项目名称动态复杂性状功能作图理论.docx
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项目名称动态复杂性状功能作图理论
项目名称:
动态复杂性状功能作图理论
提名者及提名意见
国家林业局
动态复杂性状的研究一直是生物与医学领域始终未能攻克的科学难题。
完成人在国际上首创了一套被称为功能作图的理论，将影响生物性状形成的细胞、发育、进化学原理用数学方程式引入基因定位框架，从生物机理层面改进基因定位方法，定量研究基因与发育之间的复杂关系。
这项研究成果将引发对复杂性状遗传结构研究的革命性突破。
该项目具有5个突出特点：
1.原创性。
功能作图方法为国际首创，显著提高了复杂性状基因定位功效；2.前瞻性。
引领国际基因组研究技术发展趋势，为今后新一轮研究提供方法学保障；3.系统性。
能解决与生长、发育有关的多种生物学问题，与其他学科交叉产生新一轮理论突破；4.复杂性。
组合当代生物学最新研究成果，利用复杂的数学与统计模型来解决科学问题，显示明显的理论深度；5.理论性。
从生物发育机理的角度研究数量性状遗传变异规律，为新数量遗传学的创立提供了理论基础。
该项目取得的代表性成果均已在国际顶尖刊物上发表，功能定位研究被Nature、NatureReviewsGenetics、NatureMethods等推选为最近半个世纪DNA技术领域的标志性工作之一，在国际上产生了重要影响。
模型被成功应用到人类医学、农作物重要经济性状的图位克隆，及林木重要性状的QTL定位与基因辅助选择，得到了国际同行的高度评价。
经审查，该成果材料真实，公示期间未收到各方质疑，符合国家自然科学奖提名要求，同意申报。
项目简介
生命是一个动态过程，用传统的静态方法研究生命过程是形而上学的。
该项目在国际上首创动态复杂性状功能作图理论，引发对生物学、农学与医学有指导作用的数量遗传学理论的重大突破。
该项目根据数量性状形成的特性，把反映发育生物学原理的数学模型引入基因定位的统计框架，提出复杂性状基因组解析的定量分析方法。
该项目最大的特色是以遗传与统计为主线，把发育、进化与生态几个关键领域交叉在一起，系统地揭示性状在不同形成阶段的总体运行规律，揭示与解析基因对生物规律合理运行所起的关键作用。
长期以来，统计模型都是作为生物研究的辅助工具，但是，最近十多年来，随着各种海量数据的问世，统计建模已越来越成为人们探索生物奥秘的必需手段。
它不光对数据分析提供工具，更能为揭示生物总体运行规律提供概念上与方法上的突破。
目前，国际上对以统计分析为基础的计算生物学尤为重视，产生了一批又一批重要研究成果。
该项目正是在这个大背景下，经过多年艰苦探索，终于获得一批国际前沿的研究成果，填补了我国复杂性状基因定位的空白。
该项目研究成果归纳起来有以下几点：
（1）创立功能作图理论——把生长动态方程式引入基因定位，有效揭示数量性状形成的基因调控机理；
（2）提出以功能作图为基础的evo-devo研究新方法——把功能作图与进化、生态学相结合，回答关于复杂性状进化起源的几个关键问题；
（3）建立基于功能作图的药物设计新策略——把功能作图理论嵌入药物动力学、动态学原理，提出个体化用药的关键方案；
（4）发明动态基因调控网络新技术——从DNA通过一系列调控过程，到高端表型形成，是生物研究主线条，利用功能作图思想建立基因调控网络构建的新方法。
该项目提出的功能作图理论，有力推进了数量遗传学和计算生物学的发展，同时也丰富了现代遗传学研究的内涵。
目前，该项目在权威刊物，如《NatureReviewsGenetics》、《NucleicAcidResearch》、《AdvancedDrugDeliveryReviews》、《NewPhyologist》、《BriefingsinBioinformatics》、《DrugDiscoveryToday》、《Evolution》等发表论文100多篇，被《Science》、《Nature》、《Cell》等重要期刊引用。
客观评价
该项目在数量遗传学理论与建模领域取得了国际领先的学术成果，主要表现在以下几个方面:
（1）功能作图是数量遗传学基础发明之一：
功能作图被Nature等系列期刊列举为当今DNA技术标志性发明之一。
众多顶尖遗传学、植物学与医学刊物对功能作图给予高度评价，包括Science、Nature、NatureReviewsGenetics、TrendsinPlantScience、NatureReviewsDrugDiscovery等。
