蛋白質研究
一、重要組織和細胞的動態蛋白質組學研究
在細胞和組織等層次上，發現一批具有重要功能的蛋白質以及與疾病相關的蛋白質，並揭示其在生理病理過程中的作用機制。重點研究內容：
1．研究人類血液等組織、水稻等重要農作物、結核桿菌等病原微生物的蛋白質組。
2．研究細胞周期、細胞分化、細胞凋亡、細胞病變等細胞基本生命活動的動態蛋白質組學和亞細胞蛋白質組學。
二、蛋白質功能的三維結構基礎的研究
結合本研究計畫，完成一批具有重要生理功能的蛋白質和蛋白質複合體的三維結構測定和功能研究。重點研究內容：
1．與腫瘤發生與轉移、基因轉錄調控、信號傳導、生物體脅迫與回響相關的蛋白質及蛋白質複合體的三維結構、研究膜上受體蛋白及通道蛋白的三維結構。
2．在原子解析度水平上研究動態蛋白質複合物形成過程，以及蛋白質相互識別和蛋白質動力學。
三、蛋白質質量控制、翻譯後修飾和動態相互作用研究
闡明蛋白質摺疊、組裝、轉運、翻譯後修飾、動態相互作用以及異常摺疊的機制，深入認識蛋白質發揮功能的分子基礎。重點研究內容：
1．新生肽鏈的摺疊和組裝、蛋白質異常摺疊的發生和後果；細胞內蛋白質降解的機理；脅迫條件下蛋白質的行為和命運。
2．蛋白質在細胞內的定位、跨膜轉運和動態轉位的機理、調節和效應。
3．蛋白質翻譯後修飾的發生、調節及生理效應。
4．蛋白質分子之間的動態相互作用機制及其與蛋白質發揮功能的關係。
四、細胞分化和腫瘤發生髮展過程中的轉錄組研究
獲取細胞分化和腫瘤發生髮展過程中的轉錄組信息；研究蛋白質-RNA作用機制，揭示蛋白質在非編碼RNA參與分化過程和腫瘤發生髮展過程中的調節作用。重點研究內容：
1．研究細胞水平的轉錄組信息，包括基因不同剪下方式的轉錄本，反義轉錄本以及小RNA (microRNA)和其它可轉錄片段的信息。
2．研究蛋白質在基因轉錄、轉錄後加工和翻譯水平的作用機制；開展非編碼RNA分子在轉錄調控中的作用機制研究。
3．開展參與分化過程和腫瘤發生髮展過程中相關的基因表達或調控因子的研究；開展與轉錄調控相關的特定基因簇/蛋白質群的轉錄組和蛋白質組比較研究。
五、蛋白質功能與代謝性疾病發生髮展相關的代謝組學研究
開展蛋白質功能與代謝性疾病發生髮展的代謝組學研究，闡明與蛋白功能相關的重要代謝途徑，尋找疾病分子標誌物和診斷方法。重點研究內容：
1．研究基因、蛋白質和小分子代謝物對代謝網路的調控機理，研究代謝性疾病的分子機理。
2．利用代謝組學的技術和方法，發現與蛋白質代謝異常的疾病小分子標誌物。
3．建立高通量的多肽組學方法和檢測功能肽的研究體系，尋找多肽激素或配體信號的受體複合體，研究多肽信號轉導及其生物學意義。
六、模式生物與細胞等功能系統的系統生物學
發展生物系統的結構與功能的高通量定量數據獲取的新技術方法；並建立系統生物學數據的整理與挖掘方法，以及新的建模算法，獲得模式生物和細胞的系統知識庫和模型。重點研究內容：
1．採用模式生物與細胞分化模型為研究對象，發展高通量和定量分析功能元件之間相互作用的普適性技術；發展在體蛋白質相互作用的規模化定量檢測技術；開展蛋白質動態修飾的大規模檢測。
2．結合模式生物或細胞分化模型的實驗數據，發展有效識別網路結構和功能模組的新算法；發展和完善對海量數據系統化、規模化的綜合分析方法，以及發展可用於各類組學及其它實驗數據進行對接與整合的方法與平台。
七、蛋白質研究的新技術與新方法
發展具有自主智慧財產權的蛋白質科學研究的新技術和新方法。重點研究內容：
1．研究高豐度蛋白質的去除新技術和低豐度蛋白的分離富集新技術；研究蛋白質高效分離和高靈敏鑑定的新技術；研究蛋白質翻譯後修飾的鑑定新技術。
2．研究活細胞內蛋白質-蛋白質動態相互作用實時檢測技術、細胞內蛋白質分子水平的可視化和動態三維成像新技術和新方法、多靶標和多配體的適配體分子工程技術。
