道地药材品质形成机制的组学研究思路

道地药材一直是中药材的"品质标杆",地位不可撼动。道地药材的品质形成从分子层面的基因遗传到最终产物的代谢表型都有涉及,其次生代谢产物的生物合成途径至今并未完全阐明。近年来,不断丰富的组学技术在揭秘复杂生物系统如何运作上功不可没,也同样适用于道地药材复杂的品质形成机制探索。为了缓解道地资源日益匮乏的现状,科学地指导优质品种的移栽,该文综述了组学在解读道地药材从基因到表型的变化过程、次生代谢产物的生物合成途径、与人体的相互作用和品质评价的新方法这些方面的研究成果,为更好地保护和利用中医药资源提供思路。     

分子生药学在蒙药研究中的应用

分子生药学为生药学与分子生物学有机融合形成的新兴边缘学科,通过联系分子生药学的理论和技术在中药中的应用,分析了分子生药学在蒙药中的应用研究方向,认为它在蒙药的鉴定、蒙药药用动植物种质资源的评估及保存、蒙药药用植物活性成分的生物合成及调控,以及蒙药材的道地性及分子机制等研究方面具有新的指导意义,并为蒙药的现代化研究提供了新方法、新思路.     

柴胡生物培养技术与柴胡皂苷合成生物学的研究进展

合成生物学是解析中药活性成分生物合成途径、发掘参与生物合成功能基因的一门新兴学科。柴胡是我国常用大宗中药材,药用价值显著。柴胡皂苷是其指标性成分,具有抗炎、抗病毒、抗肿瘤等显著活性。但目前野生柴胡资源遭到破坏,人工栽培过程中存在一定问题。生物培养技术及合成生物学的应用可扩大柴胡皂苷的来源,保护柴胡资源。不同植物的培养条件没有固定模式可遵循,不同药用活性成分的生物合成途径也是不一致的。目前,尚无柴胡组织培养技术及柴胡皂苷生物合成途径研究的综述报道。该文拟介绍合成生物学过程中用到的愈伤组织培养、不定根培养、毛状根培养与悬浮细胞培养等生物培养技术与柴胡皂苷生物合成途径及其关键酶功能基因的研究进展,建议通过借鉴其他传统根类药材的组织培养技术,对柴胡的生物培养技术进行优化,为深入研究柴胡皂苷的生物合成途径与代谢调控提供参考。     

道地药材品质特征及形成机制研究进展

道地药材因其品质优良、疗效显著，被认为是中药界的"品质标杆"。近年来，"辨状论质"、指纹图谱和生物效价检测等技术从性状、化学成分和生物活性等方面揭示了道地药材的品质特征。多种DNA分子标记技术从遗传物质方面为道地药材的鉴定提供了方法，不断丰富的组学技术从功能基因和关键酶等方面为道地药材形成机制的研究提供了理论依据。在总结道地药材的道地性成因的基础上，对道地药材品质特征及形成机制的研究进展进行综述，结合道地药材化学-遗传-生态的相关性分析，以期为道地药材的生产栽培、质量控制及资源可持续利用的探究提供理论依据，为道地药材形成机制及科学内涵的阐释提供可借鉴的资料。     

黄芩道地性形成“逆境效应”的实验验证与展望

逆境效应是环境对道地药材形成影响的一种表现,其主要核心思想是环境饰变通过影响药用植物基因的表达,从而影响其次生代谢产物的形成和积累。该文以热河黄芩为研究对象,从19个产区采集野生黄芩,分析其活性成分的含量,并结合近10年1—12月的气候因子的变化,得出气候因子影响黄芩活性成分积累的结论。随后以黄芩悬浮细胞为材料,模拟环境变化,检测其代谢途径中相关酶和基因的变化,从分子水平上阐述"逆境效应"对黄芩药材品质的影响。该文介绍了道地药材形成"逆境效应"实验验证的前提条件、黄芩道地性形成"逆境效应"研究思路和研究进展,并对未来研究的发展趋势进行展望,以期为其他道地药材品质形成机制研究提供借鉴。     

