2017年研究前沿|农业、植物学和动物学领域-CRISPR及DNA甲基化入选（值得收藏）

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iNature：农业、植物学和动物学领域Top10 热点前沿主要包括植物基因组技术研究、植物营养机制研究、农业资源研究等。植物基因组技术相关研究有3 个前沿入选Top10 热点前沿，包括“植物基因组编辑技术及其在农作物中的应用研究 ”“植物DNA 甲基化的调控机理及其作用”和“棉花基因组序列与重要性状QTL分析”。其中“植物基因组编辑技术及其在农作物中的应用研究”前沿是植物生物技术领域的重大突破，发展迅猛。植物营养机制相关的研究包括2 个前沿：“丛枝菌根的共生关系及营养与信号机制研究”和“植物中钾离子的吸收、传输与植物耐盐胁迫的生理机制和调控”，该前沿还是2015 年的新兴前沿。农业资源相关的研究包括2 个前沿：“海洋渔业资源评估及基于生态系统的管理策略”和“全球土壤碳高分辨率地图”。关于植物学的研究前沿还包括“植物细胞壁纤维素的生物合成机理”。关于

动物学的研究前沿是水果害虫“斑翅果蝇的入侵生物学研究”。关于微生物的研究前沿是“子囊菌和半知菌的分类学与系统发育学”，该前沿连续两年入选Top10 热点前沿。

1概括

总结

农业、植物学和动物学的10大热点前沿

农业、植物学和动物学Top10 热点前沿的施引论文

2重点热点前沿——植物基因组编辑技术及其在农作物中的应用研究

“基因组编辑技术”作为生命科学技术发展中的一项突破性技术，实现了针对基因的精准修改。而CRISPR 技术的出现和发展，使基因组编辑技术在原有的ZFN 和TALEN 技术的基础上，变得更加简便和经济，进而在基础研究、基因治疗及遗传改良等方面展现出巨大的潜力，在生物技术领域掀起了研究的热潮。2012 年，Science 杂志将TALEN 技术列入年度10 大科学进展；2013 年，Science 将操作更简便灵活、成本更低的CRISPR/Cas9 技术列入年度10 大科学进展；2014 年，Nature Methods 将基因组编辑技术评为过去10 年间对生物学研究最有影响力的10 个研究方法之一。2015 年，“CRISPR/cas9 系统免疫机制及其在基因组编辑的应用”入选《2015 研究前沿》生物学领域Top10 热点前沿。2016 年MITTech Review 将植物基因组编辑技术评为2016 年十大技术突破。该热点前沿共有44 篇核心论文。

大部分研究是应用基因组编辑技术对特定植物基因组的定向诱变和修饰，其中主要是利用CRISPR/Cas9技术，针对拟南芥、烟草等模式植物，及水稻、大豆等重要作物的基因组编辑，也有一些研究聚焦基因组编辑的工具方法。统计分析核心论文产出的国家和机构（表2）。44 篇核心论文来自11 个国家。其中，美国是核心论文最主要的来源国，共有25 篇，占论文总数的56.8%；中国和日本的核心论文数量分别有15 篇和6 篇，分别占34.1% 和13.6%；其他国家的论文数较少。机构中，美国明尼苏达大学、中国科学院、美国爱荷华州立大学的核心论文数最多，分别有8 篇、7 篇和6 篇。

“植物基因组编辑技术及其在农作物中的应用研究”

研究前沿中44 篇核心论文的Top 产出国家和机构

从施引论文的来源国家和机构来看（表3），美国仍是施引论文的最大来源国，有309 篇论文，占施引论文总数的40.7%；中国排第2 位，有179 篇，占23.6%；德国、日本和英国施引论文数量相近，分别有77 篇、71 篇和62 篇，均不超过约10%。施引论文的机构中，中国科学院、美国明尼苏达大学、美国爱荷华州立大学的施引论文最多，分别有57 篇、33 篇和27 篇。

“植物基因组编辑技术及其在农作物中的应用研究”

研究前沿中施引论文的Top 产出国家和机构

数据表明，美国、中国在该领域表现突出。其中美国研究成果最多、优势明显，研究机构实力强大，主导了植物基因组编辑领域的研发；中国继美国之后，在成果产出、后续跟进研究、机构实力上也具有较突出的表现。

