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报告免费下载 | 2024国自然如何选题？中科院&科睿唯安《2023研究前沿》报告为您点亮成功之路！

2024-01-23

中科新生命

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在竞争日益激烈的国自然申请中，选题的策略与眼光显得尤为重要。面对日益增长的申请难度，如何找到一个既有创新性又具有研究潜力的课题成为申请成功的关键。中科院与科睿唯安共同发布的《2023研究前沿》报告为广大科研人员提供了洞察科研动向、跟踪新兴专业领域的明灯。

报告遴选的128个研究前沿包括110个热点前沿和18个新兴前沿，我们从中选取生物科学，农业科学、植物学和动物学，生态与环境科学3个与组学息息相关的学科领域为大家介绍。

作为生命科学研究重要的研究领域之一，生物科学领域一直是我们关注和摸索探讨的焦点所在，2023年报告中，小编发现近半数热点例如空间转录组技术、阿尔茨海默病的血液生物标志物、外泌体的生物学功能、铜死亡：铜诱导肿瘤细胞死亡机制、色氨酸代谢：疾病治疗新靶点都与组学研究息息相关，正向说明了组学技术在生物科学研究中的重要地位。

表1 生物科学领域Top10 热点前沿

表2 生物科学领域新兴前沿

空间转录组测序技术

空间转录组测序技术已成为了继单细胞测序技术之后的另一个生物技术研究热点。在 2020年和 2022年被《自然 - 方法》（Nature Methods）期刊评为值得关注的7大年度技术之一。 2023年6月26日，世界经济论坛发布了《2023 年十大新兴技术报告》，空间组学技术被评选为未来最有潜力对世界产生极大影响的十大新兴技术之一。空间转录组学时代已到来，空间组学开启生物医学新篇章，被誉为“生命科学”的下一个风口（链接：Science综述带你走进下一个风口——空间多组学）。

中科新生命技术团队潜心研究，打通了空间多组学从实验端到分析端的技术屏障，开发高端对齐整合算法，解决数据整合难题，可以通过对同一份样本连续切片，实现对相邻切片进行空间转录组、空间蛋白质组、空间代谢组数据的联合分析。帮助老师们从系统生物学维度，结合不同层面的生物学信息，多维度的对生物学规律进行系统解释，实现从空间维度进行表型→机制的全面揭示。（点击链接了解更多：“引爆”科研界 | 空间多组学重磅来袭）

阿尔茨海默病的血液生物标志物

阿尔茨海默病的研究，关注早期阿尔茨海默病新的血液生物标志物的发现。血液作为临床研究中重要的研究标本，具有易于采样、安全性高、蛋白分子含量丰富、可反映机体生理和病理状态等特点，在疾病早期诊断、预后指导等生物标志物研究方面具有重要的研究价值。随着质谱技术的发展，基于质谱的血液高通量组学技术正逐渐成为发现血液生物标志物的强有力的技术方法。血液生物标志物发现，不只是阿尔兹海默症研究，其在肿瘤研究，免疫疾病，心血管代谢性疾病，生殖领域等都有很强的需求。

中科新生命基于高通量质谱技术推出多维立体血液蛋白质组学方案：超高深度靶向蛋白组P7k/P11k（点击了解：重磅新品 | 超高深度靶向蛋白组P7k/P11k，突破血液蛋白组极限）、靶向 OLink 蛋白质组（点击了解：新品来袭 | 高敏微量OLINK蛋白质组赋能临床血液样本研究）、奥斯卡深度血液蛋白质组（点击了解：满腔热“血”——奥斯卡深度血液蛋白质组，突破血液蛋白质组学检测难题）、血液超大队列蛋白质组等，全面助力血液蛋白生物标志物发现；基于高通量质谱技术推出血液代谢组方案：血液非靶向代谢组、血液靶向代谢组（中长链脂肪酸、氨基酸及其衍生物、能量代谢、神经递质、胆汁酸等），全面助力血液代谢生物标志物发现。