系统生物学方法在药用植物次生代谢产物研究中的应用

次生代谢产物是植物在其生长发育和对环境的适应过程中形成的,通常是药用植物中的主要活性成分,药材品质的物质基础。但次生代谢产物的生源途径复杂,其产生和积累受到自身遗传和环境中各种生物和非生物因素的调控,影响了药用植物作为药材的品质控制及其活性成分的开发利用。系统生物学思维与方法是系统全面探索生物的有力工具,随着现代分子生物学技术及生物信息学的发展,系统整合基因组、转录组、蛋白组和代谢组等组学技术,将为药用植物次生代谢产物研究带来新的机遇。这种整体、系统的研究方法在药用植物次生代谢产物形成的生物合成途径、信号转导、生态环境及其代谢工程等研究中的应用,构建次生代谢物生物合成基因表达调控系统模型,对于系统阐释药用植物有效成分成因和道地药材形成机制、代谢工程产生药用植物活性成分、和药用植物资源合理开发利用等具有重要意义。     

天然产物生物合成途径解析策略

天然产物合成途径解析既是本草基因组学研究的主要目标,也是天然产物合成生物学研究的重要基石。该文综述了近期相关领域的研究进展,提出了天然合成生物合成途径解析的一般策略:即首先通过同位素示踪实验结果和化学反应原理、已分离鉴定的中间产物等信息推测出可能的生物合成途径;然后利用共表达分析和/或基因簇发掘筛选出途径中的候选基因;最后对所有候选基因进行异源表达和酶活性检测确定参与代谢途径的酶,并可在原物种中进行该酶基因的抑制或过表达研究,进一步确认该酶在原物种体内的功能。天然产物生物合成途径的解析将有助于通过合成生物学技术为新药研发提供新的化合物来源,并可为中草药的分子育种研究提供"功能性分子标记",加速优良品种的选育,推动中药农业的发展。     

药用植物代谢调控的组学研究进展

药用植物多样的次生代谢产物是决定其品质的重要因素,直接影响其药用价值。近年来,新兴的多组学技术飞速发展,并日趋成熟,这极大地促进了中药资源的研究,尤其是多组学的联合运用使得对药用植物相关代谢调控网络的研究更加广泛而精确。在现代中药研究中,组学技术在药用植物化学成分的鉴定、道地药材真伪鉴定和质量评估、药用植物代谢途径解析及道地药材的复合胁迫研究中发挥着重要作用。该文对组学的发展、研究策略与方法以及在代谢调控中的应用进行了综述和展望。提出药用植物组学相关研究重点将更注重多组学联合解析其合成调控网络,发掘影响药用植物次生代谢调控的相关基因及主要代谢物,以期从分子遗传育种方向在生产中定向培育或利用栽培技术提升和改善药用植物的品质,助力产业的良性发展。     

中药丹参的现代化研究进展北大核心CSCD

中药现代化是中医药的重要发展方向,从基础研究着手对中药进行深入探索,对了解中药及其活性成分的作用机制及中药制剂开发利用具有重要意义。丹参是我国常用的大宗中药材之一,临床上被广泛应用于心脑血管疾病的预防和治疗,其研究广受国内外关注。随着化学分析仪器和测序技术的不断升级、网络药理学和合成生物学技术的飞速发展,多种现代化研究手段被应用于丹参的相关研究中。学者们分别利用化学成分分析手段系统研究了丹参的主要活性成分、利用现代化药理学研究手段探究了丹参药效活性成分的作用机制、利用组学分析及分子生药学手段研究了活性成分合成调控机制及合成生物学应用等,并对丹参临床制剂展开了应用研究。该文系统地总结了丹参及其活性成分相关的现代化研究进展,重点介绍了丹参活性成分的药理作用、制剂研究、生物合成及调控机制研究,相关研究的现代化技术手段和研究思路具有一定的普适性,期望能够进一步发挥丹参在中药研究中的模式作用。     

道地药材形成的分子机制及其遗传基础

作者综述了当前道地药材分子机制研究的主要领域和成就，包括道地药材遗传多样性研究及分子鉴别，道地药材遗传分化及进化遗传学研究，道地药材地理变异及环境适应性研究，道地药材种质资源评价及品种选育，道地药材功能基因表达及调控研究，道地药材转基因及生物安全性评价。认为道地药材的分子机制的研究，就是要在分子水平揭示道地药材居群水平的遗传变异，明确道地药材基因型特征，以及环境对道地药材基因表达的影响，从而揭示遗传因素对道地药材形成的贡献率。指出道地性的遗传本质在居群水平通常是个量变的过程，它与种内其他非道地药材区别主要表现为居群内基因型频率的改变；在个体水平表现为微效多基因控制的数量遗传，或是微效多基因和主基因联合控制的数量性状。提出道地药材分子机制研究中应高度重视遗传学及生态学上的尺度效应，充分利用数量遗传学的理论和方法，重点开展基因与环境的交互作用。     

