根據(jù)國家需求，結(jié)合我國的研究基礎和國際研究熱點及前沿，本文針對RNA研究中的若干基本重大科學問題，重點圍繞"非編碼RNA在遺傳信息表達中的調(diào)控功能及機制"這一關(guān)鍵科學問題，集中從以下幾個方向開展研究。

1.RNA信息學

在人類等高等真核生物中存在一個隱蔽的"調(diào)控RNA世界"，即由數(shù)目巨大的非編碼RNA組成了細胞中一個尚未被人們所完全發(fā)現(xiàn)的RNA調(diào)控網(wǎng)絡。

如何在海量的生物數(shù)據(jù)中系統(tǒng)地、大規(guī)模地識別和鑒定各種非編碼RNA及其基因的結(jié)構(gòu)、進化、功能和調(diào)控機制是該領域的關(guān)鍵科學問題。

圍繞上述關(guān)鍵科學問題，發(fā)展針對非編碼RNA的信息學理論和算法，包括非編碼RNA鑒定的數(shù)學模型、非編碼RNA調(diào)控網(wǎng)絡建模和數(shù)學描述等;開發(fā)基于多維高通量生物數(shù)據(jù)的非編碼RNA的識別和功能解析生物信息學技術(shù)體系;建立基于超算平臺的國際領先的非編碼RNA知識庫和分析平臺，為國內(nèi)非編碼RNA的功能研究和轉(zhuǎn)化應用提供新的資源。

該領域的前沿方向包括:①構(gòu)建針對非編碼RNA結(jié)構(gòu)和功能預測的算法、數(shù)學模型、數(shù)據(jù)庫和分析服務平臺;②系統(tǒng)發(fā)掘新的非編碼RNA基因資源和解析非編碼RNA的調(diào)控網(wǎng)絡功能;③開發(fā)基于非編碼RNA的臨床和農(nóng)業(yè)等轉(zhuǎn)化應用生物信息技術(shù)平臺。

圍繞"非編碼RNA的結(jié)構(gòu)與功能調(diào)控網(wǎng)絡"這一前沿關(guān)鍵科學問題，發(fā)展一系列生物信息學理論與方法，從多維高通量的數(shù)據(jù)中挖掘出非編碼RNA的全局特性，并通過整合這些特性形成對非編碼RNA的整體認識，揭示人類等高等真核生物中的"調(diào)控RNA世界"。

同時，通過對非編碼RNA信息學的研究的持續(xù)資助，實現(xiàn)以下發(fā)展目標:①在非編碼RNA的鑒定方面，建立一系列突破性的計算機算法和數(shù)學模型去發(fā)現(xiàn)新型的非編碼RNA;②構(gòu)建新的計算RNA組學理論和技術(shù)體系去解析各種非編碼RNA功能和調(diào)控網(wǎng)絡;③開發(fā)新的算法和技術(shù)以發(fā)掘一批可用于人類重要疾病診斷和治療的非編碼RNA標志物;④建立國際先進的非編碼RNA知識庫和可視化交互的RNA組學分析平臺，解決目前面臨的海量數(shù)據(jù)分析的瓶頸問題，形成一體化的技術(shù)分析路線以快速發(fā)現(xiàn)非編碼RNA相關(guān)的新藥分子或作用靶標。

這些目標的實現(xiàn)將推動國內(nèi)非編碼RNA相關(guān)的生物信息學理論與方法的快速發(fā)展，提高我國在非編碼RNA信息學這一研究方向上的領先地位。

2.RNA生成、加工和降解

RNA生成、加工和降解的研究主要包括RNA的加工修飾、轉(zhuǎn)運定位、降解調(diào)控和功能機制等方面，是了解RNA代謝和如何發(fā)揮功能的關(guān)鍵。雖然相關(guān)研究在過去幾十年中積累了大量知識，取得了一系列重要進展，但新機制和新理論仍然不斷涌現(xiàn)，特別是近年來大量非編碼RNA的發(fā)現(xiàn)，給RNA的代謝和機制研究帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇。越來越多的研究提示我們，RNA世界的復雜度遠遠超出我們原有的認識和預期，該領域中尚存在大量重要的基礎性的科學問題亟待解答。

