美国国家科学基金会(NSF)具有悠久的历史,其资助项目所取得的成果对美国经济和人类福祉产生过重大影响。NSF是美国唯一致力于支持基础研究和科学与工程各个领域教育工作的联邦机构,主要资助奖励在科学前沿探索的有想法和发展前途的科学家,并且逐渐转变投入h高风险、有潜在性技术研发和重大科学发现上,建立和培养一支充满活力、能够不断创新的世界级的科学与工程研究队伍,支持国家研究与教育工作,并以此确保美国科学技术处于世界领先水平,保持国家的繁荣与稳定。NSF于1998年开始公布了国家植物基因组研究计划的经费资助情况,到目前为止,已连续资助12年,投入了9亿多美元的研究经费,共资助了284个项目,其中千万美元以上的项目5个。分析研究美国国家科学基金会(NSF)在NPGI中的资助变化情况,对我国科研经费管理具有借鉴和参考意义。
1NPGI资助目标的变化情况
植物基因组研究交内容分为三部分:一是结构基因组研究( Structural Genomics),即研究基因组的结构和组织;二是功能基因组研究( Functional Genomics),即鉴定基因组序列的作用,研究基因组结构和组织与植物功能在细胞、有机体和进化上的关系;三是将基因组的信息和知识用于开发改良植物和街参镂基础的新型产品。联邦政府主要资助第一和第二部分的基础研究,第三部分的应用研究主要由私人部门承担。
NPGI的资助重点每5年有不同的目标,1998~2013年的具体研究目标如下: 1.1 1998 -2002年植物基因组研究计划的目标 1998 -2002年是NPGI第一个5年计划执行期剑具体研究目标如下: (1)研究拟南芥和水稻基因组测序。拟南芥的基因组序列是迄今为止人们所完成的最完整的真核生物基因组序列,它为世界各国在2010年前确定拟南芥所有基因的功能奠定了基础。 (2)结构基因组研究。开发玉米、大豆、小麦、大麦、高粱、水稻、棉花、西红柿等10 - 12种具有经济价值的关键植物基因图谱。 (3)功能基因组研究。着重研究对作物产量具有明显作用的基因,包括那些与抗病、种子发育、籽粒品质和开花期等相关的基因。 (4)技术开发。开发出一系列植物基因组研究工具。 (5)数据库建设。建立各种可供科学界使用的植物基因组数据库 (6)推广和培训。主要是短期培训和专题讨论会等推广和培训活动,以保证基因组信息和技术向最终用户的扩散。
1.2 2003 ~2008年植物基因组研究计划的目标 植物基因组研究计划第一个5年计划的重点是为植物基因组研究打基础,包括开发相关的研究资源和研究工具等。第二个5年计划的关键是:开发出大量的低成本技术;有效地管理信息量巨大的植物基因组数据库;培训新一代植物基因组科学家,使其能够正确理解和有效利用这些信息资料,以促进植物基因组学乃至整个植物科学的进步。
1.2.1继续探索植物基因组的结构和组织具体内容包括:(1)继续参与国际水稻基因组测序计划;(2)完成对玉米基因组基因密集区域的测序;(3)对少数关键植物的基因组进行详尽的分析;(4)开发对具有重要生物学意义和经济意义的植物进行基因组分析的资源;(5)认识植物基因组的组织和结构基础。
1.2.2认识植物基因组序列的生物学作用具体内容包括:(1)完成拟南芥功能基因组国际合作项目;(2)建立一个多国参与和协调的水稻功能基因组国际合作项目;(3)建立植物基因组研究资源的信息库。
1.2.3开展植物基因组学工具的应用研究具体内容包括:(1)运用基因组学工具来研究植物的一些重要生物学性状和重要经济性状;(2)将植物基因组学研究拓宽到生物多样性、生态学和生态系统等研究领域以探索生物学领域的一些新机理和更高级法则;(3)将植物基因组学研究拓宽到可再生资源和生物新材料领域以解决资源消耗和环境问题。
1.2.4开发出适用的生物信息学工具具体内容包括:(1)开发有助于研究工作者获得和使用各种基因组数据库信息的生物信息学工具;(2)开发建立基因组信息数据库所需的通用标准和界面以增强数据库的互动性能;(3)建立基因组数据库中信息资料贮存的国际协调机制,包括数据库的信息贮存机制和数据库的标准化操作准则等;(4)开萁行植物基因组学数据分析的新运算法则,尤其是比较基因组学和群体遗传学的新运算法则。
1.2.5加强植物基因组知识的教育和培训具体内容包括:(1)在植物基因组学研究领域,建立本科生、研究生和博士后研究人员的培训机制,通过设立培训资助计划,培训下一代植物基因菅Э蒲Ъ遥(2)加强对植物基因组学新、老研究人员的生物信息学知识培训;(3)对高校教师队伍和植物科学工作者进行植物基因组学知识的在职培训;(4)通过各种形式的研讨会,让更多的研究人员获得和应用植物基因组研究计划的研究资源;(5)将植物基因组学知识普及到中、小学基础教萑禾濉
1.2.6进一步扩大植物基因组研究计划的影响具体内容包括:(1)继续鼓励私有机构参与植物基因组研究计划项目的合作;(2)充分利用国际合作机遇,促使植物基因组研究计划项目参与国际合作;(3)向公众宣传植物基因组学研究成果,让公众充分了解植物基因组学研究在菝侨粘I活中的作用。