板蓝根抗病毒活性成分生物合成的研究进展

板蓝根为十字花科（Cruciferae）植物菘蓝Isatis indigotica Fort.的干燥根,是清热解毒类的代表性中药。以落叶松脂素为代表的木脂素类成分是板蓝根发挥抗病毒活性的重要物质基础。本文综述板蓝根木脂素类成分生源途径解析、关键调控基因筛选和次生代谢工程调控方面的研究进展,为全面认识板蓝根抗病毒活性成分生物合成、提升板蓝根药材品质及促进板蓝根药用资源的可持续利用等奠定基础。     

蟾蜍二烯酸内酯类成分的生物转化和生物合成研究进展

蟾蜍二烯酸内酯类化合物是名贵中药蟾酥的主要活性成分,具有显著的抗肿瘤、强心、镇痛和抗炎等药理活性。目前,蟾蜍二烯酸内酯成分的主要来源方法是从蟾蜍类药材中直接提取,但此方法成本高、收益低,且药用资源十分短缺,相关新药开发与应用研究严重受阻。近年来,中药活性成分的生物合成在中药资源保护方面发挥起越来越重要的作用。基于合成生物学原理,设计和改造微生物菌株发酵生产天然产物的方法已被广泛使用。该方法的应用需要建立在目标产物生物合成途径完全解析的基础之上。基于此,总结近年来蟾蜍二烯酸内酯的生物转化以及生物合成途径解析方面的研究进展,并进一步推测蟾蜍二烯酸内酯类的生物合成途径,并进一步展望与其相关的生物合成发展方向。     

吉玛烯衍生型倍半萜内酯：生物合成的机遇与挑战

倍半萜内酯是一类分布广泛且具有显著生物学活性的天然有机化合物,如抗肿瘤、抗疟疾等活性。根据碳骨架的不同,倍半萜内酯可分为吉玛烷型、愈创木烷型、苍耳烷型、假愈创木烷型、桉烷型和榄烷型内酯等。近年来,伴随着各种组学与合成生物学等技术的发展,不同结构类型倍半萜内酯类化合物的生物合成途径逐渐被解析出来,其中吉玛烯衍生型倍半萜内酯研究报道的相对较多。因此该文重点关注吉玛烯衍生型倍半萜内酯生物合成途径及其关键酶基因,以期为该类倍半萜内酯生物合成途径的深入解析、功能基因挖掘及有效成分的异源合成奠定基础。     

药用植物功能基因克隆新方法——成分差异表型克隆法

针对目前大多数药用植物遗传背景薄弱,有效成分复杂,一般克隆方法难以获得有效成分生物合成相关功能基因的困境,笔者提出并实践了"成分差异表型克隆法",介绍了其概念、原理及方法,通过实例验证了该方法的可行性.指出该方法尤其在有效成分次生代谢途径不明确、相关功能基因背景信息未知的情况下,进行功能基因克隆具有比较突出的优势.为中药功能基因克隆研究探索了新的研究思路和方法,将为深入开展药用植物基因工程、道地药材形成机制等研究奠定基础.     

中药功能基因研究

植物中药功能基因研究主要是探寻中药活性成分相关功能基因及表达规律,确定药用成分合成的调控机制,获得中药药用成分关键代谢途径和其中的关键调控因子,为中药现代化奠定基础。本文从模式植物(水稻、拟南芥等)、主要技术策略(基因表达差异、基因表达序列标签、基因芯片技术和基因表达序列分析)和生物信息学方法(比较基因组学等)等三方面对国内外植物功能基因研究作了介绍．还介绍了黄酮类化合物与紫杉醇生物合成基因及植物P450基因研究现状。并对本研究室石斛碱功能基因研究情况作了简介。     

植物中药功能基因研究

中药功能基因研究主要是探寻中药活性成分相关功能基因及表达规律,确定药用成分合成的调控机制,获得中药药用成分关键代谢途径和其中的关键调控因子,为中药现代化奠定基础。从模式植物(水稻、拟南芥等)、主要技术策略(基因表达差异、基因表达序列标签、基因芯片技术和基因表达序列分析)和生物信息学方法(比较基因组学等)等3方面对国内外植物功能基因研究作了介绍。还介绍了黄酮类化合物与紫杉醇生物合成基因及植物P450基因研究现状。并对本研究室石斛碱相关功能基因研究情况作了介绍。     