外泌体生物学功能

外泌体生物学功能的研究首次入选热点前沿。外泌体存在于各种细胞类型中，包括肿瘤细胞。它们可以从多种生物体液中（如血液、尿液、唾液等）分离出来，其主要的作用是参与细胞间物质运输和信息传递，因携带大量特定的蛋白质、核酸、信号分子、脂质等可反映细胞水平的异常，并且与多种疾病的发生和发展过程密切相关，因此可用作疾病诊断的生物标志物。全球外泌体相关企业近1/3布局外泌体生物标志物体外诊断业务，根据BCC Research关于外泌体的研究报告，外泌体诊断市场预计将从2021年的5710万美元增长到2026年的3.219亿美元，2021年至2026年的复合年增长率为41.3%。作为新兴体外诊断技术，在肿瘤及其他多种慢性疾病的筛查和诊断等领域应用前景巨大。

中科新生命与中科新生命特聘技术专家顾问、美国普渡大学终身教授陶纬国老师深度合作、潜心研发，完成从外泌体提取、表征到数据挖掘的外泌体多组学一站式解决方案，提供外泌体“提取-表征-组学检测（蛋白质组、磷酸化修饰组、脂质组、miRNA）-数据挖掘”全流程服务，推动外泌体在精准医学领域的快速发展。（点击链接了解更多：外泌体多组学创新解决方案，精准、前沿的疾病诊断生物标志物）。

· 项目文章JEV（IF 21.224）| 外泌体内容物新发现！lncRNA编码微蛋白或代表细胞间通讯的一种全新机制

· 项目文章Bioactive Materials (IF 16.874) | 肌腱病疼痛难忍？看细胞外囊泡大显神威！

· 项目文章：外泌体蛋白质组学解析哮喘进程新机制

铜死亡

铜是所有生物体必需的矿物质营养素，是诸多生物过程的基础元素，包括线粒体呼吸、铁吸收、抗氧化、解毒过程等。最近报道称，铜也具有信号传导的作用，可在外部刺激下调节或触发几种生物途径。还有一些证据表明，铜可能在癌症疾病的病因、发生发展、严重程度和进展中发挥作用，目前已发现多种癌症患者的血清和肿瘤组织中的铜含量发生了显著改变。因此对铜的研究具有十分重要的意义，它也可能成为具有潜力的抑制癌症发生的靶点。铜死亡是一种不同于当前已知细胞死亡机制的新型细胞死亡方式，多组学研究必定会为探索铜死亡在相关疾病发展过程中的潜在机制提供强有力的支撑，为深入研究不同病理背景下铜死亡相关调控通路和相关疾病的临床治疗提供助力。

色氨酸代谢

色氨酸（Trp）是人体必需的氨基酸。色氨酸代谢包括芳香烃受体代谢途径（AhR Pathway）、犬尿氨酸代谢途径（Kynurenine Pathway）和血清素代谢途径（Serotonin Pathway），受肠道微生物直接或间接调节，其代谢产物具有免疫、代谢、神经调节功能，已成为各类疾病的治疗靶点。色氨酸代谢物作为菌群-宿主间的桥梁物质，实现了肠道菌群与药靶的贯通，为肠道菌群相关的研究在药靶方向的应用转化带来了新的机遇和可能性。中科新生命靶向代谢组—色氨酸代谢通路检测Kit,实现3条色氨酸代谢Pathway高深度覆盖，包含色氨酸、犬尿氨酸、吲哚、血清素、褪黑激素等25个检测指标，同位素内标法可实现绝对定量，适用血清/血浆、组织、粪便等多种样本类型，已助力客户发表多篇高水平文章，感兴趣的老师可以点击链接查看：

