高立志——基因组学专家

科学研究：

研究方向：

1．比较功能基因组学 (Comparative and Functional Genomics)、蛋白组学(Proteomics) 和群体基因组学 (Population Genomics)。

1) 禾本科（稻属、短柄草属）和山茶科植物 (山茶属：茶树、油茶和茶花) 中重要农艺性状形成、重要天然产物生物合成的基因组学基础和新基因发掘；

2) 禾本科和山茶属植物基因组的起源、变异、结构、功能与进化；

3) 水稻和短柄草近交代换系的构建及重要驯化相关基因的克隆、功能鉴定与利用研究；

2．进化基因组学 (Evolutionary Genomics) 与系统发育基因组学(Phylogenomics)。

1) 用理论群体遗传学和谱系地理学方法研究水稻、茶树、茶花、油茶、樱桃等重要经济植物的起源、驯化、基因组的人工选择及其野生近缘植物的群体进化历史；

2) 近缘植物基因组之间的基因组渗入 (genomic introgression) 及其进化后果；

3) 植物多倍体的人工合成、表达与功能分化的基因组学基础及其进化机制；

4) 重要植物类群的系统发育基因组学；

3．生物信息学 (Bioinformatics)、分子进化 (Molecular Evolution) 与系统生物学(Systems Biology)。

1) 基因组大小 (genome size) 的变异、适应与进化；

2) 转座子的变异、进化及其对基因表达与功能的影响；

3) 基因重复 (gene duplication) (包括全基因组重复) 后重复基因 (duplicated gene) 的命运、进化机制及基因组进化；

4) microRNA 的起源及其在基因组调控、表达网络中的适应性进化机制；

4．生态基因组学 (Ecological Genomics)。

1) 在基因组、转录组、代谢组和蛋白组等水平上，研究包括青藏高原在内的中国西南地区不同特殊生境下与环境变化相关基因的生态适应与进化；

5．野生稻和野生茶树的保护与种质基因组学 (Conservation and Germplasm Genomics)。

承担科研项目情况：

1．中科院知识创新工程方向性重点项目：重要野生禾本科植物的比较基因组学和重要功能基因的研究，2007-2009，项目主持人。

2．国家“973 ”重大项目子专题：重要栽培植物与家养动物的人工选择与基因组进化，2007-2012，子专题负责人。

3．中国科学院昆明植物研究所人才引进启动项目：水稻等栽培植物的进化与比较功能基因组学研究，2007-2010，项目主持人。

4．中国科学院昆明植物研究所创新三期领域前沿重点项目：云南大叶茶的种质资源与基因组学的初步研究，2008-2012，项目主持人。

5．中国科学院“百人计划”之“引进国外杰出人才”择优支持项目：云南大叶茶、云南山茶和油茶的起源及其比较功能基因组学研究，2008-2012，项目主持人。

6．云南省应用基础研究重点项目：云南大叶茶的起源及其重要品质相关基因的比较功能基因组学研究，2009-2011，项目主持人。

7．云南省高端科技人才引进项目（20080A009）：云南大叶茶重要品质相关基因的比较功能基因组学研究，2009-2011，项目主持人。

8．国家自然科学基金NSFC-云南联合基金项目：油茶、云南大叶茶和云南山茶种质资源的保护和比较功能基因组学研究，2010-2013，项目主持人。

9．云南省自然科学基金重点项目：云南普通野生稻种质资源和基因组学的初步研究，2011-2013，项目主持人。

10．栽培稻及野生近缘植物的进化与比较功能基因组学研究，2007-2010，项目主持人。

科研成果：

1．稻属的系统与进化生物学研究葛颂; 张大明; 高立志; 李常宝; 洪德元; 钱韦; 张寿洲; 谢中稳【科技成果】中国科学院植物研究所 2001-05-30

2．中国三种野生稻的群体遗传学和保护遗传学 高立志; 葛颂; 董玉琛; 洪德元; 贾继增【科技成果】中国科学院昆明植物研究所; 中国科学院植物研究所; 中国农业科学院作物科学研究所 2010-05-20

媒体报道一：

走在植物种质资源研究前列的人

——记中国科学院“百人计划”研究员高立志

高立志博士，现为中国科学院昆明植物研究所研究员、博士生导师，中国西南国家种质资源库植物种质资源与基因组学研究中心主任，云南省留学人员联谊会理事。于2008年入选中国科学院“百人计划”，并于同年提前获得“引进国外杰出人才”的择优支持。他于2008年11月入选云南省首届引进高端科技人才并获得云南省高层次科技人才培引工程专项人才基金的支持。