当归活性成分生物合成与调控研究进展

当归为伞形科植物当归Angelica sinensis的干燥根，具有补血活血、调经止痛、润肠通便的功效。酚酸类、黄酮类、香豆素类、多糖类及苯酞类等活性成分是当归发挥药效的物质基础。近年来，已有大量研究对当归中部分成分的生物合成途径进行解析，并对途径中关键酶基因及转录因子进行克隆与表达分析。当归活性成分合成和积累的调控因素主要包括早期抽薹和生境条件，可以影响合成途径中的基因表达，进而改变活性成分的含量。通过对当归中已被解析的活性成分生物合成途径及这些成分的调控因素进行综述，为当归的品质提升、品种改良和精准栽培提供理论基础。     

中药微生态与中药道地性

中药微生态以多种方式直接或间接参与药材生长发育、代谢过程、成分积累等,进而对中药道地性的形成、变迁产生重要影响。揭示中药微生态结构及其变化规律与药材品效之间的关系,是中药微生态学研究的主要任务之一。地理和气候等因素所致的土壤环境异质性,以及距离及宿主选择等隔离因素所致的离散限制性,是中药微生态地理分异的主要成因。中药微生态对道地药材鲜明的产地属性及优良品质属性产生了重要影响与贡献,主要体现在优良种质形成(包括使宿主获得更高的抗病虫害能力、抗旱能力、耐盐能力、抗寒能力等)、产量提高、药用部位形态建成、有效成分代谢积累、采收的时限性、药材毒性的形成、加工与炮制过程中的增效减毒、引种栽培后的品效变迁、菌类中药道地性等方面。随着现代信息技术组学的蓬勃发展,基于中药微生态介导的道地性化学成分的生源途径挖掘、基于微生态量效关系的中药代谢合成反应器的开发、基于中药微生态结构重构的道地药材仿生种植、基于中药微生态的产地鉴别条码溯源技术以及中药减毒增效技术等将成为未来的研究趋势。     

金银花分子生物学研究进展

分子生物学(molecular biology)是从分子水平阐明生命现象和本质的科学,其发展为传统生药学的研究提供了新的生物技术和方法。金银花作为常用大宗药材之一,国内外学者在深入研究传统方法的基础上,采用分子生物学手段对其展开真伪鉴别、品质评价和控制等方面的相关研究,并取得了一定成果。该文主要综述了近年来分子生物学技术方法在金银花鉴别、有效成分生物合成的分子机制以及胁迫条件下次生代谢产物积累的分子机制研究,并针对基于杂交技术的标记(RFLP)、基于PCR的分子标记(RAPD,AFLP,SSR,ISSR)和基于DNA序列分析的SNP及DNA条形码对金银花的多样性识别、诊断、鉴定等方面进行了详细的总结,同时提出可以采用多组学技术,构建系统生物学技术和平台,建立次生代谢产物生物合成的相关模型,从而更好地研究金银花活性成分生物合成的分子机制以及药用植物在环境胁迫下的相关代谢产物的合成和积累等生命活动规律并进行调控,为进一步推动金银花现代化及其他中药资源的开发利用提供支撑与参考。     

基于代谢组学及转录组学研究灰毡毛忍冬不同品种黄酮类成分差异积累的转录调控机制

为探究湘蕾型和野生型灰毡毛忍冬黄酮类成分差异积累的分子调控机制,该研究以灰毡毛忍冬2个品种花、茎和叶为材料,采用超高效液相色谱-质谱联用(UPLC-MS)技术和高通量转录组测序(RNA-seq)技术进行代谢组学和转录组学联合分析,筛选黄酮类差异代谢物、关键差异表达基因及相应转录因子,并随机挑选其中14条差异表达基因进行qRT-PCR验证。结果表明,代谢组学分析共筛选出黄酮类化合物生物合成相关途径差异代谢物17个,包括柚皮苷查尔酮、芹菜素、槲皮苷等;转录组学分析共筛选出黄酮类化合物生物合成相关途径差异表达基因19条,包括2条CHS、3条CHI等;调控网络分析和加权基因共表达网络分析(WGCNA)筛选出调节黄酮类成分积累的关键酶基因CHS1、FLS1和HCT;同时发现MYB12和LBD4这2个转录因子可能通过调控关键酶基因CHS1、FLS1和HCT的表达来调控黄酮类成分的生物合成;qRT-PCR结果显示,随机选取的14个差异表达基因的表达模式与RNA-seq结果基本一致。该研究初步解析了2个品种灰毡毛忍冬黄酮类成分差异积累的转录调控机制,为进一步阐明其中关键酶基因及相应转录因子对灰毡毛忍冬...