利用遗传地理时空模型预测H5N1禽流感病毒的传播及控制策略研究

项目名称： 项目名称： 利用遗传地理时空模型预测H5N1禽流感病毒的传播及控制策略研究 首席科学家： 徐冰 清华大学 起止年限： 2010年1月-2014年8月 依托部门： 教育部 一、研究内容 研究禽流感的暴发、传播要素演变规律、传播、病毒进化特性、病毒变异与致病性和控制策略，对于国家针对禽流感的防控和应急机制的建立，以及有关政策的制定和评估都有重大意义。针对国家、区域可持续发展和传染病防控体系建设所需的基础科学支撑，结合国内外研究现状与存在问题，本项目拟解决以下关键科学问题： 1.自然环境变化与社会网络构架下禽流感传播要素演变规律 通过研究阐明自然环境、候鸟栖息地及迁徙路线与禽流感传播之间的规律，确定社会网络、家禽交易运输网络对禽流感地区性流行的影响，在此基础上对候鸟的非连续式传播和家禽的连续式传播在整个禽流感传播中的地位与作用做出科学评价。 2.禽流感病毒源头与地理传播路径 利用多传感器、多时相、多分辨率的遥感数据对候鸟栖息地和迁徙路线在不同的空间尺度和连续的时间序列上进行监测和制图；同时确定候鸟主要越冬地和繁殖地对应关系，清晰其迁徙路线。通过禽流感病毒传播的遗传学微观分析和地理学宏观研究相结合，探索解决禽流感病毒源头和地理传播路径的科学问题。 3.禽流感病毒变异与致病性的关系 病毒基因突变与其致病力之间的关系是禽流感病毒研究中的热点问题之一。科学家们普遍关注位点的突变是否与宿主来源和地理位置相关，也关注病毒致病力是否与病毒所在的宿主与所在的地区有关联性。回答这些问题，还需要新的分析方法的支撑，包括通过生物信息学分析与蛋白质结构分析与预测找到基因突变与病毒致病力的可能关系；通过反向遗传学实验方法来验证禽流感病毒蛋白质突变与病毒致病力的关系。 4.禽流感病毒传播机制的定量化研究和防控策略的优化理论 通过建立禽流感网络传播模型，探索定量化研究禽流感病毒传播机制的途径,同时为制定优化的防控策略奠论基础。禽流感网络传播模型将基于群体流行病学数学模型、网络分析、生物遗传信息、遥感和地理信息系统技术，通过联结候鸟传播路径、家禽流通网及人类居民区，模拟禽流感病毒在全球、中国及鄱阳湖/青海湖地区三个层面的传播，并集成耦合基于智能体的个体模型。该耦合模型旨在预测禽流感病毒的传播趋势，揭示禽流感病毒时空传播机制，为有效防控禽流感传播提供决策支持。 围绕关键科学问题并结合专家组建议，本项目研究的内容包括以下几个方面： 1．禽流感传播要素的演变规律和未来传播趋势预测 ​ 一部分通过研究自然环境、候鸟栖息地及迁徙路线与禽流感暴发与传播之间的关系和禽流感传播要素的演变规律，评价候鸟的非连续式传播方式在禽流感传播中的地位与作用。另一部分通过研究居民点、家禽运输网络和家禽感染路径的关系，评价家禽连续式传播方式在禽流感传播中的地位与作用；并且通过研究农户连接度、野鸟接触程度和免疫程度来评价后院养殖在禽流感家禽连续式传播中的地位和作用。 2．禽流感病毒基因组进化与遗传变异规律 ​ 利用本项目组前期所测病毒基因组序列和GenBank等网站上已公布序列，进行禽流感病毒基因组的进化分析，利用病毒基因组和各个基因片段进化分析结果，比较研究病毒基因的重排情况；同时通过对病毒基因组的多序列比对，找出病毒各个基因片段的核酸及蛋白的变异位点，结合病毒采样的时间、地点、宿主以及进化分支等信息，利用生物信息学手段分析和总结禽流感病毒遗传变异规律，并进一步预测禽流感病毒的可能传播途径以及流行趋势。