国际著名统计遗传学家Jansen在他的NatureReviewsGenetics（9,883-890,2008）论文中阐明功能作图的应用价值，认为把动态QTL定位的思想与核染色质产生的表观变异及基因印迹相结合，是运用多学科手段系统研究表型变异遗传基础的未来发展方向。
另一国际著名统计遗传学家Sillanpaa，受TrendsinPlantScience主编邀请，针对表型组时代，如何应用功能作图方法发表了一篇有影响力的评论性论文。
Sillanpaa等特别强调功能作图在后基因组时代的应用前景，阐述功能作图对生物过程解析的生物学与统计学功效。
在CurrentOpinioninPlantBiology（213,193-205,2010），一个国际顶尖作物遗传研究团队，强调随环境或发育而变化的QTL定位对于生物学研究与作物育种具有不可替代的作用，把功能作图作为重要论文用双星号强调推荐给广大读者。
候选人在国际上率先把复杂性状分解成相互作用的生理、解剖组成，借助vonBertalanffy系统论思想，把这些组成利用微分方程连接起来，在功能作图基础上发展出“系统作图”。
鉴于系统作图理论在数量性状形成机理发现方面的作用,国际顶尖理论生物学刊物PhysicsofLifeReviews主编，哈佛大学杰出教授Perlovsky邀请候选人系统阐述系统作图的原理、设计与应用。
主编同时邀请来自美国、荷兰、奥地利、芬兰与印度等国的知名同行对系统作图进行评价，一致认为这一方法对突破数量性状基因定位瓶颈有重要作用，下面是具体的同行评价意见：
Mitteroecker以论文题目“Systemsmappinghaspotentialtoovercomeinherentofgeneticmapping”，强调系统作图对攻克复杂性状特有的复杂问题与难点有推动作用。
vanEeuwjk是一位农业遗传学家，他认为系统作图有助于遗传学家研究基因与环境互作这一非常复杂的问题。
Sillanpaa对候选人把“功能作图”引入“系统作图”及“网络作图”表示高度认可。
Liu把系统作图归结为当前复杂性状基因定位的重要方法之一，这一方法充分考虑了性状形成的复杂遗传、生理、发育机理,对研究复杂性状具有重要作用。
以上所有评论者还对系统作图在统计等方面的完善提供了建议，认为进一步完善的系统作图将是复杂性状遗传研究的重要工具之一。
（2）功能作图能推进发育进化学研究：
生物生长是一个发育过程。
通过整合生长模型，该项目利用数学模型量化发育的基本原理。
学术界对这一思想表示高度认可,下面是具体评价：
Martin在Science（349:
966-970,2015）论文中，利用候选人生长模型（Wangetal.,Evolution68:
81-91,2014）很好的解释了来自温带与热带的鸣鸟在个体发育过程中生活史的差异与进化，特别是利用完成人的异时性理论揭示这些鸟群在对生物、非生物环境响应过程中的适应性；Ota和Abe在顶尖发育学期刊WIRES:
DevelopmentalBiology（5:
272-295,2016）发表了一篇关于发育进化生物学模型的综述论文。
作者高度赞赏完成人和同事在组合发育进化理论与基因组思想在提升进化研究中的开拓性贡献。
他们认为完成人的方法不仅在QTL定位方面有重要应用，在揭示性状进化与发育上也是“ofinterest”。
作者列举了几个具体的例子来显示候选人方法的应用与前瞻性。
（3）动态基因调控网络技术的突破：
基因不可能单独产生作用，而是与其他基因共同起作用。
完成人发明一种高维基因互作模型已被学术界认可。
在NatureReviewsGenetics（15:
722-733,2014），国际顶尖统计学家Haley等认为候选人的基因互作模型是研究复杂性状的重要手段。
在NucleicAcidsResearch（41:
e97,2013）发表论文中，候选人利用香农（Shannon）信息熵理论整合基因动态表达的可塑性，发明了一种基因调控网络推断新方法，该方法能够对不同环境下的基因表达数据进行基因调控网络的建模和分析。
Garbutt等在FrontiersinPlantScience（5:
312,2014）发表了一篇关于蛋白动态网络的综述论文，作者认为完成人发展的方法能够处理外界环境干扰，而且考虑基因表达的动态性，对该工作进行了高度赞赏。
在Cell（156:
