中国科学院基因组科学与信息重点实验室（CAS Key Laboratory of Genome Sciences and Information，Chinese Academy of Sciences，以下简称“实验室”）是在参与完成人类基因组计划，独立完成中国超级杂交水稻基因组计划、家蚕基因组计划及家鸡基因多态性图谱等一系列重大科学项目基础上，于2006年12月经中国科学院批准成立的。自实验室成立以来，始终面向国家战略需求和世界科学前沿，以基因组科学与信息研究为核心，以建立基因组学与生物信息学的研究体系为目标，着眼重大基础科学问题，为推动中国的基因组学研究与应用、解决人类健康、农业发展、生态环境等重大生命科学和技术问题提供基础。

　　伴随着基因组科学的整体发展，实验室通过参与国际基因组计划，建立了有竞争力的基因组序列和信息挖掘人才队伍和技术平台，在一些关键实验技术领域也取得了重要突破，例如高精度单碱基表观基因组测序、单卵母细胞全基因组测序等；在基因组科学，特别是表观基因组学方面，已做出了有一定影响力的研究工作；积累了一定数量的数据资源和大数据管理经验；与多学科交叉融合，形成了基因组技术（如测序技术）自主研发能力。

　　面对基因组学科发展态势和国家需求的新形势，结合中国科学院“率先行动”计划和实验室基础，实验室适时调整研究定位、凝练科学目标、明确科研布局：面向我国人口健康和生物安全的重大战略需求，立足基因组科学与信息技术前沿，发展基因组结构、变异、功能及其演化的新理论，建立用于海量生物数据获取、整合与挖掘的新方法和新技术，加强基因组学与其他学科的交叉融合，推动数据驱动的基因组集成性和前瞻性研究，解决公共安全、生物安全和数据安全等重大生命科学和技术问题。

　　实验室现有固定岗位人员74人，其中研究员10名，副研究员11名，高级工程师4人，高级实验师1人。其中，中国科学院“百人计划”入选者7人，国家“万人计划”领军人才1人，国家杰出青年基金获得者1人，享受国务院颁发的特殊津贴人员1人，中青年科技创新领军人才1人，中国科学院青年科学家奖获得者1人。实验室目前在读博士研究生54人，硕士研究生71人，博士后12人。

　　实验室学术方向

　　•复杂性状表观遗传调控的新机制和新理论

　　揭示表观遗传信息的进化规律及其对物种进化的推动作用，阐明表观遗传信息包括DNA修饰、组蛋白修饰、RNA修饰等如何协同作用指导动物的生殖发育、细胞分化和器官形成，解析表观遗传信息图谱建立和维持的分子机制。

　　•基因组结构及可塑性研究

　　围绕大型复杂基因组序列拼接的关键问题，重点发展解决高杂合或多倍体的新策略和新方法；开发新的实验和计算技术，解析基因组三维空间高级结构的动态特征，从多维组学的角度揭示遗传和表观遗传的多态性与复杂性，以及环境因素对表型可塑性的决定机制。

　　•基因组学前沿交叉与应用研究

　　发展和运用基因组学与数学、计算机科学、医学等多学科交叉融合研究的新手段，系统构建快速解析生命组学与临床表型相关性的标准化技术方法，形成精准医学大数据管理分析和应用的行业规范和标准；解析基因组多态性与年龄、面部表型、身体特征等体貌及群体来源的内在关联特点和规律，建立中国人群生物特征特色知识库；开发微量、快速的核酸分子检测技术以及分析算法和软件，建立高效的DNA存储和信息读取方法，实现对公共安全、生物安全和数据安全的精准技术支持。

　　主要科研成果

　　•DNA甲基化重编程和继承的规律

　　实验室通过对脊椎动物中鱼类（斑马鱼）和哺乳动物（小鼠）的研究，揭示表观遗传信息DNA甲基化在脊椎动物中继承和重编程的规律，以及表观遗传信息如何指导早期胚胎发育。相关论文于2013年和2014年分别发表于Cell杂志，2013年的文章为封面文章。

　　在生命科学中，有一个长期未被解决的问题：除了DNA序列可以被遗传外，表观遗传信息能否也可以从父母遗传到子代中，以及有多少信息可以被遗传？除此之外，至今对表观遗传信息在胚胎发育中的作用也知之甚少。实验室研究发现，斑马鱼子代胚胎完全继承父代精子的DNA甲基化图谱（Cell，封面文章，2013）。该研究结果表明，除了DNA被遗传外，表观遗传信息也可以遗传到子代中去，意味着在调控动物发育、表型，甚至疾病等方面，表观遗传信息的变异可能和遗传信息的变异一样起重要作用；研究结果改变了传统上认为受精后胚胎发育的信息主要是由卵子提供、而精子只携带一套DNA序列的观念；文章发表后，还引发了关于表观遗传信息对进化驱动作用的新思考。研究人员进一步探索了哺乳动物模式生物小鼠中DNA甲基化继承的规律（Cell，2014）。结果表明，父源和母源DNA中大多数去甲基化的位点都是通过主动去甲基化的方式来实现DNA的去甲基化。进而通过对父源和母源基因组的区分研究，发现不仅父源基因组，而且母源基因组上的甲基化位点都可以被氧化。之前研究发现很多印迹基因，该课题还根据精子和卵子的甲基化图谱，将所有印迹区域分成germ line imprinted regions和somatic imprinted regions。通过物种进化对比，说明全基因组去甲基化导致了胎盘类哺乳动物印迹基因的起源，预示着表观遗传重编程的进化，即全基因组去甲基化对进化出胎盘类哺乳动物起非常重要作用。