3．研究蛋白質等生物大分子三維結構測定的新技術和新方法。
八、人類肝臟蛋白質組重要科學問題研究（委託軍事醫學科學院牽頭的人類肝臟蛋白質組研究團隊）
開展蛋白質組成和調控網路的研究，完善研究器官、組織、細胞水平的蛋白質組成與動態行為的技術體系。重點研究內容：
1、規模化分離鑑定肝組織和亞細胞蛋白質組，重點是鑑定低豐度表達蛋白。規模化分析肝臟翻譯後修飾蛋白質，發掘一批具有重要功能的蛋白質並探討其功能。
2、規模化研究肝臟重要蛋白質的相互作用和不同類型細胞的蛋白定點陣圖，揭示肝臟重要功能的調控網路及細胞活動過程中蛋白質的轉位。
3、重點發展蛋白質組數據的整合、分析和預測新方法。研究人肝臟蛋白質抗體及晶片製備、規模化蛋白質定量等新技術、新方法。
九、膜蛋白和蛋白質複合體的功能與結構研究（委託中國科學院生物物理所）
建立膜蛋白、蛋白質複合物製備、結構解析及其在亞細胞、細胞、活體等層次功能分析的研究體系，選擇具有重大科學意義的膜蛋白和蛋白質複合體的功能與結構基礎開展探索研究。重點研究內容：
1．與能量代謝、病毒感染、免疫識別、基因組穩定、膜轉運、蛋白質生物合成和降解等過程相關的重要蛋白質複合體的功能、結構和相互作用分子機制研究；
2．建立膜蛋白與蛋白質複合體功能與結構的研究平台，重點探索膜蛋白、蛋白質複合物高效製備與結晶，冷凍電鏡，分子成像等新方法。
量子調控研究
一、量子計算的物理實現和關鍵量子器件
量子計算具有很強的並行處理數據能力，採用適當量子算法可以解決現有電子計算機無法實現的某些難解問題，如大數因子分解和量子體系演化的模擬等。目前量子計算無法實現的主要瓶頸是尚未找到適合於製作量子計算機的物理體系。本方向重點研究基於量子點和線性光學的量子計算，以及關鍵的量子器件。申請者可選擇以下部分內容：
1．基於量子點量子計算的物理實現
2．連續變數線性光學的量子計算
3．冷原子系綜的量子信息存儲和處理
4．可控單光子源
5．單光子探測原理和技術
二、關聯電子態研究和新型信息載體探索
關聯電子系統中電荷、自鏇、軌道等自由度和有序相之間存在複雜的共存與競爭關係，通過調節外界參量，可以實現不同有序相之間的轉換和調控，由此導致新的量子臨界現象。這些新的量子態具有許多非尋常的特性。研究這些新奇量子態的性質，尋找新的信息載體，探索新的信息傳輸過程和調控機制，可以為開發下一代信息技術打下物理基礎。申請者可選擇以下部分內容：
1．在半導體、鐵磁/半導體、稀磁半導體/半導體結構中自鏇產生、注入和調控的物理原理，發展適合器件套用的自鏇極化產生與注入的有效方法，探索自鏇電子器件。
2．關聯繫統中多種有序相之間的競爭和量子相變，包括電子或原子的電荷密度、自鏇和軌道自由度的相互作用與競爭所導致的非常規超導態及贗能隙效應；冷原子系統中的玻色－愛因斯坦凝聚(BEC)及BCS-BEC轉變；電荷與自鏇的量子霍耳效應；超流體、金屬與絕緣體之間的相變；重費米子體系中的量子相變現象等。研究低維電子系統中由於量子漲落和量子相干導致的基態簡併、阻挫、糾纏、序竟爭和量子相變，探索實現量子調控的可能途徑。
3．探索和製備具有新奇量子特性的新材料，發展新的實驗測試手段。要注重和加強過渡金屬氧化物、鑭系和錒系化合物, 巨熱電效應材料、巨光學非線性材料、超導、半金屬（half metal）材料等新材料的探索。
4．發展有效的解析和數值研究方法，緊密結合實驗研究，探索微觀關聯繫統的物理規律，預測材料的結構和物理性質及其相互關係，預言新的實驗現象，為新奇量子現象的探索和新型功能材料的開發套用提供科學依據，指導新材料和新器件原理的探索。
三、受限小量子體系的行為及調控
發現受限小量子體系中的新現象和新效應, 探索對受限小量子體系進行能級和波函式調控的方法和規律,建立受限小量子體系的量子調控理論,為未來的信息技術提供科學基礎。申請者可選擇以下部分內容：