今后重點的研究方向包括:①RNA的剪接調(diào)控機制;②RNA的修飾及其調(diào)控機制;③RNA3'末端的選擇性多聚腺苷酸化調(diào)控;④RNA的轉(zhuǎn)運定位及其調(diào)控機制;⑤RNA穩(wěn)定性的調(diào)控機制;⑥小RNA的作用機制;⑦IncRNA的作用機制。

對mRNA生成、加工、降解和調(diào)控機制的研究在國際上已經(jīng)有了長期的積累。近五年來，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)真核生物基因組可產(chǎn)生大量具有功能的IncRNA，但目前國內(nèi)外對IncRNA的產(chǎn)生、加工、降解及其功能機制的研究尚處于起步階段。IncRNA與mRNA雖然在一級結(jié)構(gòu)上存在類似之處，但在高級結(jié)構(gòu)、加工、定位、代謝和發(fā)揮功能的機制方面都存在極大的區(qū)別，許多基本現(xiàn)象需要從頭觀察闡明，要開放思路靈活運用新技術(shù)建立新的研究方法，并大膽創(chuàng)新地提出新的基礎理論。

3.RNA生理與遺傳

該領域的前沿性關(guān)鍵科學問題為"決定細胞分化、增殖與凋亡和相應生物學過程的非編碼RNA調(diào)控"，主要包括以下兩個方面:①在生物體究竟存在多少種非編碼RNA?這些非編碼RNA是如何在特定的生理和遺傳過程中發(fā)揮作用的?非編碼RNA的生成(包括轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工、修飾)和降解是如何在生理和遺傳過程中調(diào)控的?②非編碼RNA調(diào)控細胞分化、增殖與凋亡和相應生物學過程的生理及病理功能機制?非編碼RNA在物種進化及遺傳過程中的作用?雖然目前對一些非編碼RNA的功能機制已有所了解，但絕大多數(shù)非編碼RNA的生理功能與作用機制尚待闡明。

為了培育國內(nèi)非編碼RNA研究，使中國科學家在相關(guān)國際研究領域更具競爭力，我們有必要在國內(nèi)制訂一些長期戰(zhàn)略性規(guī)劃以建立競爭優(yōu)勢，包括共享和分配資源、針對重大科學問題和國家需求的挑戰(zhàn)部署研究力量，為此我們有如下建議:

①建立一個國內(nèi)資源庫，用于收錄和整合從不同生物體系中鑒定的非編碼RNA數(shù)據(jù)和信息;②通過國內(nèi)實驗室間的合作以及與生物醫(yī)學企業(yè)聯(lián)手，研發(fā)關(guān)鍵試劑及相關(guān)產(chǎn)品，如針對已知非編碼RNA的shRNA文庫和基于CRISPR系統(tǒng)的gRNA文庫;③建立一套共享機制或體制，使科研人員之間能共享軟件和硬件資源，包括關(guān)鍵試劑，方便大家在不同生物學體系中開展非編碼RNA功能與機制的研究;④精選一批國家重大需求研究領域，如干細胞、細胞重編程及轉(zhuǎn)分化、神經(jīng)退行性疾病、癌癥，以及代謝、生殖及免疫相關(guān)疾病等，通過頂層設計，組織合作研究，系統(tǒng)性地研究RNA及其相關(guān)蛋白質(zhì)復合物的功能和作用機制，并研發(fā)新型治療方法;⑤建立新的經(jīng)費資助機制，對具有在相關(guān)研究領域取得重大學術(shù)突破潛力的特定科學家進行及時和長期穩(wěn)定的支持。

最后，需要強調(diào)的是，旨在探索作用機理和揭示新概念的基礎研究也應成為以上所有努力方向的一個重要組成部分。

當前非編碼RNA生理和遺傳的前沿性研究問題主要包括:各類細胞中非編碼RNA的種類與數(shù)量?非編碼RNA如何產(chǎn)生、修飾與定位?非編碼RNA的表達調(diào)控、非編碼RNA的功能及與疾病的關(guān)系、RNA-蛋白質(zhì)相互作用和調(diào)控機制如何?

