彭皓

郑菲

陈芳

National Science Library,Chinese Academy of Sciences

植物基因组研究国际发展态势分析 陈芳、郑菲、彭皓 （中国科学院国家科学图书馆）  本报告以植物基因组为研究对象，在定性资料调研和专家咨询的基础上，利用文献数据库，采用由面到点，由浅到深的分析思路对农业动物干细胞研究的整体国际研究态势和技术主题进行了分析，为在本领域的科技决策与研发提供支撑。 分析过程主要是通过对“植物基因组研究”的 SCI 论文进行检索、数据清理、文献分类、主题分析。对检出的文献进行两个层面的分析： 一是进行整体态势分析，先对该领域全部年数据进行轮廓性分析，之后选取近五年（2006-2010）数据进行详细的关于文献的国家（地区）分布、研究机构分布、期刊分布、热点文献、高引频文献等分析。 二是对其中的具体技术进行分析，了解核心的关键技术，主要研究者，技术的发展阶段，以及我国在该领域的优劣势等内容。  一、 植物基因组领域整体态势分析 为检索出与 “植物基因组研究”相关的研究与综述论文，采用了如下检索式： 主题=（Arabidopsis* or "Beta vulgaris" or "sugar beet" or sugarbeet or "Zea Mays*" or maize* or Amaranthus or Brassica* or Capsella* or Glycine or soybean* or Hordeum or barley or Manihot or cassava or Miscanthus or Oryza* or Pennisetum or Phaseolus or potato* or tuberosum* or Rice* or Solanum or tomato* or Sorghum or broomcorn or Vigna） or ( wheat* or triticum* or Vitis or "wine grape*" or cacao* or strawberry or radish or peach* or Prunus or "musk melon" or "Malus domestica" or apple* or "iceberg lettuce" or Dioscorea or "Guyana arrowroot" or Cucumis or cucumber or Citrus or "Valencia orange" or Citrullus or watermelon） and （genome* or genomic* or genomics）AND 文献类型=(Article OR Review)  按上述检索式，在 SCI 数据库中，共检索得到 34331 篇论文（检索时间 2011 年 4 月），近 5 年（2006-2010）论文 13925 篇，其中研究性论文（Article）12479 篇，综述性论文(Review) 1446 篇。 1、 研究产出分析 （1）年代分布      从图 1 可以看出，全球在上世纪八十年代中期开始有基因组的研究，到九十年代文献开始大幅增长，特别是在九十年中期之后，发文量开始迅速上升，1997 年开始年论文量超过 1000篇，2010年年论文量超过3000篇。近五年来其发文量的比例占所有发文量的40.56%。  图 1.  植物基因组研究领域 SCI 论文年代分布 （2）国家（地区）分布     全球关于植物基因组的研究涉及 150 个国家（地区）。论文数量居前十位的分别是：美国、日本、中国、英国、德国、法国、加拿大、澳大利亚、西班牙和印度。其中美国的发文量占总数的 34.55％，日本和中国分列二、三位，发文量分别占总数的 11.18%和 10.66%，可以看出美国的研究总量占世界的三分之一，在该领域研究具有明显的优势。 该领域近 5 年来（2006-2010）发表的论文涉及 115 个国家（地区）。论文数量居前十位的分别是：美国、中国、日本、德国、法国、英国、印度、加拿大、韩国和澳大利亚。美国依然是发文最多的国家，中国发文量占 16.04％，排名上升至第二位。 （3）机构分布 该领域近 5 年来（2006-2010）的论文涉及研究机构有两千多家，论文数量居前十位的机构（见表 1）分别是：美国农业部农业研究局（ARS）、中国科学院、法国国家农业研究院（INRA）、美国康奈尔大学、美国加利福尼亚大学戴维斯分校、中国农业科学院、美国爱荷华州立大学、法国科学研究中心（CNRS）、中国农业大学、日本国家农业生物科学研究所。