1．通過物理和化學方法對小量子體系進行結構調整，構築特定構型和性能的新體系。
2．通過結構調控和外場調控，實現對能級、波函式的量子調控，並研究體系的量子輸運特性。
3．操縱分子體系的自鏇態以調控自鏇極化磁學等性質。
4．研究小量子體系的發光性質、光譜特性和分子體系光電效應中的電荷輸運及能量轉化動力學。
5．耦合體系以及體系與環境間相互作用的調控，探索信息控制檢測、存儲與讀取的方法。
四、人工帶隙材料
通過物理和化學的手段，人工製造帶隙材料，實現可控制的諸如具有矢量特性的光子態和張量特性的聲子態等，研究微結構導致的新現象以及互動作用帶來的新效應，研製各類新型器件，針對未來信息技術目標，為實現人工帶隙材料的能帶和帶隙調控奠定科學基礎。申請者可選擇以下部分內容：
1．人工帶隙材料的設計和製備，包括基於光子帶隙的光子調控材料、基於聲子帶隙的聲子調控材料、基於極化激元帶隙的極化激元調控材料等。
2．人造材料結構與物理特性的關係，“晶格”周期、“缺陷”、無序、界面以及單元結構等對波傳播的作用等。
3．利用人工帶隙材料實現對材料物理特性的調製。
4．基於人工帶隙材料的原型器件。
五、委託南京大學固體微結構國家重點實驗室圍繞以下研究方向組織項目
1．量子信息學
研究超導量子比特中巨觀量子干涉現象，超導量子比特的設計與加工。環境因素對巨觀量子干涉的影響，超導量子比特的消相干機制、量子比特的集成以及利用超導量子比特演示量子算法。
2．關聯電子
揭示電荷、自鏇、軌道自由度之間的競爭導致的豐富的物態及其量子相變規律，研究通過外參量實現不同狀態間的轉換與調控方案。研究關聯電子系統中，在一定條件下具有的拓撲簡併的量子基態及其激發態可能具有的拓撲穩定性，探討作為量子信息載體的可能性以及控制內稟噪聲的量子計算新方案，將量子計算作為廣義關聯繫統，提出減少量子退相干的新方案，設計新型量子比特。
3．受限小量子
實現小量子系統電子自鏇壽命的最大化和納米尺度上自鏇關聯的檢測，研究自鏇載流子在異質結中的傳輸，揭示電子自鏇系統中的新規律、新效應，研究鐵磁-超導異質結上的Andreev反射，探討傳統自鏇電子學的擴展。
4．人工帶隙材料
研究介電體超晶格中的光子帶隙、聲子帶隙、微波與超晶格振動耦合產生的極化激元帶隙以及電磁波與金屬電子耦合產生的表面等離極化激元帶隙，發現其新規律、新效應、新套用。
基於多重準位相匹配理論、對產生糾纏光子的多個光參量過程，實現全固態集成，研製高效新光源。
六、委託中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室圍繞以下研究方向組織項目
1．量子計算的物理實現
（1）基於半導體量子點的量子計算。實現單自鏇的製備、控制和測量；探索電子自旋迴波等相干控制機理與技術；自組織單電子點中光學波函式的製備與相干操作，兩自鏇量子比特的耦合等。
（2）基於固態微腔的量子計算。高品質微球腔製備、腔模與外部雷射器的鎖定，單原子注入腔的核心技術，腔模與原子的強耦合，單個量子比特的任意操作，兩個微球腔的耦合和基於微球腔的量子晶片設計和製備等。
（3）基於多光子糾纏態的線性光學量子計算。高性能多光子量子糾纏的製備和調控，適合於單向量子計算的光子Cluster態的製備、測量和特性等。
（4）量子計算物理基礎。消相干機制和有效克服的辦法，量子編碼和容錯量子計算，分散式量子計算模型，單向量子計算的原理，多體系的量子糾纏及量子調控原理和方法，核磁共振量子計算等。
2．量子通信
（1）城域網量子密鑰分配系統。包括高性能光纖量子密鑰分配系統，量子路由器，城域網和廣域網的構造和網路協定等。
（2）基於原子系綜的量子中繼原理和方法。包括光子與原子系綜之間的量子信息轉換，量子糾纏的純化、交換和存儲等。
