本草基因组方法学研究

本草基因组计划（HerbGP）是针对具有典型代谢途径和重大经济价值的药用植物进行的全基因组测序和后基因组研究的系列计划。本文全面介绍物种基因组大小、染色体数目测定方法和第二代高通量测序方法,以及全基因组组装和基因组注释、基因组比较等生物信息学分析手段,并简要阐述重测序在药用植物全基因组研究中的应用方法。本草基因组计划的实施,将促进现代科学最新技术和方法在中药研究中的应用,使中药学研究位于生命科学的最前沿。     

基于流式细胞分析技术的茯苓基因组大小测定

目的：茯苓是担子菌多孔菌科的著名传统中药。本研究的目的在于测定茯苓的基因组大小并考察了其倍性与基因组的关系。方法：真菌材料的前处理参考文献报道[1],并用DNA特异性染料碘化丙啶进行染色,通过调节离心转速、染色时间等条件对样品进行核分离的优化。DNA含量用流式细胞仪进行分析,通过比较茯苓与内参黑曲霉G0/G1期峰比值计算得出。结果：茯苓的基因组大小测定为55.79±3.03Mb,或相对DNA含量为0.12±0.01pg（1pgDNA=0.965×109bp）。在结果中可以检测出黑曲霉和茯苓的G2/M期峰。结论：本研究探索了用流式细胞仪分析茯苓基因组大小的方法,所得数据可为基因组学研究提供了参考。     

基于流式细胞术和基因组survey分析的地黄基因组研究

目的地黄Rehmannia glutinosa是我国传统中药,具有较高的药用价值和经济价值。利用流式细胞技术和高通量测序技术,分析了地黄基因组大小和特征等信息,为绘制地黄全基因组精细图谱提供依据。方法将已知基因组大小的大豆Glycine max和辣椒Capsicum annuum作为对照,用流式细胞技术估算地黄基因组大小。然后利用高通量测序技术对地黄基因组进行survey分析,通过生物信息学分析获得了地黄全基因组重复序列比例、基因组杂合度以及GC含量等信息。结果根据流式细胞实验结果,地黄基因组大小介于大豆和辣椒之间,估算地黄基因组大小应在2.00~2.12 Gb。通过高通量测序,获得了132.79 Gb高质量的数据,总测序深度约为66.40×,估算地黄基因组大小为2.03 Gb。根据Kmer分布情况,估算地黄基因组重复序列比例为78.48%,杂合度为1.93%,GC含量为37.27%。从基因组基本结构特征上看,地黄基因组属于高重复、高杂合、大基因组的复杂基因组。结论获得了地黄基因组大小和特征等信息,这些信息将为绘制地黄全基因组的精细图谱奠定基础,也为阐明地黄有效成分的生物合成和调控途径提供依据。     

本草基因组方法学研究

本草基因组计划(HerbGP)是针对具有典型代谢途径和重大经济价值的药用植物进行的全基因组测序和后基因组研究的系列计划.本文全面介绍物种基因组大小、染色体数目测定方法和第二代高通量测序方法,以及全基因组组装和基因组注释、基因组比较等生物信息学分析手段,并简要阐述重测序在药用植物全基因组研究中的应用方法.本草基因组计划的实施,将促进现代科学最新技术和方法在中药研究中的应用,使中药学研究位于生命科学的最前沿.     

基于流式细胞分析技术的茯苓基因组大小测定

目的:茯苓是担子菌多孔菌科的著名传统中药.本研究的目的在于测定茯苓的基因组大小并考察了其倍性与基因组的关系.方法:真菌材料的前处理参考文献报道[1],并用DNA特异性染料碘化丙啶进行染色,通过调节离心转速、染色时间等条件对样品进行核分离的优化.DNA含量用流式细胞仪进行分析,通过比较茯苓与内参黑曲霉G0/G1期峰比值计算得出.结果:茯苓的基因组大小测定为55.79±3.03Mb,或相对DNA含量为0.12±0.01pg(1pgDNA=0.965×109bp).在结果中可以检测出黑曲霉和茯苓的G2/M期峰.结论:本研究探索了用流式细胞仪分析茯苓基因组大小的方法,所得数据可为基因组学研究提供了参考.     

