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中药组学研究的现状与展望 近年来，在中药领域取得了著名的研究成果和成果。主要技术背景是化学成分的研究。现代中医研究主要集中在中药有效成分和病理活性上。药物成分的合成途径、积累机制、遗传生物学背景以及药物在摄入后如何影响人体环境内基因等, 这些中药现代化进程中的关键问题尚未得到深入研究。 2008年, 本课题组提出“本草基因组学”概念。本草基因组学 (Herbgenomics) 是利用组学技术研究中药基原物种的遗传信息及其调控网络, 阐明中药防治人类疾病分子机制的学科, 从基因组水平研究中药及其对人体作用的前沿科学。主要涉及中草药结构基因组、转录组、功能基因组、蛋白质组、代谢组、表观基因组、宏基因组、基因组辅助分子育种、中药合成生物学、中药基因组学、生物信息学及数据库等理论与实验技术。本草基因组学的主要研究内容是生物遗传背景、遗传信息, 将基因组学和多种组学技术相结合, 研究中药的模式物种体系、合成生物学、药用植物选种和育种、培育优良品种、基因鉴定、代谢途径等 1 模式生物体系 在近代的医学领域, 医学家常用斑马鱼、线虫等模式动物进行验证实验, 植物学领域有拟南芥等模式物种, 农业有水稻、烟草等模式物种进行科学研究。这些学科的研究成果都有基因组背景清楚的模式生物体系来支撑, 各项研究成果在实验室中可以被重复、验证和证实, 容易得到国际主流科学家的认可, 比如仅线虫的相关研究就产生过3个诺贝尔奖得主。一直以来, 中药缺少一个模式物种体系, 相关研究成果在其他国家、研究机构不能被有效的验证, 因而较难在国际顶级学术期刊上发表, 研究成果的认可度也会受到影响。为此, 本课题组进入基因组学领域进行研究, 为中药模式物种体系的建立奠定基础。 1.1 真菌原生代谢产物研究 2012年, 本课题组提出灵芝成为首个药用模式真菌, 通过基因组解析技术研究真菌次生代谢产物发现, 灵芝是一种非常好的模式生物。这项工作对后续功能基因发掘、有效成分合成途径、品种选育以及指导生产都起到了很好的推动作用。目前, 本课题组朱英杰博士等完成的基因组学揭示灵芝的生物活性机制 1.2 中药资源战略合作 本课题组前期从事药用植物研究, 相关研究成果难以在植物学顶级期刊上发表。2016年, 我们在丹参基因组基础研究的基础上进行了丹参基因组学研究, 与广药集团开展中药资源研究战略合作, 共同解析丹参基因组。随着高杂合度、高复杂度丹参基因组的测序和组装完成, 为其他药用植物基因组解析提供了可行的研究策略, 该项成果 通过选育丹参雄性不育系, 突破中药材杂种优势育种技术难题, “中丹1号”、“中丹2号”通过新品种鉴定。由此可见, 得到一个大的基因组学研究背景的支撑对中药研究水平会有很大提升, 且对品种选育研究也有很好的促进作用。 2 转录组研究数据 转录组学信息是基因组研究的基础信息和核心数据, 中药比较转录组研究为中药功能基因组研究提供有效候选基因, 基于转录组数据发掘的SSR是分子育种研究中的有效分子标记。 2.1 品种选育和育种 为解决三七原植物的连作障碍问题, 本课题组通过前期大量转录组学研究。从三七根茎转录组获得30.852条单一序列, 其中70.2%为注释序列挖掘11条参与三萜皂苷生物合成途径的基因 特别是宏基因组学的研究, 通过和三七研究院和云南苗乡三七公司合作, 在自然病圃中获得母本, 经人工病圃纯化后, 建立抗病群体并采用Restriction-site Associated DNA Sequencing (RAD-Seq) 测序技术筛选抗病株的特异SNP位点辅助系统选育。 通过传统的单株选育及集团选育并结合现在分子生物学技术, 有效缩短了三七的选育年限, 加快育种进程。通过选育使三七根腐病的发病率下降了62.9%, 有显著的抗病性。抗病群体包含12个特异的SNP位点, 具有特异的基因型。通过以上工作, 最终筛选出三七抗性新品种“抗七1号”。通过上万株三七的标记、筛选, 该项目实际工作量非常大, 基因组学研究技术大大地加快了筛选工作、品种选育过程。2016年9月, 通过植物新品种登记专家田间鉴定、评审, 命名为“苗乡抗七1号”。这些基础研究工作与行业实际需求及大田生产结合, 产生了很好的经济和社会效益。 2.2 生态适宜性分析信息系统 对同属植物人参和三七可以采用相似的研究方法和技术, 不过人参的生长周期更长, 所以一般需要做3-4代才能确定一个优选品种。目前, 农田栽参已经有了大的突破, 这项工作已进行多年, 现在已经开始大田推广。为避免人参“与粮争地”, 本课题组进行了人参全球产地生态区划研究 (图2) , 并建立了中药材产地生态适宜性分析地理信息系统 (Traditional Chinese Medicine Geographic Informati