高立志博士1968年出生于云南大理，白族，中共党员。1991年在云南大学生物系获得理学学士学位，1994年在云南大学生物系获得理学硕士学位，1997年在中国科学院植物研究所洪德元院士指导下获得理学博士学位，1999年在中国农业科学院董玉琛院士指导下完成博士后研究。从1999年至2004年先后在美国华盛顿大学（圣路易斯）生物学系、佐治亚大学遗传学系、密西根大学（安娜堡）生态与进化生物学系和德克萨斯大学休斯顿分校人类遗传学中心作博士后研究；2005年起在美国休斯顿大学任研究助理教授。他的研究涉足了基因组学、生物信息学、群体遗传学、进化生物学、保护遗传学、分子生态学、植物种质资源学和作物遗传育种学等众多学科并做出了世界一流的突出成绩，所发表的40多篇论文在近5年内在SCI就被引用了320多次。

近十多年来，高立志博士对我国稻属植物的群体遗传学和保护遗传学深入系统地研究并取得了国内外公认的业绩。我国拥有世界上丰富的栽培稻品种资源和独一无二的野生稻资源，开展稻种资源保护的基础研究事关我国水稻育种和稻米粮食安全。他和合作者在从1994年至今累计时间长达30个月的野外考察期间，对分布于我国广东、广西、云南、湖南、福建、海南和江西的普通野生稻、药用野生稻和颗粒野生稻三种野生稻的约四百个自然生境和濒危状况进行了广泛的调查和取样，抢救收集了两千多份野生稻资源并保存于国家野生稻圃和植物园中，采集了约二百多个天然居群四千多个个体的分子材料，继而提取基因组DNA构建和保存了它们的DNA库。作为继1978－1982年全国野生稻普查后最早的全国范围内考察，他们首次报道了中国三种野生稻中“普通野生稻濒危程度最高，药用野生稻和颗粒野生稻分别次之”的濒危状况，记载了调查居群的生境与濒危状况的翔实资料。通过重点对育种利用价值最大而濒危程度最高的普通野生稻进行了全国范围内的种群生态学和繁殖生物学调查和研究，推测其致濒的主要原因是生境恶化而引起遗传学意义的濒危。至少部分地据理于申请人和合作者上述野生稻的开拓性野外调查所获得的第一手资料，在袁隆平等专家建议下农业部于2001年启动了我国野生稻的原生境保护项目，继而一批全国政协委员也呼吁各级政府，使得目前我国野生稻的原生境保护协作网在南方各省逐渐形成。

国际社会对野生稻资源保护的关注和努力由来已久，但在他们涉足本领域研究之前，人们对其保护遗传学只有相当零碎的了解。其症结在于，包括中国在内的世界范围内，对野生稻群体遗传学的研究十分薄弱，阻碍了科学保护对策的制定。高立志和合作者基于上述的大量野外考察和取样，对中国稻属物种群体遗传学和保护遗传学的研究取得了一定的创新和突破。其一，他率先对中国的亚洲栽培稻、普通野生稻、药用野生稻和颗粒野生稻开展了全面的群体遗传学和分子生态学研究，深入调查了它们的遗传多样性水平、群体遗传结构及其影响的进化要素。基于对中国野生稻不同的濒危状况和保护遗传学的研究结果，提出了原生境保护和进一步资源收集保存的策略；其二，以物种和群体的遗传变异水平最高但濒危程度也最高的普通野生稻为模式进行研究，他对生态地理上大尺度的居群取样比较发现，生境的破碎化会促进近交或内繁育，导致遗传多样性的丢失。这一结果被对发生着遗传侵蚀的北缘东乡野生稻居群在不同历史时期观察到的遗传结构的巨大变化进一步所印证，为生境恶化而引起遗传学意义的濒危的推测找到了可靠证据，提出了野生稻遗传多样性的保护必须关注其整个物种栖息地的较大区域保存的建议；其三，他用微卫星DNA变异对普通野生稻和药用野生稻进行了群体遗传学比较分析，提出在实施野生稻原生境保护和绝灭群体的原生境回归过程中，必须充分地考虑维持其历史上十分重要的进化和生态学过程，包括较高水平的异交、较强的基因流动和较大的有效群体大小；其四，他在国际上率先用母子两代样品对普通野生稻的边缘群体进行了深入的群体遗传学研究，研究发现边缘群体与中央群体遗传结构明显不同，表现在较低的遗传变异水平、较剧烈的遗传分化和较高水平的内繁育；最后，用在水稻基因组上具有广泛代表性的微卫星DNA位点，他首次对保存在我国基因库和野生稻圃的亚洲栽培稻、普通野生稻、药用野生稻和颗粒野生稻的广泛取样开展了深入的遗传变异和群体结构的分析，为我国稻种资源的进一步保护和利用提供了重要的依据。基于对中国野生稻的居群遗传学和保护生物学研究，高立志系统地提出了我国开展野生稻原生境保护建议遵循的原则，为我国后来野生稻原生境保护进一步立项和目前的保护区建设提供了基本的依据，并较为详尽地提出了不同野生稻具体保护的区域、地点和理由等建议，大多已被纳入到我国当前的野生稻原生境保护体系中。