1.32009 -2013年植物基因组研究计划的目标 2009年以后,NPGI的5年目标将建立在最新的科学和技术发现的基础上,以确保植物基因组学及植物科学能持续取得进展。其主要研究目标如下:
1.3.1进一步开发主要经济植物的基因组资源具体内容堇ǎ(1)研究植物的表观遗传学;(2)综合比较植物基因组序列资源;(3)确定新的模式基因组( reference genome);(4)开发数千种植物基因组序列资源;(5)挖掘植物多样性。
1.3.2推进植物系统生物学研究具体内容包括:(1)开发能够对关键植物生长过程进行系统研究的工具包(2)调控植物的结构和组织。
1.3.3将基础研究成果应用到田间具体内容包括:(1)在田间条件下对植物进行高通量表型鉴定;(2)通过育种改良植物对当地生物胁迫和非生物胁迫的适应性;(3)建立国家遗传性状指南。
1.3.4开发数据获取和分析的研究工具具体内容包括(1)开发数据挖掘和可视化工具;(2)开发预测分析模拟工具。
1.3.5加强教育、培训和扩大服务项目具体内容包括:(1)为所有层次的研究人员提供培训机会;(2)通过研讨会告知更广泛的研究团体,如何获取和利用植物基因组研究计划的研究资源;(3)扩大对中小学生的服务项目(4)向公众宣传植物基因组研究的成果。
1.3.6扩大社会影响具体内容包括:(1)建立公私合作关系;(2)开展国际协作和合作研究。 2NPGI资助经费的变化情况 NPGI的经费主要来源于NSF,本文根据NSF官方网站公布的数据进行统计分析。1998 -2009年,美国国家科学基金会(NSF)葜参锘因组研究计划项目连续资助了12个财年,共计投入9亿多美元,主要用于拟南芥、水稻、玉米、小麦、大豆、高梁、番茄、大麦等的cDNA及其他有关基因组测序研究,还有一部分用于功能基因组研究、植物基因组学工具的应用研究、植物基因组数据库管理和生物信息学工具开发以及开展各种教育和培训等。植物基因组研究计划的目标是发现植物结构基因组和功能基因组的基础知识,并利用这些知识来全面理解重要经济植物的各个方面及具有潜在经济价值的植物生长过程。通过将基础研究应用于生产实践,植物基因组研究计划将加速重要经济植物的基础发现和创新,并强农业、自然资源和环境管理以满足社会需求。1998 -2009年NPGI项目每年投入情况如图1所示,其中,1998 -2002年共投入3.52亿美元,2003―2008年共投入4.16亿美元,2009 -2013年的第一年投入了1.65亿美元。从图1可以看出,2009年投入的总经费是12年来最多的一年,共资助了32个目,也是资助项目数量最多的一年。第二个5年计划比第一个5年计划投入的总经费增加了0.64亿美元。
3 NPGI资助项目的变化情况 美国国家植物基因组计划主要资助以植物为基础的基因组学研究。从研究项目的规模来看,NPGI共资助了284个项目,其中百万元以上千万元以下资的项目占总项目的84%,百万元以下的项目占总项目的14%,千万元以上的项目只占总项目的2%(图2)。美国国家植物基因组计划资助项目中的72%是由多家单位共同承担,这些项目要求众多科学家共同参与,体现了植物基因组研究中合作的重要性。
4结论 首先从美国植物基因组研究计划的目标变化情况可以看出,美国不仅重视基础科学研究,而且还非常重视对人才培养和公众的教育。美国植物基因组研究计划对公众的教育培训计划和向中、小学基础教育的扩展、渗透计划,值得我国管理部门在制定相关规划时借鉴。 其次美国植物基因组研究计划资金投入的变化情况值得关注。
植物基因组跨机构工作组(IWG)对植物基因组研究计划第一个5年计划资助资金为3.52亿美元。但是,植物基因组跨机构工作组对植物基因组研究计划第二个5年计划资助资金增到4.16亿美元,2009年NSF将1亿多美元的资金用于植物基因组研究计划的32个项目,从经费槌で魇瓶矗美国积极应对植物基因组研究领域日益激烈的国际竞争、努力抢占植物基因组研究制高点的科技战略,应当引起我国相关部门重视,并合理配置我国该领域的研究资源,确保我国植物基因组研究的国际地位。 第三从NPGI项目规模变化情况看,NPGI主要支持百万到千万元之间的项目,72%的项目是由多家单位共同承担,这些项目要求众多科学家共同参与,体现了植物基因组研究中合作的重要性。 第四美国植物基因组研究计划为所有层次的研究人员提供培训机会,并通过研讨会让更多的研究团体知道如何获取和利用植物基因组研究计划的研究资源,这对于如何将科畛晒迅速扩大到用户是非常重要的,这种做法值得我国借鉴。 第五NPGI不仅是一个资助计划,同时也是一个跨部门的合作计划。NPGI是由多个政府规划部门组成的植物基因组跨机构工作组负责,由多家研究机构联合参与的长期性研究,这种组织和运行方式有利于推动重大项目的进展,有利于各研究机构的资源与技术整合。 第六美国NSF资助NPGI的连续性和稳定性,减少了资助与受助双方的寻找成本,弱化了课题研究难以持续深入的弊端,有利于课题研究和学科发展,这种资助方式值得我国有关部门关注。