359-372,2014）的一篇文章中，Du等把候选人互信息方法当作发育机理的系统分析方法推荐给广大读者。
在NatureCommunications的一篇论文（8:
1044,2017）中，Yan等认为完成人的基因网络方法对于深层次破解基因转录的调控机理有重要帮助。
（4）基于功能作图的药物设计新策略产生重要影响：
利用数学模型定量预测药物在人体内药效与毒性，是精准医学研究的重要内容。
完成人把功能作图理念引入药物反应的动力（PD）与动态（PK）模型，能有效量化不同遗传背景的病人对药物吸收、反应的能力，从而对个体性医疗提供重要标准。
这一工作受到学术界认可。
一组由德国与土耳其专家组成的研究队伍，认为完成人的方法能系统研究病原—寄主互作关系，建立精确的数学模型，用以有效预测寄主发病进程（FrontiersinMicrobiology,6:
235,2015）。
在CurrentStemCellReport（3:
232-239,2017）的一篇关于正常与癌干细胞数学模型论文中，Weiss等人对完成人提出药物反应的“系统作图”理论表示赞赏，认为这一方法对研究药物如何能够抑制癌组织生长具有重要影响。
（5）完成人奖励：
本项目科学发现提升了完成人在数量遗传学领域的国际影响力，表现在：
1）因为功能作图的发明与应用，当选美国科学促进会会士（2016）；2）当选美国统计学家学会会士（2010）；3）获国际进化生物学大会特邀报告（法国马赛,2014）；4）获国际统计形态分析大会特邀报告（日本东京,2013）；5）获法国农业研究院研究基金奖励（2013）；6）培养博士生获首都宝钢奖学金二人次。
代表性论文专著目录
序号
论文专著
名称/刊名
/作者
影响因子
年卷页码
（xx年xx卷
xx页）
发表时间（年月日）
通讯作者（含共同）
第一作者（含共同）
国内作者
SCI
他引次数
他引总次数
论文署名单位是否包含国外单位
1
Functionalmapping–howtomapandstudythegeneticarchitectureofdynamiccomplextraits/NatureReviewsGenetics/RonglingWu,MinLin
40.282
2006年7卷229–237页
2006年3月1日
RonglingWu
RonglingWu
邬荣领
108
109
是
2
Functionalmappingofseasonaltransitioninperennialplants/BriefingsinBioinformatics/MeixiaYe,LiboJiang,KeMao,YaqunWang,ZhongWang,RonglingWu
5.134
2015年16卷526-535页
2015年5月
RonglingWu
MeixiaYe
邬荣领，叶梅霞，姜立波，毛柯
1
1
是
3
Modelingphenotypicplasticityingrowthtrajectories:
astatisticalframework/Evolution/ZhongWang,XiaomingPang,WeimiaoWu,JianxinWang,ZuohengWang,RonglingWu
4.201
2014年68卷81-91页
2014年1月
RonglingWu
ZhongWang,XiaomingPang
邬荣领，王忠，庞晓明，吴维妙，王建新
6
6
是
4
Asyntheticframeworkformodelingthegeneticbasisofphenotypicplasticityanditscosts/NewPhytologist/YiZhai,YafeiLv,XinLi,WeimiaoWu,WenhaoBo,DengfengShen,FangXu,XiaomingPang,BingsongZheng,RonglingWu
7.330
2014年201卷357-365页
2014年1月
RonglingWu
YiZhai,YafeiLv
邬荣领，翟翌，吕亚菲，李鑫，吴维妙，薄文浩，沈登锋，徐放，庞晓明，郑炳松
4
4
是
5
Howtocomputewhichgenescontroldrugresistancedynamics/DrugDiscoveryToday/YunqianGuo,JiangtaoLuo,JianxinWang,YaqunWang,RonglingWu