圍繞上述這些前沿性科學問題，可應用多種模式生物及各種細胞模型，結(jié)合各類先進技術(shù)方法，著重進行以下幾方面內(nèi)容的研究:①新非編碼RNA發(fā)現(xiàn)、全基因組表達譜分析與相關(guān)功能鑒定;②非編碼RNA產(chǎn)生過程調(diào)控及其與細胞生命活動的關(guān)系;③非編碼RNA決定細胞命運與生理功能過程的調(diào)控機制;④非編碼RNA與物種進化及進化過程中物種間的相互關(guān)系;⑤非編碼RNA參與獲得性遺傳的功能及機理。

該研究方向?qū)@"決定細胞分化、增殖與凋亡和相應生物學過程的非編碼RNA調(diào)控"這一前沿性關(guān)鍵科學問題，開展RNA生理與遺傳功能機制研究，力爭使我國在非編碼RNA這一科學前沿領域取得針對性的突破并快速積累系統(tǒng)性研究資源與人才，既能躋身于國際先進行列，又能為人民健康等國家重大需求做出貢獻。此外，飛速發(fā)展的非編碼RNA研究，將以全新的、不同于經(jīng)典編碼蛋白質(zhì)的基因的角度與方式來詮釋包括人類在內(nèi)的各生物基因組，從而能夠更全面地在基因表達調(diào)控水平揭示決定細胞命運(包括細胞的分化、增殖與凋亡)，以及個體的生殖、發(fā)育和遺傳等的分子機制，最終將促進闡明各種復雜生命現(xiàn)象，并為重大疾病的干預、防治及藥物靶點研究等提供全新的思路與技術(shù)。

4.RNA結(jié)構(gòu)生物學

RNA分子在生命活動中發(fā)揮多種功能，包括編碼蛋白質(zhì)、調(diào)控基因表達和催化化學反應。許多RNA的功能是以其精細的三維結(jié)構(gòu)為基礎的。RNA結(jié)構(gòu)生物學以RNA及其復合物的三維空間結(jié)構(gòu)為核心研究內(nèi)容，在原子水平揭示RNA功能和代謝的分子機制。自從1974年解析了第一個tRNA結(jié)構(gòu)后，我們對RNA結(jié)構(gòu)的認識已經(jīng)取得了重要進展。許多核酶、核糖開關(guān)、核糖體、剪接體及大量RNA-蛋白質(zhì)復合物的高分辨率結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到解析。

該領域的關(guān)鍵科學問題包括:①RNA的結(jié)構(gòu)類型和折疊原理;②蛋白質(zhì)識別RNA的方式和原理;③大型RNA-蛋白質(zhì)復合物的結(jié)構(gòu);④RNA-蛋白質(zhì)復合物在體內(nèi)的組裝過程。目前該領域重要的問題包括研究非編碼RNA加工、運輸、代謝、功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)，核糖體和核糖體前體結(jié)構(gòu)，剪接體結(jié)構(gòu)，端粒酶結(jié)構(gòu)，基因編輯相關(guān)沉默復合物結(jié)構(gòu)等。