· 项目文章Gut Microbes（IF 9.434）| 肠道微生物竟是导致胆囊切除术后患者腹泻的元凶？

· 项目文章Cell Death Dis（IF 9）| 代谢组揭示色氨酸代谢-AhR通路对视网膜缺血/再灌注损伤的抗炎和神经保护作用

2023年报告中，小编发现农业科学、植物学和动物学领域居于前10的热点前沿分布广泛，涉及食品科学与工程、植物免疫调控、植物非生物胁迫响应机制、植物生长发育调控、动物营养等子领域。组学在各领域应用十分广泛，为提高作物产量、增进动物营养、提高食品质提供了有力的理论支持。

表3 农业科学、植物学和动物学领域Top10 热点前沿

表4 农业科学、植物学和动物学领域的1个新兴前沿

植物免疫调控

农田植物病害防治是农业发展中亟需攻克的重要课题，对粮食安全、生态安全、人民健康都有非常重要的意义。利用抗病基因进行抗病育种是防控植物病害最为有效的手段之一，其中最有利用价值且应用最广的一类是被称为 NLR 免疫受体的抗病基因，该类基因是植物免疫系统中最大的一类抗病基因。然而现实情况是，虽然距离 NLR 抗病基因被克隆已经将近 26 年了，但是学界对于 NLR 受体如何识别病原菌入侵以及如何启动抗病反应等问题还知之甚少，有很多重大科学问题值得研究。由此，NLR 免疫受体介导的植物免疫机制成为了植物免疫研究领域的热点前沿，并不断取得新进展。

· 项目文章Nature（IF 49.962）| 植物和病原菌“军备竞赛”！为水稻抗病育种带来新突破

· 项目文章Nature Plants（IF 17.35）| 植物学顶刊！四川农业大学采用转录和蛋白组发现水稻广谱抗性、稳产新基因

植物非生物胁迫响应机制

植物需要应对持续变化的环境,包括经常性的不利于植物生长和发育的胁迫环境。植物非生物胁迫(例如干旱、高温、冷害、营养匮乏、盐害以及土壤中铝、砷、镉等有毒金属毒害)是制约植物生长发育、影响作物产量和质量的关键因子，揭示植物应答胁迫的分子机理一直是人们长期探索的重大课题。植物逆境应答是一个复杂的网络调控过程，涉及多个分子层面的响应和变化，利用高通量组学技术研究植物抗逆机制，大规模、无偏见地筛选逆境相关的应答基因、蛋白和代谢终产物，是研究植物抗逆性的重要手段之一。基因-转录-蛋白-翻译后修饰（磷酸化、泛素化、N-糖基化、乙酰化等）-代谢（脂质组学、植物激素等）的有机整合，更有助于人们从整体上揭示植物胁迫应答机制。

· 项目文章J Hazard Mater（IF 14）| 中国水稻研究所采用蛋白组+PRM验证探究水稻耐重金属胁迫的分子机制

· 项目文章Plant Physiology (IF 8) | 西北农林黄建课题组发现菌根共生提高酸枣抗盐新机制

3植物生长发育调控

植物生长发育过程中，细胞在转录、翻译和代谢水平上的变化都可以用组学技术定性和定量的检测出来。因此，多组学联合分析可以从不同的维度更好地阐明细胞生命过程，获取植物生长发育从细胞到个体水平的动态变化情况，进而研究植物生长发育复杂机制，提高育种的效率和准确性。植物单细胞测序技术更是为深入理解不同细胞类型在发育过程中的作用以及细胞间的调控网络提供了可能。中科新生命可提供植物原生质体解离到数据挖掘全流程服务，为您的植物单细胞组学研究保驾护航！