其中美国有 4 家，中国有 3 家，法国有 2 家、日本有 1 家。中国的机构近五年来发文量增长比较明显，如中国农业大学，2010 年的发文量相对于 2006 年增长了 1 倍多。 表 1 植物基因组研究 2006-2010 年 SCI 论文国家(地区)分布 序号 机构名称 论文量 国家(地区) 1.  USDA ARS 614 美国 2.  Chinese Acad Sci 428 中国 3.  INRA 329 法国 4.  Cornell Univ 300 美国 5.  Univ Calif Davis 280 美国 6.  Chinese Acad Agr Sci 235 中国 7.  Iowa State Univ 217 美国 8.  CNRS 214 法国 9.  China Agr Univ 204 中国 10.  Natl Inst Agrobiol Sci 202 日本 （4）期刊分布 该领域近 5 年来（2006-2010）的论文涉及的期刊有 950 多种，发文量最多的前五个期0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 刊是：THEOR APPL GENET（548 篇）、PLANT PHYSIOL（449 篇）、BMC GENOMICS（399篇）、PLANT J（365 篇）、BMC PLANT BIOL（304 篇）。  2、 基于被引频次的分析 对该领域全球近 5 年来（2006-2010）论文的被引频次进行分析，以国家进行累积加和，并计算其篇均被引频次。总被引次数和篇均被引率的高低说明研究的影响力大小，表 2 列出被引总频次前 10 位的国家总被引次数和篇均被引次数。 从被引总频次看，前十位依次是美国、德国、英国、法国、日本、中国、加拿大、澳大利亚、荷兰、西班牙。其中中国虽然发文量排第二位，但总引次数只排第 6 位，而篇均被引次数更是在前 10 的国家中最低，说明中国在该领域研究的影响力有待提高。 表 2 植物基因组研究 2006-2010 年各国家(地区)被引频次统计 序号 国家(地区) 总被引频次 论文量 篇均被引频次 1.  USA 61477 4502 13.66 2.  Germany 17794 1219 14.60 3.  UK 14729 977 15.08 4.  France 13819 1064 12.99 5.  Japan 12578 1437 8.75 6.  China 12324 2234 5.52 7.  Canada 7204 590 12.21 8.  Australia 6964 562 12.39 9.  Netherlands 5522 351 15.73 10.  Spain 4499 535 8.41  二、 植物基因组领域技术主题分析 1、研究主题整体分布      根据检索出的文献，通过 TDA 分析工具对关键词进行分析，排除无效概念，得到关于植物基因组研究(主要农作物)所涉及的高频关键词。根据专家意见，将主题关键词分为三类，即物种、基因组相关主题、非基因组相关主题，然后进行清洗、聚类、相关性分析，以得出各主题之间的相互关系，以及关注的热点 (表 3)。其中物种主题，是该领域内所涉及的所有农作物物种，与检索式相对应，拟南芥作为模式植物未在分析之列；基因组相关主题是指主题中含 genome、genomics 等基因组（学）主题；非基因组相关主题是指除 genome、genomics 等的其他生命科学主题，这些主题与基因组（学）研究密切相关。 表 3 植物基因组研究主题频词分析 主题分类 高频关键词（英文） 词频 高频关键词（英文） 词频 物种 rice 2524 potato 539 wheat 1587 soybean 438 maize 1246 Brassicaceae 369 tomato 650 Citrus 213 barley 636 Cucumber 179 基因组相关主题 functional genomics 434 comparative genomics 213 genome sequence 288 rice genome 166 genome-wide analysis 239 Genome organization 129 genome evolution 235 Maize genome 123 genomics 233 genome size 116 非基因组相关主题 GENE-EXPRESSION 2679 diversity 792 Identification 1479 Transcription factor 627 evolution 1327 microsatellite markers 529 disease resistance 1007 linkage map 475 quantitative trait loci 900 Markers 416  2. 