另一方面在前期对大量禽流感病毒基因组测序和流感病毒数据库构建完成的基础上，收集和整理不同时期、不同宿主、不同采样地区的病毒序列。对病毒的各个基因片段以及全基因组进行进化分析，同时对病毒各个基因序列的单碱基突变、片段插入和缺失以及重排等变异进行总结和分析，特别是对不同单碱基突变间的关联性和特征进行分析。综合进化和变异的分析结果，并结合病毒抗原性等特征，建立一套全新的禽流感病毒基因分型的方法，以分析禽流感病毒基因组进化与遗传变异规律。 3．反向遗传学验证禽流感病毒变异与致病力的关系 利用目前国际公开的海量数据和本项目中产生的禽流感病毒基因组数据，进行数据比对，位点频率测定和非同义突变与同义突变比值的计算，寻找潜在的重要突变位点。然后根据对病毒基因组变异分析的结果，利用蛋白质结构模拟得到的结果确定需要突变的位点，通过反向遗传学实验方法来验证病毒蛋白质突变与病毒致病力的关系。并整合建立包含有病毒蛋白质的‚“突变位点－地理时空分布”、“突变位点－宿主类型”、“突变位点－病毒型别”、“突变位点－病毒性质”等维度数据信息的数据库，之后利用收集整理的信息进行数据整合和数据挖掘。本项目将重点关注位点的突变是否与宿主来源、地理位置相关；同时探讨病毒致病力是否与病毒所在的宿主和所在的地区具有关联性。 4．群体个体模型双向耦合与禽流感传播驱动机制 首先通过研究侯鸟的非连续传播模式及家禽的连续传播模式建立网络禽流感时空传播数学模型，然后遥感动态监测数据将输入到禽流感时空传播模型之中，并研究多源遥感数据同一化和多源遥感数据与其它观测数据的融合技术，以使该模型能适用于不同地区。根据禽流感网络传播模型的要求，有步骤的研究包括相对静止的各种地物的非智能个体模型，具有简单智能性的个体模型和具有复杂智能性的个体模型建模技术，并研究两类不同类型模型耦合的技术途径。最终重点研究在不同随机输入变量、参数及场景的条件下，实现人机交互可视化模拟的技术途径和研究早期预警、提供预防控制优化策略。 二、预期目标 总体目标：本项目以增强应对自然环境变化、气候变化和社会网络构架下对我国禽流感暴发与传播影响与防控策略、应急机制的基础科学支持能力为总目标。具体通过对禽流感暴发传播观测的事实分析和禽流感传播机制的揭示，为应对气候变化和社会网络构架下对我国社会、经济、国家安全的保障奠定科学基础；通过对传播要素演变规律的分析，评价候鸟非连续式传播和家禽连续式传播在病毒扩散中的地位和作用；通过对病毒基因组序列分析，指证禽流感病毒源头及地理传播路径，为遗传学研究奠定基础；通过对不同传播模式和环境强度下的情景模拟和不确定性分析，提出气候变化和社会网络构架下对禽流感传播影响的概率预测与风险评估的方法；通过对群体-个体相互作用的研究，开展时空变化下群体-个体双向耦合模型模拟研究；通过评价对候鸟地区适应性和家禽地区易感性的理论与方法，形成对我国禽流感爆发与传播影响与防控策略科学基础支撑体系。 本项目是一个典型的跨地理学、遗传学、鸟类学和分子病毒学的多学科多领域的交叉科学研究。通过本项目的研究，提升我国对禽流感暴发与传播机制的研究能力和水平，凝聚和造就一支交叉学科、高水平的研究队伍，吸引和培养一批从事禽流感传播机制研究的青年科技人才，使我国在此领域的研究进入国际先进行列。 五年预期目标： ​ （1） 通过对禽流感传播要素演变规律的研究评价候鸟非连续式传播和家禽连续式传播在病毒扩散中的地位和作用。 ​ （2） 通过对大量病毒株的全基因组测序基础上，进行碱基变异的关联性分析，构建和修正禽流感病毒的变异和演变的模型。