· 项目文章New Phytologist （IF 9.4）| 山东师范大学利用TMT磷酸化蛋白组学探究拟南芥开花机制

· 项目文章Plant Physiology (IF 8.005) | 四川农业大学利用植物脂质组学等技术研究水稻雄性生殖发育机制

动物营养

在动物营养学中，营养物质代谢的生理、生化机制是最基本和最重要的研究内容。借助组学技术，可以研究营养分子的作用调控机制、发现分子生物标志物以及确定营养素添加量。饲料经过加工之后，其营养成分含量及其可消化性、抗营养因子的作用程度都会有所变化。借助组学技术可以研究饲料加工方法对营养物质利用率影响，还可以研究不同加工条件(方法、参数)处理后的饲料与进食未加工的饲料动物代谢反应的效应，准确评价加工方法的优劣。肠道是动物健康的第一道门户，运用组学技术评价饲用微生物在肠道定植和繁殖成优势菌群，能直接反应出动物体内代谢过程对益生菌的生理效应，有利于揭开益生菌促生长的机制之谜。畜禽产品的安全与人类健康密切相关。通过组学技术探讨动物产品形成的相关代谢变化规律、质量相关的分子交互调节和时空表达顺序规律及其营养与环境调控，可为上调动物产品质量提供重要的理论基础。

· 项目文章Food Chem (IF 9.231) | 青海大学利用非靶+靶向代谢组学研究不同饲养方式对藏羊肌肉品质的影响

· 项目文章Meat Science（IF 7.1）| 内蒙古农业大学利用TMT标记蛋白组学探究羔羊骨骼肌和肉质发育机制

5食品领域

食品加工涉及物理和化学事件的组合，这些事件可能导致食品成分发生重大变化。传统的食品成分分析包括蛋白质、脂肪、碳水化合物、纤维、维生素、微量元素等。随着组学技术的发展，现在对食品和饮料的分析更加详细，可以在某些食品中检测出数百种甚至数千种不同的化学成分，使食品科学家们可以了解食品中独特的味道、质地、香气或颜色的分子细节，以提升食品的加工方案。饮食摄入对人体健康有很大影响，并与多种疾病相关联。由于食物中的各种必需营养素和生物活性化合物以及它们在体内可能存在的相互作用的多样性，使得探究食品与健康的关联十分具有挑战性。利用多组学技术，通过对食物摄入生物标志物的检测与研究，人们对于食物在人体内的代谢研究有了很大的进展。多组学已成为食品研究中的有力工具，在食品加工、质量、以及食品与健康的关系等多方面起到重要的作用。

· 项目文章Food Chem（IF 8.8）| 中国农科院团队结合非靶向代谢组和机器学习算法发现冷藏猪肉新鲜度变化的潜在标志物

· 项目文章 | 南昌大学万翠香老师团队利用16S+代谢联合解析益生菌缓解结肠炎新机制

· 项目文章J Funct Foods｜陕西师范大学杨兴斌教授团队利用多组学研究水苏糖调控肠道微生物治疗 2 型糖尿病新进展

生态与环境科学领域的Top 10热点前沿主要分布在生态科学和环境科学两个子领域，针对新型环境问题、新型解决方案的研究方向是本年度的主要关注点。具体来看，环境科学子领域的热点前沿主要涉及微塑料、气候变化、臭氧等新型环境问题，及新型水体污染控制技术、废水流行病学等新型解决方案或新的研究方向。

表5 生态与环境科学领域Top 10热点前沿

表6 生态与环境科学领域的1个新兴前沿

在生态与环境科学领域，关注最多的话题是微塑料。微塑料是指直径小于5mm 的塑料碎屑和颗粒，按照颗粒大小可以分为纳米塑料(1~100nm)、亚微米塑料(100nm~1μm) 和微米塑料(1μm~5mm)。微塑料的概念于2004年由英国科学家Richard Thompson 首次提出，并逐渐成为全球环境领域的关注焦点。微塑料遍布全球环境，据研究报道海洋、湖泊、河流、土壤、大气中存在广泛而大量的微塑料，微塑料还在生物体及人体组织中被发现。微塑料粒径小、数量多、分布广，极易被生物吞食，在食物链中积累，并可在生物体组织中进一步富集，危害生物体健康。多组学技术在微塑料研究中也有应用，感兴趣的老师可以点击链接查看。

· 项目文章 | 16S+代谢助力客户土壤污染研究登陆环境科学顶刊

· 项目文章J Hazard Mater（IF 10.588）| 多组学分析揭示香榧幼苗对纳米塑料污染物的分子响应机制