鉴于对中国野生稻的群体遗传学研究与保护方面作出了一定成绩，高立志被联合国粮农组织（FAO）国际植物遗传资源研究所（IPGRI，现名为Biodiversity International）授予了1999年度Vavilov-Frankel Fellow的荣誉称号, 还连续地得到了瑞典国际科学基金会（IFS）的两项荣誉资助。他的研究结果已在国际著名刊物上发表相关论文二十多篇，被本领域国际主流刊物发表的论文他引近二百次，其中被与稻属研究相关的文献他引超过了百余次，几乎涵盖了自从他们的工作发表后国际上其他科学家发表的大多数论文，得到了国内外同行专家的好评。他还致力于我国野生稻优异基因资源的发掘与育种利用研究，为“滇超1号” 和“滇超3号”等水稻新品种的培育做出了贡献。

近九年来，高立志致力于十多个植物、真菌和动物基因组的转座子、基因重复和 microRNA的生物信息学和基因组学的系统深入研究并取得有重要国际影响的原创性成果，在基因重复与转座子等在植物基因组结构、进化与功能的贡献等方面取得一些独到的见解。以第一或通讯作者在 Science 等世界一流的学术刊物上发表研究论文，发表后很快被PNAS，PLOS GENETICS，NATURE BIOTECHNOLOGY等刊物的研究论文作为重要文献引用近五十次，并被NATURE REVIEWS GENETICS, ANNUAL REVIEW OF GENETICS等国际遗传学界的几乎所有顶尖综述性刊物所引用，其科学意义业已产生了重要的影响，并还将激发大量的后续研究。作为具有国际影响的科学家之一，他常年担任PNAS等二十多个重要国际刊物的论文审稿人，并应邀担任The Open Ecology Journal 和 The Conservation Biology Journal 两个国际期刊的编委。迄今他主持或参加完成了中国和美国二十多个国家和省部级重要项目。

高立志于2008年被国家重大科学工程“中国西南野生生物种质资源库”正式引入后，作为研究中心主任创建了“植物种质资源与基因组学研究中心”，卓有成效地推动着重点学科“植物种质资源与基因组学”在我国的建设与发展。瞄准国家和云南对油茶、茶叶、茶花和禾草基因资源的重大战略需求，他有志于立足中国西南建立具有国内外竞争力的“云南重要经济植物种质资源与基因组学”创新研究团队，为持久地发掘利用云南丰富多彩的植物种质资源、为建设一个美丽富饶的七彩云南献出自己的智慧和力量。

媒体报道二：

高立志：我国“北上西移”破解生物质能与民争地

中国园林网8月27日消息：专访中科院昆明植物研究所中国西南野生生物种质资源库副主任高立志

随着人类对能源需求的不断增长，化石能源供应紧张问题日益突出。在这种情况下，人类开始将目光投向生物质能源的研究和开发，这也是人类急需的替代石油资源的最可能途径。那么，我国的生物质能源产业将遵循什么样的发展道路？带着这个问题，记者近日采访了中科院昆明植物所中国西南野生生物种质资源库副主任高立志。

“我们还发现大多木本油料植物种类都是热带与亚热带区系起源的，而我国的边际性土地资源大多在北方和西部，所以我们确定将解决一些特色战略性木本油料植物的抗旱与抗寒作为主攻方向，目的是推动其战略北上与西移。

发展生物质能

不能再落后于别人

中国能源报：中国西南野生生物种质资源项目（以下简称“资源库”）对我国生物质能源产业的发展有什么意义？

高立志：资源库是由中央政府、云南省政府和中国科学院共同投资建设的国家重大科学工程，依托我所，于2005年开工建设，2007年建成并投入试运行。在生物质能源的开发方面，我们试图通过开展云南红花油茶的种质资源与基因组学研究，旨在利用边际性土地资源发展高产和稳产的油茶，保障优质食用油的供给，替换一定面积的耕地发展高产油脂的油菜等作物来生产生物柴油。我们也正在木本油料植物中选择一些油脂成分与石油类似的“石油植物”（比如麻风树），开展种质资源与基因组学的研发，以期在这一领域能有所发展。