同时，结合进化及变异模型和病毒重要功能位点特征，建立一套对禽流感病毒的基因分型方法，并根据时空分布规律和信息，利用这一分型方法研究禽流感病毒的时空流行规律和演化趋势。 ​ （3） 通过生物信息学分析确定重要的基因突变位点，再利用反向遗传学实验方法进行实验验证，得到基因突变与病毒致病力之间的关系。利用国内外数据建立以病毒突变为中心的数据库，综合禽流感的分子特征与病毒致病力，宿主来源，时空分布等方面的数据分析禽流感病毒分子突变的地理时空特征，评估禽流感病毒变异与致病风险。 ​ （4） 结合上述研究成果，提出并构建能模拟和预测禽流感病毒时空传播的网络数学模型并集成耦合基于智能体模拟的模型。通过再现场景和模拟，分析不同传播模式和环境强度下模型的结果，优化控制策略，分析模型不确定性，以揭示禽流感病毒的时空传播机制。 ​ （5） 人才与队伍建设目标:培养和造就一批中青年学术带头人和不同层次的科技新人，其中包括硕士研究生10-20名、博士研究生10-20名和博士后5-10 名。 （6）在国内外发表SCI、SSCI论文30-50篇，其中具有国际影响力的论文5篇，出版专著1-2部，获专利或软件注册登记5个，并发表2-3篇有重要理论突破的高水平研究论文。 三、研究 结合主要研究内容，本项目的学术思路如图一： 一 本项目学术思路 1.分析自然环境变化对禽流感暴发与传播的影响，研究其传播要素的演变规律，评价候鸟的非连续性传播在整个阶梯式禽流感传播中的作用与地位。分析社会网络构架下家禽流通运输网络对禽流感传播的影响，研究其传播要素的演变规律，评价家禽的连续性传播在整个阶梯式禽流感传播中的作用与地位。 2．对禽流感病毒全基因组测序结果进行病毒进化分析，根据时空分布信息，建立病毒分型方法，研究病毒遗传变异规律和演化趋势。 3.利用反向遗传学实验方法进行实验验证，得到基因突变与病毒致病力之间的关系。分析禽流感病毒分子突变的特征，评估禽流感病毒在地理和宿主特征上的变异与致病风险。 4．结合上述分析结果，建立禽流感传播数学模型以及智能体个体模型的时空耦合。通过变量和参数模拟再现场景分析模型敏感度，采用不同控制手段对禽流感发生与扩散的影响来模拟和预测禽流感病毒时空传播模式，评估风险，为疾病的预防措施和控制策略提供决策支持。 本项目技术途径的基本流程如下： 1．利用多源遥感数据获取自然环境、湿地生态环境及其季节性变化—候鸟栖息地和迁徙路线—由候鸟引起的非连续性禽流感暴发与传播； 2．家禽交易与运输网络—获取家禽可能传播的路径—由家禽引起的连续性禽流感暴发与传播； 3．利用农业部、卫生部收集、分离、鉴定的病毒—病毒全基因组测序、病毒进化分析—病毒变异与致病力—演绎病毒传播路线与过程； 4．将自然环境数据、候鸟观测数据、家禽养殖、交易、运输调查数据、病毒采样、实验、遗传、变异分析数据进行整理作为禽流感时空传播数学模型以及智能体个体模型的变量和参数—模型敏感度分析—风险评估，控制策略的提出。 可行性分析： 项目的可行性是建立在参与者的科学背景和合理的#设计方案#以及成熟技术平台的基础之上的。一方面我们可以利用已往对类似科学问题研究的理论、方法和技术上的积累，另一方面我们已对本项目研究区域进行了详实的前期调研，和数据上的长期积累。在本项目的四个主要环节上充分考虑了预期的结果和可能出现的问题。本项目的研究建立在真实、客观的基础上，在地理学、遗传学、分子病毒学、鸟类学各研究领域课题组的联合下，加之长期科研沉淀积累，为本项目取得重大突破打下了坚实基础，具体如下： 1．