6.369
2011年16卷339-344页
2011年4月
RonglingWu
YunqianGuo,JiangtaoLuo
邬荣领，郭允倩，王建新
1
1
是
6
Systemsmappingofgenescontrollingchemotherapeuticdrugefficiencyforcancerstemcells/DrugDiscovery
Today/WeimiaoWu,SisiFeng,YaqunWang,NingtaoWang,HanHao,RonglingWu
6.369
2014年19卷1125-1130页
2014年8月
RonglingWu
WeimiaoWu,SisiFeng
邬荣领，吴维妙，冯思思
1
1
是
7
Statisticalresolutionofmissinglongitudinaldatainclinicalpharmacogenomics/AdvancedDrugDeliveryReviews/ZhongWang,HongyingLi,JianxinWang,JiahanLi,RonglingWu
11.764
2013年65卷980-986页
2013年06月30日
RonglingWu
ZhongWang,HongyingLi
王忠，王建新邬荣领
9
10
是
8
Reconstructingregulatorynetworksfromthedynamicplasticityofgeneexpressionbymutualinformation/NucleicAcidsResearch/JianxinWang,BoChen,YaqunWang,NingtaoWang,MarcGarbey,RogerTran-Son-Tay,ScottA.Berceli,RonglingWu
10.162
2013年41卷e97-e97页
2013年4月
RonglingWu
JianxinWang
邬荣领，王建新，陈博
9
10
是
合计
136
145
主要完成人情况表
姓名
邬荣领
性别
男
排名
1
国籍
中国
出生年月
1964年1月
出生地
江苏如皋
民族
汉
身份证号
320102************
归国人员
是
归国时间
2009年10月
技术职称
教授
最高学历
博士研究生
最高学位
博士
毕业学校
华盛顿大学
毕业时间
1995年7月
所学专业
数量遗传学
电子邮箱
rwu@
办公电话
010-********
移动电话
136********
通讯地址
北京市海淀区清华东路35号北京林业大学生物学院
邮政编码
100083
工作单位
北京林业大学
行政职务
无
二级单位
生物科学与技术学院
党派
群众
完成单位
北京林业大学
所在地
北京
单位性质
事业
参加本项目的起止时间
2002年10月1日至2015年1月1日
对本项目主要学术贡献：
一直从事数遗传学理论与应用研究工作，在国际上首次创立功能作图理论来研究复杂性状，并对功能作图理论进行扩展，用于研究生物进化，药物设计等领域。
对论文1-8有主要贡献。
曾获国家科技奖励情况：
无
声明：
本人同意完成人排名,遵守《国家科学技术奖励条例》及其实施细则的有关规定，承诺遵守评审工作纪律，保证所提供的有关材料真实有效，且不存在任何违反《中华人民共和国保守国家秘密法》和《科学技术保密规定》等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形。
该项目是本人本年度被提名的唯一项目。
如有材料虚假或违纪行为，愿意承担相应责任并接受相应处理。
如产生争议，保证积极配合调查处理工作。
本人签名：
年月日
完成单位声明：
本单位确认该完成人情况表内容真实有效，且不存在任何违反《中华人民共和国保守国家秘密法》和《科学技术保密规定》等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形。
如产生争议，愿意积极配合调查处理工作。
工作单位声明：
本单位对该完成人被提名无异议。
单位（盖章）
年月日
姓名
姜立波
性别
男
排名
2
国籍
中国
出生年月
1986年8月
出生地
山东德州
民族
汉
身份证号
371425************
归国人员
否
归国时间
技术职称
讲师
最高学历
博士研究生
最高学位
博士
毕业学校
北京林业大学
毕业时间
2016．12
所学专业