近些年來，中國RNA結(jié)構(gòu)生物學研究隊伍的數(shù)量和實力都有顯著的增長。未來的發(fā)展目標是:希望通過對RNA結(jié)構(gòu)生物學研究的重點支持，經(jīng)過5~10年的努力，集中力量解決若干重要的RNA結(jié)構(gòu)問題，在剪接體、核糖體、CRISPR/Cas復合物和端粒酶等重要RNA-蛋白質(zhì)復合物研究上取得重大成果;建立先進的RNA結(jié)構(gòu)研究平臺，充分利用最新的冷凍電鏡技術(shù)研究大型復合物結(jié)構(gòu);培養(yǎng)一批RNA結(jié)構(gòu)研究人才，建立有國際影響力的RNA結(jié)構(gòu)研究實驗室。

該領域的關(guān)鍵科學問題包括:①新的疾病相關(guān)非編碼RNA的系統(tǒng)發(fā)現(xiàn);②疾病相關(guān)非編碼RNA的功能及調(diào)控網(wǎng)絡;③非編碼RNA在新藥開發(fā)及疾病防治中的應用。

人民健康是實現(xiàn)"中國夢"的基礎和保障。隨著基因組、轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的快速進步，以及生物信息與大數(shù)據(jù)科學的交叉應用，對疾病和特定患者進行個性化精準診斷與防治成為可能。精準醫(yī)學是根據(jù)每個患者的個人特征量體裁衣式地制訂個性化診斷與防治方案，這對于提升疾病診治與預防的效果，提高人們的健康水平至關(guān)重要。

醫(yī)學領域非編碼RNA研究的總體思路是，以精準醫(yī)學為導向，以創(chuàng)新預防和精確診斷防治為目標，遵循"從病床到實驗室再回到病床"的原則，從臨床中發(fā)現(xiàn)問題，通過基礎研究揭示非編碼RNA在特定疾病的發(fā)生和發(fā)展過程中的作用及機制，最后以基礎研究的成果指導臨床實踐;圍繞人類重大疾病的預防、臨床診斷及防治中的難題，采用體內(nèi)外模型，篩選和鑒定疾病特異病理狀態(tài)相關(guān)的非編碼RNA及其相互作用分子，探索其對疾病表型的調(diào)控作用及機制，最終闡明疾病中非編碼RNA的功能及調(diào)控網(wǎng)絡，加深人們對于疾病發(fā)生、發(fā)展機制的認識，為疾病的精確診斷和防治提供新的策略。

在此基礎上，加強與臨床應用緊密相關(guān)的非編碼RNA藥物的研發(fā)及相關(guān)藥理學研究，加快非編碼RNA基因資源及技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化應用，提升我國生物醫(yī)藥領域的持續(xù)創(chuàng)新能力。

非編碼RNA與疾病領域前沿方向主要包括:如何發(fā)現(xiàn)與鑒定細胞中與重要疾病相關(guān)的非編碼RNA?非編碼RNA如何調(diào)控疾病的發(fā)生和發(fā)展，其功能及作用機制是什么?疾病相關(guān)非編碼RNA的轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)運、加工及修飾如何被調(diào)控?非編碼RNA能否用于疾病的診斷及防治，其安全性和效果如何?圍繞這些前沿方向，未來非編碼RNA醫(yī)學領域應重點開展以下研究:①新的疾病相關(guān)非編碼RNA的系統(tǒng)發(fā)掘;②非編碼RNA調(diào)控疾病發(fā)生和發(fā)展的分子機理;③疾病相關(guān)非編碼RNA的表達調(diào)控機制;④以非編碼RNA為基礎的轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究;⑤高質(zhì)量的非編碼RNA-疾病整合數(shù)據(jù)庫。

綜上所述，圍繞"疾病發(fā)生發(fā)展過程中的非編碼RNA的功能及調(diào)控網(wǎng)絡"這一前沿關(guān)鍵科學問題，以常見疾病為模型，建立一系列創(chuàng)新性的RNA組學研究平臺和技術(shù)體系，解析一批新的與病理性狀相關(guān)的非編碼RNA的生物學功能及其機制，揭示人類重大疾病中的"RNA調(diào)控網(wǎng)絡"，更全面地闡釋疾病的發(fā)生機理，發(fā)現(xiàn)新的疾病防治靶點。同時，尋找可作為分子標記物的非編碼RNA，將非編碼RNA應用于疾病診斷、預后與治療。本方向研究旨在使我國在疾病相關(guān)非編碼RNA研究領域取得突破性進展，在國際上占有一席之地，為重大疾病的干預及防治提供新的思路與技術(shù)，為人口健康等國家重大需求做貢獻，并為我國培養(yǎng)一批相關(guān)領域的優(yōu)秀人才。