据统计，地球上每年通过植物（包括藻类）光合作用所合成的有机物（生物质）约2200亿吨，相当于人类每年全部能耗的10倍。因此，生物质液体燃料的研究和开发是目前最急需的，也是替代石油资源的最可能途径。

随着经济快速发展，我国已成为世界第二大能源消费国，面临的能源短缺和安全问题也日益突出。与此同时，由于我国去年在哥本哈根会议上做出了碳减排承诺，我国未来面临的减排压力也很大。在两种现实面前，我们依托于种质资源库承担的项目，收集保存的日益增加的野生植物种质资源，选择有潜力发展生物能源的木本油料植物种类，开展基础研究与应用基础研究。对现有的野生资源进行规划和分类开发，在选育出新的品种前，可以通过种质资源的普查与评价进行单株选育，适当予以有计划地规模化扩大种植，由此生产出的生物质能源可以有效地增加我国生物质能源的产量。这样一来，既能优化未来能源供应使用结构、解决能源短缺和安全问题，又有助于增加对碳减排的贡献率，完成我们既定的碳减排目标。所以这个项目对促进我国能源产业发展具有重大而深远的意义。

此外，其实包括我国在内的世界各国都是最近几年才提出发展生物质能源，所以这对于我国科研人员来说既是机遇与挑战，又是义不容辞的责任。如果说我国在以往一些科技领域的落后有诸多历史原因的话，在这样一个和欧美等发达国家几乎站在同一起跑线上的研究领域，我们就不能像以往一样还要落后于别人，甚至导致整个国家的生物质能源产业逐渐受制于人。只有这样，才能使这一学科和产业发挥出它应有的经济效益、政治效益、社会效益和军事效益。但是，很遗憾，我发现我们国家在这方面的重视程度不够，缺乏总体科技规划，步子不快，似乎已经有落后的迹象。

推动木本油料植物

战略北上与西移

中国能源报：目前，贵单位承担的资源库项目工作在选择生物质能源植物方面取得了哪些新进展？

高立志：在政府有关职能部门、中科院和云南省政府的大力支持下，这项工作取得了一定进展。

首先，基于我所周俊院士等以往对植物体内含油量的调查资料分析，我们发现在我国木本油料植物与草本油料植物种类的比例约为3:1，这促使我们将木本油料植物作为发展生物质能源的主攻方向。此外，我们还发现大多木本油料植物种类都是热带与亚热带区系起源的，而我国的边际性土地资源大多在北方和西部，所以我们确定将解决一些特色战略性木本油料植物的抗旱与抗寒作为主攻方向，目的是推动其北上与西移，这应该也是我国发展生态化的木本油料植物生物质能源的长期战略目标。

其次，我们选择了一些木本油料植物开展基因组测序等工作。其中最突出的一种木本油料植物就是油茶，特别是云南红花油茶。今年春天我们启动了云南大叶茶基因组测序计划。其实这和对油茶进行基因组研究的目标并不相悖，因为它们同为山茶属植物。一旦云南大叶茶的全基因组测序完成了，以此作为参考序列，会大大推动油茶基因组的测序。因此，基因组测序项目下一步的目标是油茶，尤其是转到出油率很高、品质优良的红花油茶的研究上。对于我国的油茶产业来说，基因组测序是必要的基础性研究工作。

最后，以丰富的植物资源着称的云南也是木本油料植物王国，高含油量植物种类居于全国之首。依此而言，种质资源库在云南的建成与投入运行对我国生物质能源产业的发展，特别是木本油料植物产业的发展的重要性是不言而喻的。

中国能源报：在利用木本油料植物开发生物质能源方面，国外有无比较成熟的先进经验可资借鉴？

高立志：由木本油料植物生产生物质能源是个世界性难题，大家都是刚刚起步，没有特别成熟的经验可以借鉴。根本的原因是以前的生物学基础研究薄弱。据我了解，很多国家如印度、马来西亚等国家很重视小桐子（麻风树）的科技投入，因为这种植物所含油脂成分与石油比较接近。我们国家也在资助这方面的研究，不少科学家也在多方面致力于小桐子的研发。

对中国生物质能源的开发而言，我觉得种树比在田里种东西更可行。在粮食与能源的双重压力下，在本来就稀缺的耕地上种植能源植物在我国是没有出路的，因为我们不可能只开车不吃饭。