基于流式细胞术和K-mer分析的黄芪基因组大小估测

目的使用流式细胞术与K-mer分析估测黄芪基因组的大小及复杂程度,为黄芪基因组测序奠定基础。方法以番茄为内标,用流式细胞仪测定经碘化丙啶(PI)染色的番茄细胞核和黄芪细胞核混合样品的PI荧光强度,通过比较黄芪与番茄细胞DNA含量峰值的倍数关系,计算黄芪的基因组大小。采用高通量测序技术进行黄芪基因组调查测序,利用生物信息学方法估计黄芪杂合率、重复序列和GC含量等信息。结果采用流式细胞术测得黄芪基因组大小约为1 426 Mb。通过基因组调查测序,获得了95 Gb黄芪基因组DNA测序数据,K-mer分析表明黄芪基因组约为1 456 Mb,测序深度为39×。K-mer分布曲线有明显的杂合峰,基因组杂合率为2.1%。结论黄芪基因组大小为1.45 Gb左右,杂合率较高。这一结果可为黄芪基因组学研究提供参考。     

基于流式细胞术和K-mer分析的苦豆子基因组大小估测

目的 采用流式细胞术与K-mer分析方法对苦豆子基因组大小及杂合率进行估测,为其全基因组测序提供参考。方法 以大豆为内标,通过流式细胞仪检测大豆与苦豆子细胞DNA含量的倍数关系,计算苦豆子的基因组大小。采用二代测序技术进行苦豆子基因组调查测序,使用K-mer分析估测苦豆子基因组大小与杂合率。结果 采用流式细胞术测得苦豆子基因组大小约为1 749 Mb。K-mer分析结果表明,苦豆子基因组大小约为1 648 Mb,基因组杂合率为1.12%,杂合率较高。结论 苦豆子基因组大小约为1.7 Gb,杂合率较高,后续研究可采用三代PacBio进行80~100 X深度的测序开展全基因组测序研究。     

川芎基因组survey测序及其特征分析

目的 利用流式细胞术和高通量测序技术,对川芎Ligusticum chuanxiong基因组大小和特征进行分析,为川芎全基因组精细测序和分子机制研究奠定基础。方法 以已知基因组大小的绿豆和陆地棉作为内标植物,用流式细胞术估算川芎基因组大小。利用高通量测序技术对川芎基因组进行survey分析,测算出川芎基因组大小、重复序列、杂合率和GC含量等,利用生物信息学对基因组进行预测、注释和基因家族鉴定。结果 估算出川芎基因组大小约为3058.37Mb,重复序列为79.79%,杂合率约2.16%,GC含量为36.32%,川芎基因组呈现高重复、高杂合、基因组庞大等特征。共预测到34864个基因,有30 737个基因在功能数据库中被注释,有53个基因注释到阿魏酸合成过程中。初步鉴定到2058个特异基因家族,2001个单拷贝基因。结论 初步获得了川芎基因组大小、基因组特征、功能基因及基因家族等信息,为进一步川芎全基因组精细测序提供了参考,为阐明川芎阿魏酸等药效成分生物合成提供了基因资源。     

基于Illumina高通量测序技术的草豆蔻基因组研究

目的对药食同源植物草豆蔻Alpinia katsumadai进行基因组调研分析,完善草豆蔻基因组遗传信息。方法研究采用Illumina高通量测序技术,基于K-mer分析手段来研究草豆蔻基因组的大小及杂合度,利用MISA方法分析可能的SSR分子标记。结果草豆蔻的基因组大小为1.60 Gb,基因组杂合度为0.44%,重复序列比例为72.72%;在基因组序列中,进行SSR分子标记分析,共鉴定出了364 395个SSR,其中,单、双、三核苷酸重复模体的比例较高,分别占比64.25%、24.05%、10.31%;从测序得到的350 bp文库中,随机取10 000条单端reads,与NT库进行BLAST比对,发现草豆蔻的近缘物种艳山姜Alpinia zerumbet和小豆蔻Elettaria cardamomum上的reads数分别占比对上NT库reads数的12.89%和12.36%。结论通过对草豆蔻植物的基因组大小、杂合度调查及SSR分子标记分析表明,草豆蔻物种基因组属于高重复、大基因组的复杂基因组,这为草豆蔻的资源保护和遗传多样性分析及品种选育提供了遗传信息支撑。     

脉冲场凝胶电泳技术在本草基因组计划中的应用

本文着重介绍了脉冲场凝胶电泳（PFGE）在本草基因组测序中的应用,包括测定药用真菌染色体数目和基因组大小、构建基因组文库及绘制物理图谱,并对PFGE使用中一些待解决的问题做了简要介绍。     