林木遗传育种
电子邮箱
libojiang@
办公电话
010-********
移动电话
136********
通讯地址
北京市海淀区清华东路35号北京林业大学生物学院
邮政编码
100083
工作单位
北京林业大学
行政职务
无
二级单位
生物科学与技术学院
党派
中国共产党
完成单位
北京林业大学
所在地
北京
单位性质
事业
参加本项目的起止时间
2012年9月1日至2015年1月1日
对本项目主要学术贡献：
推导出功能作图的统计方法和算法，并对功能作图理论进行推广应用，对论文3有贡献。
曾获国家科技奖励情况：
无
声明：
本人同意完成人排名,遵守《国家科学技术奖励条例》及其实施细则的有关规定，承诺遵守评审工作纪律，保证所提供的有关材料真实有效，且不存在任何违反《中华人民共和国保守国家秘密法》和《科学技术保密规定》等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形。
该项目是本人本年度被提名的唯一项目。
如有材料虚假或违纪行为，愿意承担相应责任并接受相应处理。
如产生争议，保证积极配合调查处理工作。
本人签名：
年月日
完成单位声明：
本单位确认该完成人情况表内容真实有效，且不存在任何违反《中华人民共和国保守国家秘密法》和《科学技术保密规定》等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形。
如产生争议，愿意积极配合调查处理工作。
工作单位声明：
本单位对该完成人被提名无异议。
单位（盖章）
年月日
姓名
叶梅霞
性别
女
排名
3
国籍
中国
出生年月
1986年12月
出生地
浙江衢州
民族
汉
身份证号
330821************
归国人员
否
归国时间
技术职称
讲师
最高学历
研究生
最高学位
博士
毕业学校
北京林业大学
毕业时间
2015年7月
所学专业
林木遗传育种
电子邮箱
yemeixia123@
办公电话
移动电话
152********
通讯地址
北京市海淀区清华东路35号，北京林业大学四教307室
邮政编码
100083
工作单位
北京林业大学
行政职务
无
二级单位
生物科学与技术学院
党派
群众
完成单位
北京林业大学
所在地
单位性质
事业
参加本项目的起止时间
2012年9月1日至2015年1月1日
对本项目主要学术贡献：
以候选人首创的功能作图理论为基础，对生长曲线VonBertalanffy方程进行扩展，将林木生长的季节波动特征引进传统生长曲线，实现林木逻辑斯蒂生长与季节生长响应双层次的基因定位与检验，促进林木物候特征的解析，有效揭示林木数量性状形成机理，主要贡献在论文3。
曾获国家科技奖励情况：
无
声明：
本人同意完成人排名,遵守《国家科学技术奖励条例》及其实施细则的有关规定，承诺遵守评审工作纪律，保证所提供的有关材料真实有效，且不存在任何违反《中华人民共和国保守国家秘密法》和《科学技术保密规定》等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形。
该项目是本人本年度被提名的唯一项目。
如有材料虚假或违纪行为，愿意承担相应责任并接受相应处理。
如产生争议，保证积极配合调查处理工作。
本人签名：
年月日
完成单位声明：
本单位确认该完成人情况表内容真实有效，且不存在任何违反《中华人民共和国保守国家秘密法》和《科学技术保密规定》等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形。
如产生争议，愿意积极配合调查处理工作。
工作单位声明：
本单位对该完成人被提名无异议。
单位（盖章）
年月日
姓名
郭允倩
性别
女
排名
4
国籍
中国
出生年月
1981年11月
出生地
河南商丘
民族
汉
身份证号
412301************
归国人员
否
归国时间
技术职称
副教授
最高学历
博士研究生
最高学位
博士
毕业学校
清华大学
毕业时间
2008．7
所学专业
生物学
电子邮箱
guoyunqian@
办公电话
010-********
移动电话
136********
通讯地址
北京市海淀区清华东路35号北京林业大学生物学院
邮政编码
100083
工作单位
北京林业大学
行政职务
无
二级单位
生物科学与技术学院
党派
中国共产党
完成单位
北京林业大学
所在地
北京
单位性质
升级会员 