3重点热点前沿——植物DNA 甲基化的调控机理及其作用

DNA 甲基化是在DNA 甲基转移酶作用下将甲基选择性地结合到胞嘧啶上形成5- 甲基胞嘧啶的过程，是表观遗传修饰的主要方式之一，在调控基因表达、基因组防御、维持基因组稳定和调节植物生长发育等方面发挥着重要作用。自从1988 年DNA 甲基化相关酶及基因被发现以来，DNA 甲基化研究日益开展起来，目前已成为了新的研究热点之一。围绕DNA 甲基化的建立和维持机制、胁迫环境下DNA 甲基化的改变及其对基因表达的影响，以及DNA 甲基化检测技术等开展了大量研究。

“植物DNA 甲基化的调控机理及其作用”热点前沿共有核心论文11 篇，其中5 篇主要研究拟南芥（4篇）和玉米（1 篇）中DNA 甲基化的调控机理，包括DNA 甲基化调节因子的鉴定及其在DNA 甲基化中的功能，环境和遗传变化等对DNA 甲基化的影响，DNA 甲基化的进化模式和进化机制等。另外6 篇主要以拟南芥为对象，研究DNA 甲基化的作用，包括对转座子的调控、对蛋白修饰和非编码小RNA 的作用、与遗传变异之间的关联，及对复杂性状（如开花时间和初生根长）的影响。

从核心论文的国家/ 地区和机构分布（表4）来看，共有12 个国家和地区参与了这11 篇核心论文的发表，其中美国是主要产出国，参与发表了10 篇论文，占该前沿核心论文总量的90.9%。法国和德国各参与发表了2 篇，其余9 个国家各参与发表了1 篇。在机构层面，法国国家科学研究中心、法国国家农业科学研究院、德国的马普学会及美国的斯隆- 凯特琳纪念癌症中心和加州大学洛杉矶分校属于核心论文较多的机构，各参与发表了2 篇。

“植物DNA 甲基化的调控机理及其作用”研究前沿中

11 篇核心论文的Top 产出国家/ 地区和机构

从施引论文的来源国家和机构（表5）来看，美国是施引论文的最主要来源国，远超其他国家，有314 篇，占该前沿施引论文总量的48.0%，中国排第2 位，有135 篇，占20.6%，德国排第3 位，有73 篇，占11.2%。在机构层面，中国科学院是施引论文的最主要来源机构，有48 篇，占该前沿施引论文总量的7.3%，其后依次是德国的马普学会和美国的佐治亚大学，分别名列第2 和第3 位，分别 35 篇和30 篇施引论文，占比分别为5.4% 和4.6%。

“植物DNA 甲基化的调控机理及其作用”研究前沿中施引论文的Top 产出国家和机构

综合上述分析，美国既是核心论文的重要产出国又是重要的施引国家，均名列第1 位，遥遥领先。中国在该领域为后起之秀，处于跟进状态，核心论文有1 篇，但施引论文数量名列第2。

4新兴前沿及重点新兴前沿解读

农业、植物学和动物学领域有1 项研究入选新兴前沿，即“树木年轮分析及其在环境气候变化研究中的应用”。

农业、植物学和动物学的1 个新兴前沿

5重点新兴前沿——树木年轮分析及其在环境气候变化研究中的应用

树木年轮学是一门研究年轮特性，并利用年轮来定年和分析过去环境变化的科学， 20 世纪初由美国天文学家Douglass AE 创立。最初的20 年主要是美国在开展树木年轮分析，自1937 年美国亚利桑那大学建立了世界上第一个树木年轮研究实验室后，树木年轮学蓬勃发展，研究在世界各地兴起。由于树木年轮资料具有定年精确、追索时间长、分辨率高、分布广、能就地取材等突出的优势，树木年轮分析已成为研究过去全球气候变化的重要技术之一，长期以来在全球气候变化研究中得到了广泛的应用。近年来随着全球对气候变化的关注，树木年轮分析及其在环境气候变化研究中的应用一跃成为了当前植物学领域的新兴前沿之一。树木年轮分析的深度也由初期的针对年轮宽度、密度和亮度等的物理分析发展到了对年轮稳定同位素、化学组分和解剖结构等分子水平的分析。尤其是近年来随着电子扫描技术、信号传感技术、图像处理技术的深入发展，快速精准的年轮识别技术越来越显示出强大的技术优势和发展前景，使年轮识别从肉眼和手工计算转为仪器观测，走向自动化、计算机技术化、程序化、图像化，使信息精度更准确可信，为准确研究环境气候变化提供了重要技术基础。

该新兴前沿共有核心论文15 篇，其中7 篇是通过利用新技术、新方法分析树木的年轮特征，来获取环境信息及进行气候重建，另8 篇重点分析不同环境因素对年轮形成的影响，即进行气候环境与年轮的相关性分析。

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