木本油料植物开发

要坚持“两条腿走路”

中国能源报：目前，我国发展生物质能源面临的困难主要有哪些？有何应对策略？

高立志：面临的困难与问题不少，主要列举如下。

首先，我国人多地少，不能像西方发达国家那样，在耕地中大规模种植生物能源植物，也不能大量用耕地上种植的粮食作物（如玉米）和油料作物（如油菜和大豆）来发展生物乙醇和生物柴油，否则会形成因为发展生物能源而与人争地、与人争粮油的紧张局面，甚至会失控。

其次，木本油料植物大部分自然生长于热带亚热带地区，不适合在我国边际性土地资源较为富裕的北部、西部地区推广种植，严重制约其大规模的种植产业化的发展。

最后，木本油料植物不同于草本油料植物，它的生长周期更长，杂交育种缓慢，这是实现木本油料植物育种产业化面临的最大困难。

面对这些问题，我认为应该从以下几个方面去加以解决。

其一，首先我们应该对木本油料植物做一个全面而带有战略性的评估，对种类、含油量、资源分布等情况进行摸底调查，综合规划，分类开发。先到野外去发现、采集和开发有潜力的种类与优异种质，进行一定的扩繁，缓解我国对生物质能源紧缺但良种缺乏的尴尬局面，但这不意味着可以不重视基础研究了。事实上，对木本植物的研究难度远大于草本植物，这也是世界性难题，所以更值得重视基础研究。我们通常说“十年树木”、“十年磨一剑”，但正因为十年才能磨成一剑，所以我们的“剑”要早磨，也就是应该特别注重将基础研究、应用研究与现有野生植物资源的直接开发利用齐头并进。这需要政府整体规划、引导与投入，也需要有实力的企业的积极参与，促进其产业化发展。

其二，我国人多地少的国情，注定了我们不能走西方发达国家在耕地种植油料植物和粮食作物的老路，而应该充分利用边际性土地（如不适合耕种的林地、荒地等）种植木本油料植物，走有中国特色的生物质能源发展之路。此外，由于木本植物生长较慢，而我国的土地潜力较高的边际性土地资源也是有限的，我建议推行立体化种植模式，充分提高植物的光合炭能利用与转化的效率、土地利用的效率和空间利用的效率，实现立体化多层次种植。

其三，要大力培育木本油料植物新品种，拓展其种植面积和范围，提高其品质和产品附加值，落实综合开发和发展产业链群的思路。对我国以木本油料植物为主体的生物质能源产业来说，北方木本油料植物种类少，但资源量大，容易形成规模化产业。由于大多数木本油料植物分布于热带和亚热带区地区，要在北方和西部扩大种植面积和范围，需要解决抗旱、耐寒等生态适应性机制与新品种选育的问题。这一个问题在小桐子里不仅存在，而且也很严重。而在南方，则要突出资源丰富和生态多样化的特色与优势，解决产品的高附加值问题。因此，木本油料植物资源丰富的南方（如云南）最大的优势在于开展基础研究与应用研究，作为提供良种和良苗的基地。我国木本油料植物产业的持续发展，不能依靠单一的树种，需要种质资源与科技的强大支撑。

中国能源报：利用木本油料植物开发生物质能源工作下一步有何具体规划？

高立志：木本油料植物的开发是国家大计，的确需要认真考虑。我做得还很少，才刚起步。我建议要坚持“两条腿走路”。

“第一条腿”要抓紧做好木本油料植物种质资源的本底调查与研究工作，先把那些产量比较高而且质量也不错的植物种类进行系统调查、收集和分类开发，建立良种繁育基地，有计划、有重点地小规模直接利用。

“另一条腿”就是从模式木本油料植物的全基因组学测序这一最根本工作入手，构建遗传群体，开展群体基因组学研究，加上功能基因组学、代谢组学和蛋白组学等手段，解析重要的农艺性状与重要油脂成分的代谢途径，将常规育种和分子设计育种相结合，培育新品种系列。这个工作比草本的粮食作物水稻等晚了很多年，尽快做好这一步也是当务之急。

其实所谓“计划”说起来简单，但是做起来事无巨细，肯定不是我们这一代人可以完成。所以，我觉得依托于世界一流的科研项目坚持不懈地培养下一代的年轻优秀科学家，进行我国木本油料植物这一有特色的、有光明前途的生物质能源产业的研究与开发，是我从现在就已经开始着手实施的计划。

文章来源：《中国能源报》2010-8-27