青海湖地区与鄱阳湖地区为本项目提供了理想的研究区域：青海湖和鄱阳湖湿地分别位于中亚—印度迁徙通道和东亚—澳大利亚迁徙通道上，是候鸟的重要栖息地，是本项目研究的重要基地。青海湖是中国最大的咸水湖，该地区的候鸟相对隔绝；而鄱阳湖是中国最大的淡水湖，也是候鸟和家禽的交汇点。青海湖和鄱阳湖地区为本项目研究候鸟、家禽和二者交互传播提供了理想的研究区域。 2．本项目申请队伍不仅在遥感数据收集，实地数据采集，和实验数据收集上有着长期的积累，而且对青海湖和鄱阳湖区域的研究也有多年的经验积累：鄱阳湖区目前收集到人口、经济、土地利用、劳动力、医药卫生、农作物产量、家禽生产等方面的统计数据，并进行了多次鄱阳湖湖区及临近区域的野外调查、对一些禽产品运输车辆进行了长期跟踪调查。2005年青海湖鸟岛大规模禽流感暴发后，对这一区域进行了更为密切的研究，积累了大量珍贵野外数据和样品。 3．有已往对类似科学问题研究的理论、方法和技术上的积累：（1） 在遥感动态监测方面，本项目申请人提出并应用了波段内插理论和方法，将用于空间和时间降尺度的图像处理。可获得多传感器、多时相、多尺度卫星遥感数据，突破湿地遥感动态监测的瓶颈，为候鸟栖息地及迁徙路线变化的监测奠定了地理学基础。（2）本项目研究的禽流感时空传播模型将建立在以前提出并实现了基于遥感、地理信息系统的血吸虫病时空完全耦合的传播模型的基础之上，拓展群体和个体耦合的模型。 研究的创新性与特色： ​ 1.提出并建立禽流感网络时空传播模型，该模型将基于群体传染病数学模型、网络分析、生物遗传信息、地理信息系统及遥感技术，通过联结候鸟传播路径、家禽流通网及人类居民区，模拟禽流感病毒在全球、中国及鄱阳湖/青海湖地区三个层面的传播，并集成耦合基于智能体的个体模型。该耦合模型旨在预测禽流感病毒的传播趋势，揭示禽流感病毒时空传播机制，为有效防控禽流感传播提供决策支持。 ​ 2.利用多传感器、多时相、多尺度卫星遥感数据，拓展了波段内插的理论和方法，用于空间和时间降尺度的图像处理，突破了湿地遥感动态监测的瓶颈，从而可获得高精度的湿地植被类型动态数据，为候鸟栖息地及迁徙路线的变化监测奠定了坚实的地理学基础。 ​ 3.以禽流感病毒基因组进化和碱基变异关联性分析为突破口，构建禽流感病毒进化的时间空间路径，结合病毒重要功能位点特征，建立一套对禽流感病毒的基因分型方法，利用这一分型方法研究禽流感病毒进化的流行规律和演化趋势，为研究病毒进化流行规律和趋势奠定了遗传学基础。 ​ 4.通过反向遗传学实验手段，探索基因关键位点变异对禽流感病毒感染和致病力的影响，建立以位点变异为中心的数据库综合研究，了解禽流感病毒在群体感染过程中的不同地理区域的分子进化规律和趋向。该研究将为我国禽流感的防控提供新的理论依据，为我国建立科学而有效的疾病预警体系奠定基础。 ​ 5.研究的特色是选择候鸟迁徙中两个重要栖息地-鄱阳湖和青海湖，其中鄱阳湖是候鸟与家禽频繁接触地，也是国际科学界关于禽流感病毒来源与传播争论的中心，作为本项目重点研究区域，发挥中国的区位优势。 围绕项目所要解决的关键科学问题、主要研究内容和预期目标,本项目设置四个研究课题。四个课题紧密相连，目的在于更好的进行领域交流、资源共享和信息整合。课题间关系如图二。 图二 本项目课题关系图 课题1 ： 候鸟非连续式传播与家禽连续式传播要素演变规律分析 研究目标： （1）研究自然环境变化与社会网络构架下禽流感传播要素演变规律。 （2） 通过对禽流感传播要素演变规律的研究评价候鸟非连续式传播和家禽连续式传播在病毒扩散中的地位和作用。 