植物发育与生殖：前沿科学问题与发展战略 ——香山科学会议第479次学术讨论会综述
为了系统分析植物发育和生殖领域的研究现状和发展趋势，凝聚新时期我国植物发育和生殖领域的重大科学问题，前瞻性地提出适合我国植物生命科学学科发展的科研方向，规划我国在该领域学科发展的国家战略布局，2013年11月27至28日在北京召开了主题为“植物发育与生殖：前沿科学问题与发展战略”的香山科学会议第479次学术讨论会。北京大学许智宏教授，中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋研究员、薛勇彪研究员、李传友研究员，复旦大学马红教授，中国科学院植物生理生态研究所薛红卫研究员担任执行主席。来自植物发育与生殖领域的近40位中、外专家出席了此次会议。
许智宏教授以历次召开的植物发育领域的香山科学会议为主线，回顾了近20年来我国植物生命科学学科的发展历程并明确了本次香山会议的主要任务。他指出，从总体上看，上世纪90年代以前，我国植物发育生物学学科发展水平在世界上处于相当落后的地位。上世纪90年代以来，一大批青年才俊回国效力，为振兴我国植物生命科学提供了契机。1996年召开的主题为“植物发育调控的分子机理”的香山会议以及2006年召开的主题为“植物激素与绿色革命”的香山会议，对于推动我国植物发育生物学全方位的学科发展发挥了重要作用。召开本次香山会议，旨在交流植物发育与生殖研究的国内外最新前沿进展，面向国家需求研讨我国植物发育与生殖研究的发展战略与具体部署。
李家洋研究员指出，过去20年来，特别是近10年来，我国植物生命科学的学科发展是我国社会发展和综合国力全面提升的一个缩影，经历了从跟踪性研究、到全面快速提升、到许多方面赶超国际先进水平的发展历程。当前，我国植物生命科学学科领域呈现人才辈出、全方位快速发展的良好局面。召开本次香山会议，对于推动我国植物生命科学在不久的将来全面引领世界先进水平具有重要意义。
李家洋研究员作了题为“植物发育研究的回顾与展望”的主题评述报告。他首先从植物发育的模式、植物发育模式产生的机制以及植物发育的可塑性三个方面系统回顾了植物发育生物学研究的总体进展。在此基础上，他论述了植物发育研究的重要发展趋势，指出在生态环境不断恶化、能源短缺形势严峻、农业可持续发展面临严重挑战的大背景下，我国的植物发育生物学研究应注重如下研究方向的布局：1）在不同环境条件下的植物生长发育及适应性机理；2）激素影响植物对环境适应性的调控机制；3）植物与微生物等其它生物的互作研究；4）植物对全球气候变化的响应；5）植物进化发育和进化基因组研究。他还特别就后基因组时代的植物发育生物学进行了展望，指出以新一代测序技术、超分辨显微镜技术、单分子技术、基因组编辑技术、质谱技术、代谢物痕量测定技术、基于图像处理的高通量表型鉴定技术为代表的新技术的发展为许多重大植物发育生物学问题的研究提供了可能，为此植物发育研究的模式和技术手段必须做相应的转变。他也明确指出了后基因组时代我国植物生命科学学科发展面临的重要挑战性课题，一是要加强“大数据时代生物学研究中的数据分析及可视化”的能力建设，二是要重视合格青年科学人才的培养。