6.非編碼RNA與農(nóng)學

目前植物小RNA的生物學功能和作用機制的研究主要集中在模式生物方面，對除水稻外的作物研究較少。植物IncRNA的研究則尚處于起步階段，有大量重要的科學問題有待回答。

關(guān)鍵科學問題包括:①植物中小RNA的作用機制和功能;②植物中IncRNA的作用機制和功能;③決定農(nóng)作物復雜性狀的非編碼RNA的功能及其受生物和非生物等環(huán)境因素調(diào)控的分子機制;④非編碼RNA信號在不同物種間傳播的功能和機制;⑤非編碼RNA在作物育種中的應用基礎研究。

圍繞該領域的關(guān)鍵科學問題，充分發(fā)揮國內(nèi)已從事相關(guān)研究的團隊的專業(yè)特長，積極開展與其他研究領域(包括植物發(fā)育、抗逆、作物育種和植物保護等)專家的合作，建立一個資源共享和分工協(xié)作機制，增強植物RNA研究領域的綜合研究力量，為主要農(nóng)作物和重要經(jīng)濟作物育種提供理論基礎和資源材料。

該領域的前沿方向及研究內(nèi)容包括:①植物中小RNA的作用機制和功能;②植物中IncRNA的作用機制和功能;③植物中非編碼RNA的發(fā)現(xiàn)、分類與相關(guān)功能鑒定;④植物中非編碼RNA自然變異的鑒定和利用;⑤植物中不同種類非編碼RNA之間的相互作用及功能;⑥植物中非編碼RNA信號在不同物種間傳播的功能和機制;⑦植物中非編碼RNA在分子設計育種和轉(zhuǎn)基因育種中的價值驗證和評估。

我們希望通過對植物RNA研究的持續(xù)資助，經(jīng)過5~10年的發(fā)展，實現(xiàn)以下發(fā)展目標:①在植物非編碼RNA的機理研究方面，取得5~10項突破性的研究進展;②獲得若干個在重要農(nóng)藝性狀形成方面起到重要作用的非編碼RNA;③在非編碼RNA在改良重要作物農(nóng)藝性狀的應用方面有所突破;④保持和增強我國植物非編碼RNA的研究水平和實力，擴大RNA研究規(guī)模，形成一支有各自研究特色、專業(yè)特長互補和密切協(xié)作的研究團隊。

7.非編碼RNA研究中的新方法和新技術(shù)

非編碼RNA領域是以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動的高速發(fā)展的現(xiàn)代生物學前沿。為滿足非編碼RNA研究高速發(fā)展的需求，我們需要建立以非編碼RNA為核心的新方法、新體系，以解決我們系統(tǒng)深入認識RNA世界的最主要的限速步驟。

我們預計未來10年內(nèi)亟待解決的非編碼RNA技術(shù)問題包括:①高通量精確解析非編碼RNA及其各種共價修飾的時空分布和調(diào)控機制的技術(shù)和研究體系;②研究非編碼RNA功能的生物物理和生物化學機制的技術(shù);③可視化RNA分子探針技術(shù);④非編碼RNA的應用。