研究内容： 通过遥感动态监测数据和其他观测数据的结合获得不同季节、年度、种类的候鸟栖息地范围和迁徙路线，并通过遥感和地面调查结合的技术路线，更准确地了解不同的自然环境条件下，不同候鸟的迁徙路线、栖息地以及栖息地和居民点、交通运输网络之间的联系，从而阐明不同自然环境下候鸟的非连续性传播要素的演变规律，实现禽流感流行要素的动态监测，较精确地描绘禽流感传播风险的时空分布，也为研究候鸟和家禽禽流感病毒之间的传染途径和家禽的连续性传播机制提供数据支撑。另外利用高空间分辨率遥感数据提取道路信息，结合放置在家禽运输车上的GPS记载的交易运输路线和家禽运输量数据，建立家禽运输及流量的网络，评价这种连续式传播方式在整个禽流感传播中的地位与作用。拟选取农户连接度、野鸟接触程度、免疫程度这三个变量，通过控制其它可变因素，分别对某一个变量单独考察，确定此变量与禽流感传播的关系，即对禽流感传播的影响程度。通过分析，确定后院养殖禽类对于高致病性禽流感传播的主要影响途径，并基于此提出相应改善对策。 经费比例： 21% 承担单位：中国科学院西北高原生物研究所、中国科学院武汉病毒研究所 课题负责人： 李来兴 课题2 ： 禽流感病毒遗传变异分析 研究目标： ​ （1） 在对大量病毒株的全基因组测序基础上，进行碱基变异的关联性分析， 构建和修正禽流感病毒的变异和演变模型。 ​ （2） 结合进化及变异模型和病毒重要功能位点特征，建立一套对禽流感病毒的基因分型方法，并根据时空分布规律和信息，利用这一分型方法研究禽流感病毒的时空流行规律和演化趋势。 研究内容： ​ 根据前期所测病毒基因组序列和GenBank等网站上已公布序列，进行禽流感病毒基因组的进化分析，利用进化分析结果，比较研究病毒基因的重排情况；通过对病毒基因组的多序列比对，找出病毒各个基因片段的核酸及蛋白的变异位点，结合病毒采样的时间、地点、宿主以及进化分支等信息，利用生物信息学手段分析和总结禽流感病毒变异规律，并进一步预测禽流感病毒的可能传播途径以及流行趋势。数据分析的同时，我们将收集具有代表性的禽流感样品，提取这些样品的病毒RNA，并进行RNA的直接测序和逆转录测序。对病毒的各个基因片段以及全基因组进行进化分析，同时对病毒各个基因序列的单碱基突变、片段插入和缺失以及重排等变异进行总结和分析，特别是对不同单碱基突变间的关联性和特征进行分析。综合进化和变异的分析结果，并结合病毒抗原性等特征，建立一套全新的禽流感病毒基因分型的方法。利用这一方法深入研究和总结H5N1亚型禽流感病毒的流行规律和趋势。同时收集部分病毒样品，进行基因组测序，以验证新方法的可靠性。 ​  经费比例： 28% 承担单位： 中国科学院北京基因组研究所、清华大学 课题负责人： 张晓伟 课题3 ： 禽流感病毒变异与致病力的关系 研究目标： ​ （1）分析确定重要的基因突变位点，再利用反向遗传学实验方法进行实验 验证，得到基因突变与病毒致病力之间的关系。 ​ （2）利用国内外数据建立以病毒突变为中心的数据库，综合禽流感的分子特征与病毒致病力，宿主来源，时空分布等方面的数据分析禽流感病毒分子突变的地理时空特征，评估禽流感病毒变异与致病风险。 研究内容： 利用目前国际公开的海量数据和本项目中产生的禽流感基因组数据，进行数据的比对，位点频率测定和非同义突变与同义突变的比值的计算，寻找潜在的重要突变位点。