东北地区人参药材最佳产地与生态环境的聚类分析研究

目的:通过测定东北地区22个不同产地的38个人参样品的总皂苷含量,以分析东北地区人参药材的最佳产地与生态环境。方法:采用比色法测定人参总皂苷含量,并用SPSS统计分析系统进行聚类分析。结果:长白山南部,为东北地区人参药材的最佳产地;北纬40～42°,东经125～127°区域内,海拔500～1000m,年平均气温4℃以上的森林地带为东北地区人参药材的最佳生态环境。结论:本方法简便,准确,可行,为人参药材的质量评价及道地药材的科学开发提供了依据。     

参芦、全参与人参主根生物活性及毒性的比较研究

本文对参芦、不去芦的全参及红参主根的生物活性进行了比较,观察到三者具有相似的药理作用,急性毒性试验表明三者也无明显差别,认为人参要去除芦头后才能使用的规定不妥,应当予以纠正。     

人参种质性状变异及相互关系的研究

采用变异系数及相关、回归和聚类等多元统计分析方法,对经5代自交获得的边条人参种质材料（株系）性状的变异及性状间的相互关系进行分析,为人参品种选育和规范化种植提供依据。     

人参与西洋参的皂甙成分分析

对人参及14个产地(包括美国、加拿大)的15批西洋参样品进行了皂甙类成分薄层定性分析、总皂甙含量比色测定及人参皂甙R_b1,R_g1,的薄层扫描测定。     

藜芦与人参三七西洋参配伍后藜芦定的含量变化研究

目的:考察藜芦与人参三七西洋参配伍后藜芦定的含量变化。方法:采用反相高效液相色谱法测定藜芦定的含量,比较藜芦单煎液与藜芦-人参合煎液、藜芦-三七合煎液、藜芦-西洋参合煎液中藜芦定的含量变化;色谱条件:Agilent-TC C18色谱柱(250×4.6mm),流动相为乙腈-0.1mol/L醋酸铵(35∶65),检测波长220nm,流速1.0mL/min。结果:藜芦与人参三七西洋参配伍后藜芦定的含量升高。结论:本方法简便、准确、灵敏度高,为十八反中"诸参辛芍叛藜芦"提供的实验依据。     

人参“大补元气”中医及生物学内涵研究

人参是“百草之王”,能够大补元气、回阳救逆,且作为治疗虚劳补益第一要药应用至今,然而其“大补元气”的物质基础和作用机制尚不明确。虽然,现代研究发现人参皂苷、多糖等具有抗疲劳、增强免疫力、抗衰老、抗肿瘤、抗动脉粥样硬化等多种药理作用,但其现代药理作用与传统功效的内在联系还不清楚,且缺乏科学的阐释。本文结合相关研究工作,对人参传统功效的中医学内涵及应用、现代研究进展及展望进行了概述,以期为更深入研究人参传统功效的科学内涵及诠释其临床药效机制提供参考。     

施用羊粪防治人参金针虫

羊粪特有的膻气对金针虫具有显著的驱避作用,而且施用羊粪对人参还有明显的增产效果。     

Estimation of Nuclear DNA Content in Tannin-rich Medicinal Plant Cornus officinalis by Flow Cytometry

Objective The amount of nuclear DNA(C-value)is a key biodiversity character that provides strong unifying elements in revealing the phylogenetic regularity and relationship between genome size and functional traits for plant resource.The estimation of C-values could primarily extend our knowledge on the genetic background and genome diversity for medicinal plants,and thereby the variation of pharmacological constituents and phylogenetic mechanism of medicinal plant taxa will be revealed.However,a large number of medicinal plants(e.g.Cornus officinalis)typically contain a series of secondary metabolites,especially tannic acid,which would significantly affect the estimation of DNA content by flow cytometry(FCM).Methodological discussions and improvement need to be made to solve this problem.Methods Two isolation buffers LB01 and Otto 1 were selected to prepare nuclear suspension with additional treatments of pre-soaking and centrifugation combination of gradient centrifugal force and duration.The best isolation and estimation methods were determined by FCM measurement in C.officinalis.Results The dry leaves were pre-soaked in Otto I buffer for 15 min and the Otto I nuclear suspension was centrifugated at 1.0×103 g for 2 min.The results showed that debris and nuclei were better separated and the scatterplots of good quality were obtained with low coefficient of variation(CV).Contrarily,the nuclear DNA content of C.officinalis could not be accurately estimated for nuclei extracted by LB01 buffer.Finally,2C-value and genome size of C.officinalis were first estimated as 5.92 pg and 2893 Mbp,respectively.Conclusion The new methods proposed here are able to accurately estimate DNA content of C.officinalis,which provides valuable references for the estimation of genome size in other tannin-rich medicinal plants.