　　•复杂基因组测序和遗传多样性研究

　　实验室在过去的发展过程中，参与了国际人类基因组学计划，完成了水稻全基因组的首次解析，为国内组学的发展贡献了力量。近年来，实验室在复杂基因组解析技术和方法上取得新突破，完成了若干物种基因组图谱及多态性分析，为国家重要战略生物资源育种提供基础。用基因组学理论和技术，完成了鲤鱼、椰枣、橡胶、绦虫等多种具有重要经济价值的农业资源动植物基因组草图及相应物种不同品系的研究。其中，鲤鱼基因组是迄今完成的最为复杂的四倍化脊椎动物基因组之一（Nature Genetics 2014）；椰枣基因组学研究作为中-沙合作的重要科研项目，受到了党和国家领导人的关注，以及中国科学院领导的高度重视（Nature Communications 2013）。以小型猪、水稻、海带、人参等为研究对象，对家养哺乳动物生殖力、农作物杂种优势获取、植物逆境下表型可塑性建立的分子机制等进行深入研究，建立重要农业资源动植物基因组学的综合数据库，开发针对重要农艺性状的基因检测技术等。于军研究员由于在农业领域上的突出贡献，荣获“2012年度发展中国家科学院农业奖”。

　　特别是2016年，实验室连续解析了橡胶和带绦虫基因组图谱，为农业重要物种的发展提供重要组学数据基础。其中，橡胶树所产天然橡胶是一种重要的工业原料和战略物资，其基因组庞大，具有高杂合、高重复的特点，对序列拼接组装和功能解析均构成巨大挑战，经过团队成员5年多的不懈努力和联合攻关，成功构建了一个高质量的橡胶基因组，发现在橡胶树进化过程中，与产胶密切相关的REF/SRPP基因家族发生了显著扩增，并且发生了乳管细胞特异性功能分化，同乳管中大橡胶粒子的发生、橡胶高产性状密切相关，推测是橡胶树抗虫机制的重要组成部分，为橡胶物种进化的重要推动力（Nature Plant 2016）。带绦虫(Taenia saginata)和亚洲带绦虫(Taenia asiatica)是具重要医学和经济意义的人畜共患寄生虫。实验室与兰州兽医研究所完成了两种绦虫的基因组测序、拼接和注释工作，构建了牛带绦虫囊尾蚴胆汁激活前后和亚洲带绦虫成虫时期转录组图谱，构建了编码基因的转录本、可变剪接及表达量数据。相关成果还为牛带绦虫、亚洲带绦虫和猪带绦虫的鉴别诊断、疫苗及药物研制等提供了数据平台。(Nature Communications 2016)

　　•利用系统生物学策略探索肿瘤的发病机制

　　实验室在肿瘤发病机制方面的研究证明了SPOP是引发肾癌产生的核心蛋白和潜在药物靶标。2014年，实验室研究显示SPOP在几乎所有的透明肾细胞癌(ccRCC)中都过表达并错误定位在胞浆中，进而诱导了细胞增殖，促进了肾癌的产生。而在正常细胞中SPOP是属于核定位蛋白，其作用是促进凋亡。细胞质中的SPOP通过泛素化通路使肿瘤抑制因子PTEN和ERK磷酸酶DUSP7降解，激活了PL3K-Akt和ERK信号通路，导致肿瘤产生（Cancer Cell 2014）。实验室进一步和中国科学院上海药物研究所合作设计并优化出一类基于结构的小分子竞争性抑制剂。这种抑制剂可以妨碍泛素化连接酶受体SPOP和其底物蛋白相结合，从而阻止致癌性SPOP信号通路的启动。实验结果显示，实验室合成的小分子化合物可以杀死ccRCC中的癌细胞，并且对非癌肾细胞的影响极小。这一发现进一步证明SPOP和底物蛋白的相互作用是肾癌治疗的有效靶点，这种基于结构的小分子化合物可能成为一种全新的治疗肾癌的特效药物（Cancer Cell 2016）。

　　•大数据整合与信息挖掘

　　测序技术飞速发展，产生海量组学数据，围绕人口健康、模式生物研究和关键生物学问题进行大数据整合和信息挖掘，建立一系列有自主特色的知识库系统，主要包括RGKbase水稻比较基因组数据库、基于wiki模式的水稻基因注释数据库、虚拟中国人基因组数据库、AlzBase知识库、DNA甲基化组重编程数据库和长非编码RNA数据库等，基于人工审编的染色体构象捕获数据的数据库、哺乳动物动态转录本数据库等系列成果。针对高通量组学数据分析，实验室共开发20余款分析软件，主要集中在比较基因组学分析：基于Spark的大数据系统发育建树工具、演化树构建和可视化软件（Evol View）、泛基因组学分析软件（PGAP和PanGP）、并行序列比对软件（ParaAT）和密码使用偏好性计算软件（Codon Deviation Coefficient）等；转录组和表观组学分析软件：转录组自动分析软件（WapRNA）、转录组注释软件（RNADAP和WikiCell）和DNA甲基化分析软件（MeRip-PF）等；大数据整合分析软件包括基因网络构建（iBIG）和AuthorReward等。取得软件著作权证书15项，并得到广泛应用，目前系列软件被引用近200次。系列成果发表在Bringsin Bioinformatics、Nucleic Acids Research、bioinformatics和BMC Genomics等杂志上。