物种主题分析     该领域涉及的物种有 30 多个（与上文检索式相对应），拟南芥作为模式植物（相关报道最多）未列入该表。近五年来植物基因组领域研究最多的物种是水稻，其次是小麦、玉米、西红柿、大麦、土豆、大豆等。  从各个国家和机构对各物种的研究来看（图 2），美国在大多数物种的研究上，具有优势，其次是中国、日本，然后以德国、法国、英国为首的欧洲国家占据了第二集团。  在水稻的研究方面，中国已经超过了美国，另外几个亚洲国家，如日本、印度、韩国在水稻研究方面也比较突出；在机构方面中国科学院、中国农业大学、日本国家农业生物科学研究所优势比较突出。  小麦研究方面，中国的研究与美国接近，处于第一集团，日本和其他欧洲国家发文量较小处于第二集团；在机构方面除美国农业部农业研究局（ARS）外，中国的农业科学研究院相对也较多，其他机构分布比较均衡。  在玉米的研究方面美国优势突出，远高于其他国家，在美国甚至也超过了小麦；在机构方面美国农业部农业研究局（ARS）、美国康奈尔大学、中国农业大学、美国爱荷华州立大学研究较多。  大豆方面，美国的优势也非常明显，中国虽然是大豆的传统种植大国，但这方面的研究有明显差距，在发文数上甚至还不如日本，虽然近期国内机构加强了该领域的研究，但整体实力有待提高；在机构方面，美国的机构研究较多，分布比较均衡，其他国家机构则研究较少。  大麦是啤酒酿造和饲料的原料，除美国外，德国、英国、澳大利亚等国研究较多；在机构方面，除美国农业部农业研究局（ARS）比较突出外，其他机构分布比较均衡。  对物种进行主题相关性分析，水稻、小麦、玉米、大麦等粮食物种是强相关的中心，；柑橘、葡萄、苹果、桃等经济作物相关性处于第二梯队；而西瓜、黄瓜、萝卜等物种相互之间只有较弱的相关性。  图 2  物种-国家关系图  3. 基因组相关主题分析 将所有关键词中涉及 genome、genomics 的主题进行筛选、聚类，获得基因组相关主题，代表植物基因组领域所涉及的各种基因组的研究，如功能基因组学（functional genomics）、基因组序列（genome sequence）、全基因组分析（genome-wide analysis）、进化基因组（genome evolution）、基因组学（genomics）等。  在各物种中，功能基因组学、进化基因组、比较基因组学等方向受关注较多，进化基因组、比较基因组学等学科需要比较多个物种的基因组，与各个物种相关性较大；  在水稻的研究中，功能基因组、基因组序列、水稻基因组、比较基因组学等都是研究的热点；  水稻基因组、玉米基因组两个主题虽然分别是两个物种基因组的研究，但与其他物种也有较多的相关性，这可能与其他物种的基因组研究需以水稻、玉米基因组研究为借鉴有关；  D-genome 是一个比较特殊的主题，在小麦的研究中受较多关注；  在各个国家和机构的分布中（图 4），美国几乎在各个领域都有明显优势。在进化基因组、水稻基因组、线粒体基因组、D-genome 等领域中国相对而言具有一定优势，其中值得一提的是线粒体基因组，中国与美国、日本等国的研究相当，在机构中，中国科学院在进化基因组、水稻基因组、线粒体基因组等领域可以与国外机构相比。  将基因组相关主题进行相关性分析，得到关联可视化图 5。从图中可以看出，以水稻基因组、玉米基因组、植物基因组等主题形成强相关；以 A、B、C、D-genome 等主题形成强相关；以基因组复制、进化基因组等主题形成第 III 部分；以线粒体基因组、叶绿体基因组等主题强相关形成第 IV 部分；以功能基因组等主题形成的第 V 部分。此外，其他主题则与这些主题或多或少具有一些关联，各自分散分布。  图 3 基因组相关主题－物种关系图   图 4 基因组相关主题－国家关系图   图 5  基因组相关主题相关性分析。  4. 非基因组相关主题分析 主题关键词去除所有涉及 genome、genomics 的主题，然后进行清洗、聚类，获得非基因组主题，代表基因组领域所涉及的其他生命科学主题，如：基因表达（gene-expresssion）、转录因子（ transcription factor）、数量性状位点（quantitative trait loci）、微卫星标记（microsatellite markers）、RNAi、microRNA 等等，见图 6。  