在课题二病毒基因分型结果的基础之上侧重比较不同地区、不同宿主来源、不同毒力的禽流感病毒在蛋白质1级～4级结构上的异同，采用蛋白质高级结构模建、人工点突变、蛋白质－受体相互作用模拟等计算方法，预测不同的变异对于禽流感病毒性质，如受体结合力，毒力等的影响，为禽流感病毒蛋白质突变体的设计提供重要的数据参考；根据对病毒基因组变异分析的结果，利用蛋白质结构模拟得到的结果确定需要突变的位点，然后通过反向遗传学实验方法来验证禽流感病毒蛋白质突变与病毒致病力的关系。通过收集1）国际公开数据库的禽流感数据，包含序列信息、宿主来源、分离年份、分离地点等；2）本项目反向遗传学实验产生的数据资源，包括位点突变与病毒毒力、受体亲和力的关系；和3）国内外文献报道的突变位点信息，整合建立包含有禽流感病毒蛋白质的‚“突变位点－地理时空分布”、“突变位点－宿主类型”、“突变位点－病毒型别”、“突变位点－病毒性质”等维度数据信息的数据库。之后利用收集整理的信息进行数据整合和数据挖掘。将重点关注位点的突变是否与宿主来源、地理位置相关；同时探讨病毒致病力是否与病毒所在的宿主和所在的地区具有关联性。 经费比例： 19% 承担单位： 中国科学院微生物研究所、中国农业大学 课题负责人： 马俊才 课题4 ： 禽流感时空传播模型预测与防控策略 研究目标： ​ （1）结合上述研究成果，提出并构建能模拟和预测禽流感病毒时空传播的网络数学模型并集成耦合基于智能体模拟的模型。 ​ （2）通过再现场景和模拟，分析不同传播模式和环境强度下模型的结果，优化控制策略，分析模型不确定性，以揭示禽流感病毒的时空传播机制。 研究内容： 根据野鸟的非连续传播模式及家禽的连续传播模式，建立网络禽流感时空传播模型；模型是时间、空间模型，所以空间连接特性数据需实时反映。因此重点研究病毒传播网络融入流行病群体传播模型的技术途径；空间连接特性数据实时进入模型、实现时间和空间完全耦合的方式。 遥感动态监测数据将输入到禽流感时空传播模型之中，同时，模型将包含温度、降水、湿度、辐射、候鸟迁徙习性及家禽生产量、交易量等参数的季节性变化数据。为了使该模型能适用于不同地区，我们还需要研究如何得到不同的初始化数据集、同化参数及变量和它们进入模型的最佳途径。 根据禽流感网络传播模型的要求，有步骤的研究包括相对静止的各种地物的非智能个体模型，具有简单智能性的个体模型和具有复杂智能性的个体模型建模技术。非智能个体模型的建立主要考虑其自然属性和其随时间的变化，具有简单智能性的个体模型的建立还要引入个体的行为规则和简单推理能力，具有复杂智能性的个体模型的建立还要引入个体的复杂行为规则和复杂推理认知能力。 用检测到的病毒感染、环境及载体数据验证两种模型的敏感度，对比两类不同模型的模拟结果；通过再现场景和模型的模拟，分析不同传播模式和环境强度下模型的结果，通过对一个模型的输入对比另一个模型的输出及不确定性，分析禽流感病毒传播驱动机制，对两种模型的参数、变量进行修正，同时对两种模型进行耦合。重点研究不同输入变量、参数及场景的条件下，利用禽流感网络传播模型的决策优化方案。 经费比例： 32% 承担单位：清华大学、南开大学 课题负责人： 徐冰 本项目所设四个课题关系密切，相辅相成：课题一的结果为课题二提供样品并为课题四提供模型输入数据；课题二的结果则为课题三提供数据及参考，同时也为课题四提供模型输入数据，并可以指导课题一采样点的选择；课题三的结果为课题四提供模型输入数据，也为课题二提供分析数据；课题四的结果则可以反馈给前三个课题组，以指导其他课题组调整采样策略、样品设置参数并提出新的数据要求。