（3）基於糾纏的遠程量子通信。包括研究高亮度的多光子糾纏源，基於糾纏的量子密鑰分配和量子通信等。
3．分子尺度的量子行為和調控
（1）通過各種物理與化學手段，實現對分子尺度物質的結構控制，特別利用高分辨檢測與操縱技術，實現對特定化學鍵的選擇性剪裁，構築特定構型和性能的新分子。
（2）通過結構調控和外場調控，實現對單分子能級、波函式的調控。研究單分子－電極體系中的量子輸運特性和分子體系與環境間相互作用的調控。構築具有雙能級結構的核（或電子）自鏇態的單分子體系及其並聯耦合體系，調製並聯耦合單分子間的波函式疊加狀態，探討基於分子間量子糾纏態的量子比特製作及其運算原理。研究光電轉化過程中電子轉移和能量傳遞的機制，實現特定的單分子光化學效應；突破螢光淬滅效應的限制，探索可控電泵單分子光源和單光子光源。
（3）發展分子尺度上的表征、檢測與調控方法和技術，實現從空間、能量、時間三個方面來對分子量子體系進行高分辨、高靈敏表征、檢測和調控。基於雷射冷卻和冷原子阱技術，以及高靈敏的螢光檢測方法，實現高效率單原子捕獲與檢測。
（4）針對不同實驗分子體系的複雜性、分子－電極接觸結構的不確定性、以及電荷輸運的多體量子特性等導致的理論計算挑戰，對分子量子體系的形成過程、電子結構和輸運性質等進行理論與計算研究，澄清分子尺度結構的特異物理性質與量子效應之間的關係。
納米研究
一、納米器件中量子效應的臨界尺寸和影響
發展基於納米材料奇特性質的高靈敏度納米感測器、光電探測器與相關納米器件；發展有特色的納米加工與可控組裝技術；以CMOS技術為基礎，探討納米器件中量子效應的臨界尺寸及其對器件結構、性能的影響。支持以下兩個重點方向：
1．納米感測器件：新原理、高增益的化合物半導體光電感測器； Thz產生和探測技術。
2．納米存儲和邏輯器件：基於磁半導體的自鏇存儲器件；基於量子效應的納米存儲和邏輯器件。基於一維納米材料的新原理器件：納米碳管為基的納米器件。
二、非生物納米物質與生物體相互作用
開展非生物納米物質與生物體系相互作用的研究，為發展我國納米生物學和納米醫學奠定基礎。支持以下三個重點方向：
1．具有重要生物醫學套用前景的納米物質進入退出細胞的過程與機理，納米材料在細胞內的分布、存留、清除以及與胞內物質的相互作用；
2．發展導向性納米藥物，闡明其輸運過程與作用機理；
3．病原與宿主的相互作用及其在細胞中實時觀測的納米檢測技術。
三、 有重要套用前景的納米材料的可控生長及巨觀尺度的套用
以重要的套用背景為牽引，通過構築具有特定功能的納米材料巨觀結構，為納米材料和納米結構的巨觀尺度套用奠定基礎。支持以下三個重點方向：
1．具有特定性質的納米材料結構、尺寸、形貌的控制合成和宏量製備；
2．以零維和一維納米材料為單元構築具有特定功能的巨觀尺度納米結構；
3．具有重要套用背景的納米材料的設計、組裝和功能化。
四、大尺寸自組織材料的生長機理、性能和套用
開展納米材料與納米結構的可控制備和大尺寸的自組織生長和性能調控研究；結合微加工技術，發展定向、定點、多維、大尺寸的自組裝工藝。該方向重點研究內容：
1．有特定性能的納米材料和結構的大尺寸、高有序度的自組織生長技術和機理研究；
2．碳納米管結構類型、生長技術和機制研究，實現性能調控、自組織和套用。
五、委託國家納米科學中心圍繞以下方向組織項目
（一）納米結構性能探測的技術標準和檢測用標準樣品
開展納米計量技術、測試方法和材料合成與加工技術方面的基礎性技術標準的研究與制定。包括:
1．納米標準物質的可控化學合成及微加工方法標準化研究；檢測用納米標準樣品的研製和量產；
2．發展納米檢測技術的量值溯源校準的方法及比對測量、檢測方法標準化
（二）納米器件中量子效應的臨界尺寸和影響