马红教授作了题为“植物生殖研究的回顾与展望”的主题评述报告。他把植物生殖发育的研究总结为以下几个方面：植物生殖发育研究发现了一批重要基因；初步建立一批相互作用网络；转录组分析揭示了分子表型；其它植物具有功能相似的同源基因。指出了存在的一些问题：重要基因/蛋白的靶基因/蛋白了解甚少；大部分基因在其它植物的同源基因功能未知；基因/蛋白相互作用网络需要进一步拓展；功能冗余导致遗传分析工作量大；细胞生物学信息有限；营养期的重要功能阻碍了生殖期的功能分析等等。随后马红教授对我国未来植物生殖发育研究的发展趋势进行了展望，包括：利用基因组编辑改变多个基因功能；运用蛋白组学、建立代谢组学调控网络；细胞生物学的广泛运用；生殖期特异功能研究；活体细胞研究蛋白功能动态特征；植物蛋白的结构生物学研究；多种环境因素对生殖发育的影响；比较组学研究基因的保守与差异；自然环境生殖发育；生殖与生态的关系。马红教授对我国植物科学发展提出了如下建议：遗传很重要，要深入，也要运用其他方法；表型很重要，要细致，也要利用分子手段；互作很重要，要加强，也要采用计算方法；模式很重要，要增加，也要发展更多植物；微观很重要，要继续，也要关注进化生态；问题很重要，要提高，也要探索研究方法；学习很重要，要努力，更要大胆开创新地；工具很重要，要传承，更要用于开拓创新。
会议围绕以下四个中心议题进行了学术报告与交流：
一、 植物配子体发生与发育
二、 植物传粉受精与生殖障碍
三、 植物干细胞发生和维持
四、 植物器官发生和形态建成
与会专家在报告交流的基础上，分别围绕上述四个中心议题进行了充分、深入的讨论。讨论过程中，与会专家发言踊跃、各抒己见、讨论热烈，碰撞出了许多学术思想的火花。会议在此讨论基础上进一步梳理、总结出了与会专家学术建议。
大家一致认为，近十年来，随着一大批中青年科学家的成长，我国植物生命科学领域的原始创新能力呈现全方位快速提升的良好势头。预计未来5-10年将是决定我国植物科学能否全方位取得国际领先地位关键发展阶段。本次香山会议的召开，促进了不同学科专家之间的交流，并对相关领域未来发展中的重大前沿问题做了深入研讨，加强了顶层设计，前瞻性地提出了适合我国植物科学学科发展的科研布局，将进一步推动我国植物科学总体研究水平的全面提升。
五、 会议总结
许智宏教授和李家洋研究员在会议总结发言中对中青年科学家提出了以下几方面的建议：
1）植物科学家肩负国家使命，要加强社会责任感。从国内看，尽管我国粮食生产取得了10连增的成绩，但在生态环境恶化、能源紧张、耕地资源有限的大背景下，保障国家粮食安全的形势依然严峻。从国际形势看，针对中国植物生命科学迅速崛起的现状，以美国为代表的发达国家已经制定了未来10年在农业和生命科学领域引领全球的战略规划，中国植物生命科学学科发展面临激烈的国际竞争。对此植物科学家要有清醒的认识，倍加珍惜良好的发展环境和发展机遇，肩负起全面振兴祖国植物科学的重任。
2）加强科技成果的转移转化意识，把模式植物上取得的成果应用到作物上。生殖、发育过程是作物产量形成的基础，这方面的研究在作物遗传改良中有直接的应用价值。要善于把拟南芥、水稻等模式植物上取得的研究成果应用到作物遗传改良的实践中，也要勇于直接用重要农作物作为模式植物开展相关研究。
3）加强研究工作的系统性。在下一步的发展中，科学家要特别注重研究工作的系统性。避免大而全，要有所为有所不为，进一步集中研究的目标，进一步突出研究的特色，在自己擅长的领域做出系统性的、有重要影响的工作。
4）要勇于创新、敢于挑战科学难题和重大科学问题。科学无禁区。在科研选题时，要敢于突破传统思维框架的束缚，敢于挑战科学难题和重大科学问题，做出原创性和独创性的工作。