本项目是一个典型的跨地理学、遗传学、鸟类学和分子病毒学的多学科多领域的交叉科学研究，只有通过四个课题组共同努力，数据和结果汇交才能完成项目总体目标及五年预期目标，提升我国对禽流感暴发与传播机制的研究能力和水平，凝聚和造就一支交叉学科、高水平的研究队伍。 四、年度 研究内容 预期目标 第 一 年 1.鄱阳湖和青海湖地区候鸟繁殖地、越冬地和迁徙路线的确定及候鸟感染禽流感状况的检测。 2.鄱阳湖和洞庭湖周边地区家禽养殖点和交易、运输网络的确定及家禽感染禽流感状况的检测。 3.与有生物安全资质的研究单位合作进行样品采集、禽流感病毒分离、培养和鉴定。 4.前期所测禽流感病毒基因组数据与已公布数据的整理与分析。 5.研究禽流感病毒的直接RNA测序方法。 6.对禽流感病毒序列进行生物信息学分析，以蛋白质结构分析为基础进行潜在突变位点的突变模拟。 7.利用反向遗传学进行拯救病毒的实验验证。 8. 利用对禽流感病毒进行抗体荧光标记，以及流式细胞仪技术对其进行快速定量测定。选择高敏感度，单一型抗体，优化其标记条件，完善测定方法。 9. 研究基于候鸟迁徙非连续式传播和家禽流通运输连续式传播两个病毒传播网络融入流行病群体传播模型的技术途径。 10. 研究多源遥感数据同化方法。 1.绘制出感染禽流感的候鸟在鄱阳湖和青海湖地区的繁殖地、越冬地和迁徙路线，阐明自然环境下候鸟的非连续式传播要素的演变规律。 2.绘制出鄱阳湖和洞庭湖周边地区家禽养殖点和交易、运输网络图，阐明社会网络构架下家禽连续式传播要素的演变规律。 3.完成前期数据的收集、整理与初步分析工作，为样品收集与测序提供参考和指导。 4.建立禽流感病毒的直接RNA测序方法并完成样品中病毒的全基因组测序。 5.确定与禽流感病毒致病力相关的关键突变位点。 6.完成2-3个重要突变位点的反向遗传学实验验证。 7.建立环境中禽流感病毒快速检测方法。 8.建立网络禽流感时空传播数学模型。 9.建立网络禽流感时空传播数学模型所需数据的同化方法。 10.发表SCI论文8篇。 第 二 年 1.利用稳定性同位素技术详细确定感染禽流感的候鸟繁殖地、越冬地和迁徙路线。 2.根据感染禽流感的候鸟繁殖地、越冬地和迁徙路线，指导鄱阳湖和青海湖地区候鸟感染禽流感状况的检测。 2.根据家禽养殖点和交易、运输网络，指导鄱阳湖和洞庭湖周边地区家禽感染禽流感状况的检测。 3.禽流感病毒样品的收集、鉴定、培养与测序。 4.研究已测序列和已整理序列进行各个基因以及全基因组的进化分析。 5.综合最新的采样数据和实验结果进行数据分析，并研究禽流感病毒的潜在突变位点。 6.检验反向遗传学拯救出的病毒的血清学性质、细胞生物学性质和免疫学性质。 7.根据不用环境、不同宿主的特性对禽流感快速测定方法进行改进。 8. 研究模型不同地区的适用性。包括不同地区下模型初始化数据集、同化参数及变量的确定以及它们进入模型的最佳途径； 9.比较候鸟迁徙非连续式传播和家禽流通运输连续式传播的体型形式与方法 10.研究基于禽流感网络传播的相对静止的各种地物的非智能个体模型。 1.明确感染禽流感的候鸟繁殖地、越冬地和迁徙路线。 2.进一步阐明自然环境下候鸟的非连续式传播和社会网络构架下家禽连续式传播要素的演变规律。 3.完成样品中禽流感病毒收集、鉴定、培养与基因组测序工作。 4.构建完成禽流感病毒八个基因片段的进化树，以及全基因组进化树，初步总结出禽流感病毒的进化规律。 5.确定近年来禽流感病毒的重要突变位点。 6.鉴定出反向遗传学拯救病毒的生物学性质。 7. 建立适应不同自然环境、不同宿主的禽流感快速检测方法。 8. 