理带来了新的机遇。西北地区作为我国生态环境最脆弱的地区之一，农药、化肥等生产要素的大量使用及石油矿产资源开发引起的次生环境污染加速了西北旱区生态环境恶化进

45、程，严重威胁我国粮食生产安全和生态环境安全。因此，在微生物多样性研究的基础上，深入开展农业微生物与环境互作机制等相关的重要基础和应用基础研究，是促进我国农业特别是西部地区农业生产可持续发展的必然选择。随着基因组和后基因组时代的不断发展，微生物学在以下几个前沿方向发展迅猛：（1）植物-微生物协同进化与环境响应机制研究。如人类的生产活动对微生物群落与功能多样性产生的影响，探究农业微生物多样性与植物地上地下部分的相互作用机理和微生物-植物协同进化的理论；通过研究土壤微生物群落对农业活动响应的规律特点和可能的调控措施及土壤微生物个体和群落响应环境变化的机制，来揭示土壤微生物群落相关基因对土壤生态系统结

46、构与功能变化的正负反馈调节和可能调控途径。（2）土壤微生物群落及功能多样性表征方法与技术的研究。目前自然界中能被培养的微生物种类还不到微生物总数的1%，为了加速这些未知微生物资源的开发利用，建立土壤微生物群落及功能多样性表征的新方法和新技术，可望广泛深入地推进微生物多样性和微生物资源开发利用的研究。（3）系统微生物与整合微生物研究。基因组、转录组、蛋白组、代谢组等各种组学技术在微生物学中的研究方兴未艾，为微生物学的发展带来了强劲的动力，基于这些组学技术的系统微生物学和整合微生物学代表着当前微生物学研究的发展趋势。（4）以微生物为主要载体的合成生物学及资源能源化研究。合成生物学将针对人类面临的资

47、源、能源和环境等重大问题，提供新的解决方案，以逐渐减少对石油能源的依赖。微生物作为合成生物学的主要载体，在微生物中高效生产青蒿素、紫杉醇等重要药物的前体、丁醇等生物燃料和可降解高分子材料的微生物细胞工厂已经成为合成生物学的成功典范，微生物学与合成生物学的结合将从根本上变革人类的生产和生活方式。此外，随着各学科的迅速发展和人类社会的实际需要，学科交叉和相互渗透是微生物学发展的必然趋势，当今微生物将进一步向地质、海洋、大气、太空渗透，使更多边缘学科得到发展，微生物与能源、信息、材料、计算机的结合将开辟新的研究和应用领域，这也是微生物学科继续保持旺盛生命力的必由之路。（三）拟发展的重点领域生物学一级

48、学科是生命学院学科建设的重点。综合考虑国家重大需求和国际学科发展前沿以及我院生物学学科现有特色和优势，基于“有重点、分层次”的思路和原则，凝练形成生物学学科以重大突破为目标的“重点突破方向”两个、以特色鲜明为目标的“特色方向”两个、以学科支撑为目标的“技术支撑平台”两个。具体布局如下图所示：三、学科发展总体思路及目标（一）学科发展总体思路1.凝练学科方向，统筹生物学一级学科建设根据国家需求、国际前沿和现有基础凝练学科方向，明确学科方向内涵，形成以科学问题为导向的研究方向和团队。实现从二级学科建设向一级学科建设的转变，打破二级学科之间的相对独立性，倡导多学科的交叉、融合，形成新的学科增长点；集中多个二级学科的力量，按一级学科设置研究生课程体系，培养宽口径厚基础的创新人才。凝练并整合现有学科基础与力量，设立“植物非生物逆境响应的分子基础”和“农业微生物多样性及环境适应机理”两个重点突破方向，“药用植物次生代谢与调控机制”和“西北地区植物资源与系统进化”为两个特色方向，以及“遗传与生物信息”和“细胞与生物大分子”两个技术支撑平台。2.优化资源配置，实施重点学科方向突破坚持“有所为有所