5）善于从整体上考虑问题。要注意我们的研究对象是生长在不断变化着的自然环境中的复杂的生命体。随着研究的深入，要更善于从整体上考虑问题，避免片面、孤立地考虑问题。要注意植物和时刻变化着的环境之间的通讯和协调机制、植物地上部和地下部的通讯和协调机制、器官之间的通讯和协调机制、相邻细胞之间的通讯和协调机制、细胞内部核、质之间、不同细胞器之间的通讯和协调机制。
6）注重研究平台条件的建立和完善，注重新技术、新方法、新手段的运用。在后基因组时代，新概念、新技术、新手段层出不穷、日新月异，要善于把这些新技术新手段运用到研究中。在发育生殖领域的研究中，要特别注重细胞生物学手段的运用，要注重通过学科交叉发展新的研究手段，要特别注重大批量数据的存储、处理、分析和利用。要重视相关技术人才的培养、引进和稳定。
7）立足当前，放眼未来，注重青年人才的培养。青年学生是未来的希望所在，要善于激发他们对大自然的热爱和对植物科学的兴趣，培养他们的社会责任感和使命感，培养他们的综合素质和能力，为后基因组时代国家生命科学的发展培养合格的青年人才。
与会专家建议：
1）面向国家粮食安全和农业可持续发展等重大需求，注重以重要农作物为模式开展生殖发育相关的研究。特别关注那些在国家科技发展规划中尚未部署的作物。比如茄科作物中的番茄是研究果实发育和成熟过程的独特的模式植物；茄科作物中的马铃薯具有巨大的产量潜力，是研究块茎发育的重要模式植物。这两种作物的基因组都已解读，在发达国家颇受重视，但目前我国在这方面的研究相对薄弱。比如禾本科的狗尾草具有超强的耐逆境能力，和原产我国的谷子能够进行杂交等遗传操作，是比较C3/C4植物光合作用机理的重要模式植物；比如芸薹属植物中的芥菜、甘蓝、菜薹等是具有中国特色的蔬菜作物，可以利用拟南芥基因组和相关技术平台对其进行深入研究。
2）从干细胞调控的角度加强植物发育可塑性的研究。不能移动的特点决定了植物必须通过调控生长发育的进程来适应复杂多变的外界环境。和动物相比，植物在长期的进化过程中形成了以胚胎后发育为主的形态建成模式，因而其生长发育过程具有动物所无法比拟的可塑性。植物生长发育的这种超强的可塑性从根本上来讲是由干细胞发育的可塑性决定的。特别是在生态环境不断恶化、资源短缺形势严峻、农业可持续发展面临挑战的背景下，更应该加强从干细胞调控的角度研究在不同环境条件下的植物生长发育及适应性的机理。
3）加强激素影响植物对环境适应性的调控机制研究。激素调控植物生长发育和对环境适应性的方方面面。植物激素作用机理的研究是当前植物生命科学的热点领域，我国科学家在该领域的研究具有重要国际影响。建议以模式植物和重要农作物为材料，综合采用多学科交叉的手段，从激素代谢、信号转导、激素间信号互作等不同的层面系统研究激素发挥其生物学效应的分子基础，阐明激素调控植物器官形成和对非生物环境适应性的分子机制，达到全面深入认识植物生长发育基本规律的目标。
4）加强从代谢调控的角度研究植物生长发育和作物产量形成机理。多种多样的代谢过程是植物生长发育、特别是可塑性生长发育的内在基础和驱动力。除了关注传统的碳氮代谢等营养代谢外，也要关注能量代谢研究。要通过对C3与C4植物在光能利用效率和光合作用机理等方面的差异研究探索提高作物光合效率的新途径。利用谷子、狗尾草等C4植物为模式研究C4水稻等重要作物的改造途径。
5）加强植物与微生物等其他植物互作的研究；加强植物对全球气候变化响应机理的研究；加强植物进化发育和进化基因组研究。
6）创新技术平台的建设、亚细胞、细胞及组织水平的特异分子标记的创建是目前制约我国植物发育与生殖研究的瓶颈，需要统筹安排、着力解决。