目前針對非編碼RNA的研究還是主要集中在發(fā)現(xiàn)非編碼RNA基因和鑒定其生物學功能。雖然諸如蛋白質(zhì)組學、化學生物學、基因組學和生物影像等學科的最新成果為開發(fā)針對RNA的新技術(shù)、新體系提供了大量的知識和技術(shù)儲備，但非編碼RNA研究的技術(shù)體系還需除借鑒DNA和蛋白質(zhì)研究方法以外的創(chuàng)新性研究。就這一點而言，國際國內(nèi)之間的差距不大。而我國在生物物理化學、化學生物學、基因組和功能基因組學各領域都已經(jīng)具有一定的基礎，在某些方面甚至具有優(yōu)勢。所以，我國應該抓住這個戰(zhàn)略機遇，謀求在非編碼RNA這個新興領域的起始階段取得創(chuàng)新性成果，爭取領先優(yōu)勢。為此，我們需要大力促進學科交叉，培育多方面人才研究和應用非編碼RNA。

該領域的前沿方向包括:①開發(fā)新的功能基因組技術(shù)和研究體系，解析非編碼RNA及其各種共價修飾的功能和調(diào)控機制;②開發(fā)以非編碼RNA為中心的生物化學生物物理技術(shù)，研究非編碼RNA的結(jié)構(gòu)和與其他生物大分子相互作用的機制;③開發(fā)可視化活細胞RNA分子探針的技術(shù)，探索非編碼RNA表達、轉(zhuǎn)運及定位與正常生理和疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)系;④利用非編碼RNA的性質(zhì)和功能，建立促進基礎和應用研究的新技術(shù)。

圍繞上述亟待發(fā)展的前沿方向，著重推動以下幾方面內(nèi)容的研究:①高通量準確鑒定非編碼RNA時空表達及其調(diào)控機制的技術(shù);②定點、定量檢測和鑒定非編碼RNA轉(zhuǎn)錄后加工、修飾、功能和識別蛋白質(zhì)的方法;③鑒定與解析非編碼RNA與生物大分子相互作用的技術(shù);④解析非編碼RNA結(jié)構(gòu)的技術(shù);⑤單分子標記和生物影像學方法;⑥開發(fā)適合非編碼RNA研究的模式生物;⑦開發(fā)應用非編碼RNA的新技術(shù);⑧研究和應用非編碼RNA的新試劑、新儀器。

本研究方向旨在開發(fā)研究和應用非編碼RNA的新方法、新體系，以期全面深入、系統(tǒng)高效地探索和利用非編碼RNA的生物學功能。根據(jù)國內(nèi)科研目前在部分領域的積累和優(yōu)勢，力爭經(jīng)過5年左右的發(fā)展，在非編碼RNA結(jié)構(gòu)、與蛋白質(zhì)相互作用、RNA分子標記和單分子影像檢測、以非編碼RNA為核心的功能基因組學和非編碼RNA的應用等多個研究方向建立新的方法和技術(shù)。我們還預期開發(fā)出一些新的適合于非編碼RNA研究的模式生物和試劑儀器。這些方面的進展將有力地提高我國在非編碼RNA這一新興研究方向上的實力，占據(jù)科學前沿，提高我國的科技創(chuàng)新能力。同時，以基礎科學前沿為目的的方法和技術(shù)的創(chuàng)新，往往可以帶動科學技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和商品化，從而創(chuàng)造我國高科技行業(yè)新的生長點。

縱觀非編碼RNA研究的歷史，盡管過去已取得了輝煌成就，比如在RNA干擾引起基因沉默機制方面的研究成果獲得了諾貝爾獎，但是更多的問題仍然沒有答案，尤其是各類非編碼RNA的功能方面的研究引起了學術(shù)界的極大關(guān)注。值得注意的是，在非編碼RNA研究的許多方面，如IncRNA的研究，國際上也剛剛起步。這對于中國科學家來說，既是挑戰(zhàn)也是機遇。因此，我們建立了以從事RNA相關(guān)研究的院士及中青年科學家為主的RNA戰(zhàn)略研究專題組，集中于非編碼RNA分子機理和對細胞命運的調(diào)控方面，凝練重大科學問題，提出新概念和新思路，并對我國RNA研究戰(zhàn)略部署提出若干建議。

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