在非基因组相关主题中出现频次较多的前 10 位主题见表 3；此外，还有 microarray、polymorphism、database、microRNA、linkage disequilibrium 等一些近年来热门的主题。  疾病抗性（disease resistance）是农作物研究中一个重要的研究方向，从基因组的水平研究疾病抗性是研究人员关注的焦点，其中特别是功能基因组学、比较基因组学、D-genome 等方面关注较多。  数量性状位点（quantitative trait loci，QTL），常见于功能基因组学、比较基因组学、水稻基因组等领域，也是今年来研究的热点，在作物的分子育种中常采用该技术。  转录因子是基因表达调控中重要的节点，是功能基因组学、全基因组分析、比较基因组学等领域需要揭示的基因的功能。 I II III IV V  微卫星标记是基因组序列比对、序列分析中重要的标记，在基因组序列、比较基因组学、D-genome 分析等领域研究较多。  DNA 甲基化（DNA methylation）是今年来研究的热点，在基因组水平，主要是全基因组分析、基因组进化等领域较多关注。  微阵列或基因芯片（Microarray）是基因检测和功能分析中的重要技术，在基因组水平的基因芯片技术主要在功能基因组、基因组全序列分析等领域研究较多。  MicroRNA 以及 RNAi 是近年来小 RNA 研究领域的热点，在基因组水平的相关报道也较多，在农作物中主要是水稻中的报道较多。  连锁不平衡（linkage disequilibrium，LD）分析是近年来的一个研究热点，基于 LD 的分析方法不仅是新基因发掘的有效途径，而且也是联系结构基因组学和表型组学的桥梁，从分析中可看出在玉米基因组学中报道较多。  从主题的国家和机构分布来看，在各个主题中，美国都具有明显的优势，而中国基本位居第二位；美国农业部农业研究局（ARS）具有明显优势，美国其他的一些大学也在各个主题中实力较强并且比较均衡；中国科学院是仅次于 ARS 的机构，特别是在某些主题上具有一些优势，如基因组进化、DNA 甲基化、转录组（transcriptome）等领域，但发展不均衡，在序列标签、分子标记、连锁不平衡等领域研究较少。  通过对非基因组主题进行相关性分析，见图 7。从各主题的聚类情况可以看出，这些主题根据关联关系主要可以分为三个区域：第 I 部分，以基因位点、分子标记为主要内容，如 QTL、Markers、microsatellite markers 等；第 II 部分，以基因组序列及其测序、分析为主要内容，如：Sequence、Identification、Draft sequence 等；第 III 部分，以基因组功能分析为主要内容，如 Gene-expression、Transcription factor、messenger RNA 等。  图 6  2006-2010 年非基因组主题－基因组相关主题关系图  图 7  非基因组相关主题相关性分析。  三、 结论 本报告对植物基因组的国际基础性研究进行了分析，通过分析从整体上把握该领域国际发展态势，为科学决策提供支撑。      1、国际发展态势      人类基因组计划之后，各物种基因组测序工作也得到开展，植物中拟南芥基因组是最早完成全基因组测序的物种，此后，以水稻为代表的农作物基因组学研究也得到深入发展。在文献报道上，植物基因组研究上世纪九十年代开始大幅增长。美国、中国、日本、德国、法国是该领域的前五强，其中美国的研究最多，中国近五年发展迅速，并位居第二。在论文影响力方面，中国与美国、欧洲的传统科技强国具有明显差距，还有待提高。 2、主要研究内容      从该领域的技术主题分析可知，首先，在物种上，除拟南芥作为模式生物外，水稻、I II×I III×I 小麦、玉米是研究最多的三大物种，尤其水稻的研究最多，中国在该方面的研究具有一定的优势；其次，在基因组相关主题中，功能基因组学的研究是关注的主要方向，这表明基因组的研究已经有原来的测序、基因序列图谱转向了基因的功能；最后，在非基因组相关主题方面，基因表达、转录因子等涉及基因组功能的主题是研究的热点，关于序列标签、测序的主题相对较少，同时也有一些新兴领域如 RNAi、microRNA、DNA 甲基化等成为新的关注方向。  

植物基因组研究国际发展态势分析

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

National Science Library,Chinese Academy of Sciences