实现网络禽流感时空传播群体模型的时间和空间的完全耦合 9.调整模型使其适应不同地区； 10建立禽流感非智能个体模型； 11.发表SCI论文10篇。 第 三 年 1.鄱阳湖和青海湖地区候鸟感染禽流感病毒样品的继续收集、鉴定、培养与测序。 2.鄱阳湖和洞庭湖周边地区家禽感染禽流感病毒样品的继续收集、鉴定、培养与测序。 3.对已测序列和已整理序列进行全基因组的变异分析。 4.动物实验和蛋白晶体结构分析方法，研究禽流感病毒的变异与致病力间的关系。 5.设计探针，建立并完善快速定性测量禽流感病毒的方法 6. 研究原有智能个体模型引入个体行为、简单推理能力、复杂推理认知能力； 7.验证群体—个体两种模型的敏感度，研究两类不同模型的模拟结果异同性； 8.通过对一个模型的输入对比另一个模拟的输出以及不确定性，对两种模型的参数、变量进行修正，同时对两种模型进行耦合。 1.明确自然环境下候鸟的非连续式传播和社会网络构架下家禽连续式传播要素的演变规律。 2. 初步总结出禽流感病毒的变异规律，以及变异与功能位点的相关性。 3.确定禽流感病毒变异与致病力间的关系。 4.建立并完善定性测定环境禽流感病毒的快速方法。 5. 建立简单智能体和复杂智能体的个体模型。 6.明确群体、个体两个模型的作用以及相互作用关系，实现两个模型的完全耦合。 7.发表SCI论文10篇。 第 四 年 1.鄱阳湖和青海湖地区候鸟感染禽流感病毒样品的继续收集、鉴定、培养与测序。 2.鄱阳湖和洞庭湖周边地区家禽感染禽流感病毒样品的继续收集、鉴定、培养与测序。 3.在基因组水平上研究禽流感病毒单碱基突变的关联性。 4.收集整理数据构建突变位点与病毒宿主定性测定环境禽流感病毒的快速方法、型别关系、时空分布、病毒性质的数据库。 5.利用定性测定环境禽流感病毒的快速方法，收集分析不同环境中具有代表性的禽流感样品，比较研究病毒的传播途径。 6. 通过再现场景和模型的模拟，分析不同传播模式和环境强度下模型的结果。 7.研究利用模型科学评价候鸟地区适应性与家禽地区易感性的方法。 1.进一步明确自然环境下候鸟的非连续式传播和社会网络构架下家禽连续式传播要素的演变规律。构建禽流感病毒碱基突变关联的网络结构。 2. 构建禽流感病毒碱基突变关联的网络结构，并总结出禽流感病毒基因组的变异规律。 3.建立禽流感病毒分子特征与病毒致病力，宿主来源，时空分布的数据库。 4.利用病毒在不同环境，不同宿主中定性及定量数据，确定其传播途径。 5. 揭示禽流感病毒传播的驱动机制。 6.建立候鸟地区适应性与家禽地区易感性的方法。 7.发表SCI论文12篇。 第 五 年 1.鄱阳湖和青海湖地区候鸟感染禽流感病毒样品的继续收集、鉴定、培养与测序。 2.鄱阳湖和洞庭湖周边地区家禽感染禽流感病毒样品的继续收集、鉴定、培养与测序。 3.总结禽流感病毒的进化及变异规律并建立一套的新的基因分型方法。 4.收集整理数据完善已构建的数据库，并进性数据挖掘。 5. 不同随机输入变量、参数以及场景的条件下，实现人机交互可视化模拟的技术途径。 6.研究早期预警的方法以及禽流感预防控制优化策略。 1. 进一步明确自然环境下候鸟的非连续式传播和社会网络构架下家禽连续式传播要素的演变规律。 2.建立新分型方法，并总结出禽流感病毒的时空传播规律，预测禽流感病毒的流行趋势。 3. 完善数据库并进行数据挖掘，阐明病毒性质与时空分布的关系。 4. 开发基于遥感地理信息系统的时空耦合的禽流感传播应用模型。 5.提出禽流感预防控制的优化策略。 6.发表SCI论文12篇