發展基於納米材料奇特性質的高靈敏度納米感測器、光電探測器與相關納米器件；發展有特色的納米加工與可控組裝技術；以CMOS技術為基礎，探討納米器件中量子效應的臨界尺寸及其對器件結構、性能的影響。包括：
1．納米存儲和邏輯器件：基於磁半導體的自鏇存儲器件；基於量子效應的納米存儲和邏輯器件；
2．基於一維納米材料的新原理器件：納米碳管為基的納米器件。
（三）有重要套用前景的納米材料的可控生長及巨觀尺度的套用
以重要的套用背景為牽引，通過構築具有特定功能的納米材料巨觀結構，為納米材料和納米結構的巨觀尺度套用奠定基礎。包括：具有特定性質的納米材料結構、尺寸、形貌的控制合成和宏量製備。
（四）大尺寸自組織材料的生長機理、性能和套用
開展納米材料與納米結構的可控制備和大尺寸的自組織生長和性能調控研究；結合微加工技術，發展定向、定點、多維、大尺寸的自組裝工藝。包括：
1．有特定性能的納米材料和結構的大尺寸、高有序度的自組織生長技術和機理研究；
2．碳納米管結構類型、生長技術和機制研究，實現性能調控、自組織和套用。
發育與生殖研究
一、胚胎與器官發育
支持以下兩個重點研究方向：
1．胚胎早期發育的調控
重點研究新的功能基因在胚胎中對細胞增殖、分化、遷移的影響，確定它們在胚胎圖式形成中的作用，闡明它們所涉及的信號調控網路。
2．重要組織器官的發育
重點研究正常組織器官和組織工程化組織器官的形成機理，鑑定相應的關鍵因子及調控網路，闡明它們在組織器官發育過程中的作用機制，為治療組織與器官的功能障礙提供理論基礎。
二、生殖調控與生殖健康
支持方向是：雄性生殖細胞發生、成熟及其重要疾病的基礎研究
重點研究雄性配子發生、成熟、減數分裂、精子變形和頂體形成相關的基因/蛋白質的網路調節機制，探討精子功能相關蛋白質與疾病的關係，進行新型男性避孕技術的基礎性和創新性研究。
三、幹細胞與體細胞重編程
支持以下兩個重點研究方向：
1．幹細胞自我更新調控機制
重點研究調控幹細胞自我更新的轉錄因子和細胞因子及其表面受體的結構與功能，確立該類基因在幹細胞內的相關信號傳導通路，從而探索胚胎幹細胞自我更新與全能性的基因調控網路。
2．胚胎幹細胞向組織幹細胞分化的調控
重點研究新的功能基因在調節胚胎幹細胞向生殖幹細胞、神經幹細胞、肝臟幹細胞、造血幹細胞和胰島幹細胞等分化中的作用，特別是重要轉錄因子和細胞表面受體；探討胚胎幹細胞定向分化為生殖幹細胞、神經幹細胞、肝臟幹細胞、造血幹細胞和胰島幹細胞的信號傳導通路。
四、委託中國科學院動物研究所圍繞以下研究方向組織項目
1．母胎識別與免疫豁免的機制研究
重點研究動物同種、種間妊娠識別前後功能基因組和蛋白質組的變化特點，比較其與妊娠免疫豁免和排斥之間的關係，闡明母胎識別、免疫豁免和蛻膜化過程調節的分子機制，為探明植入障礙及妊娠相關疾病的病因學提供理論基礎，為研究設計新型女性避孕藥提供科學依據。
2. 生殖細胞健康的分子基礎
重點研究卵泡生長及卵子發生和分化的分子基礎；研究雌性生殖細胞與體細胞的對話及調控的機制，研究生殖細胞操作與輔助生殖技術對人類健康的長期影響；為設計、研發生殖干預藥物、完善輔助生殖技術，促進治療性克隆和再生醫學的發展奠定基礎。
3．發育與生殖研究的倫理學指導原則
制定發育與生殖研究的倫理學指導原則，規範輔助生殖和幹細胞技術在發育和生殖領域的研究和套用，為進行巨觀管理提供政策、法律和倫理學依據。
五、委託中國科學院上海生命科學研究院圍繞以下研究方向組織項目
1．發育研究的模式動物平台
依託現有的斑馬魚研究設施，完善共享的斑馬魚資源和技術平台，建立與發育、生殖研究相關的突變體庫，完善相關研究技術，為國內同行提供資源和技術支持。
2．幹細胞全能性與定向分化的細胞信號網路
採用多學科系統整合的方法，從細胞、組織、器官、個體水平上探討幹細胞全能性與定向分化的分子機制和調控網路。
