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。     

植物药材道地性的分子机制研究与应用

道地药材生产是药用植物研究的核心内容。植物药材道地性是由其特定的次生物质形成与积累所引起的。次生产物产生和积累的关键酶基因是药用植物道地性形成的分子内因,诱导这些基因表达的生态环境和栽培措施是道地药材形成的外因。在药用植物道地性相关酶基因克隆的基础上,药用植物的细胞培养、毛状根培养和遗传改良等基因工程和道地药材的分子鉴定,在药用植物道地性品质的栽培调控方面将展现良好的前景。     

药用植物microRNA与次生代谢产物的合成调控

miRNA(microRNA)是一类重要的内源性非编码小RNA,其主要通过剪切及翻译抑制等方式在转录后水平调控靶基因的表达,对植物次生代谢产物的合成有着重要的作用。尤其对于药用植物而言,次生代谢产物多是其活性成分,是药材发挥药效作用的基础,研究药用植物次生代谢产物生物合成途径及复杂调控网络具有十分重要的意义。该文主要对药用植物次生代谢产物合成相关的miRNA进行综述,重点介绍了miRNA对萜类、生物碱以及黄酮等生物合成的影响,旨在为药用植物次生代谢产物的生物合成调控研究提供新的思路。     

阴影深处：药用植物的表观遗传和表观基因组调控

现存植物中约有60%具有药用和健康促进价值。道地药材是在特定的地理区域生产的,有明确的生态环境和栽培方法。道地药材的临床疗效优于其它地区种植的同种药用植物。植物的特殊药用特性是由其基因组决定的,而适当的生态条件对道地药的形成有重要影响,这至少部分地通过表观遗传学介导。通过表观遗传学/表观基因组学,研究者揭示了环境对基因表达的复杂影响,这些基因控制着药用植物的生长、发育、应激反应和药用植物代谢产物,将其它“组学层”置于有意义的生物学情境中。道地药特有的表型与药用植物的生长发育和胁迫反应密切相关。除了众所周知的遗传控制外,表观遗传机制在种群水平上起着重要作用,在道地药的形成过程中起着至关重要的作用。本文全面综述了药用植物及其相关微生物的表观遗传调控,以及DNA甲基化、小非编码RNA、转座因子和组蛋白修饰在植物和相关微生物基因表达调控中的作用。表观遗传和表观基因组机制应在研究道地药特定的表型和本土化中突出。揭示表观遗传学与道地药的相关性,有助于药用植物及其相关微生物的质量评价、鉴定和可持续利用。     

宏基因组学与道地药材研究

宏基因组学是将分子生物学技术应用于微生物基因总和研究的一门新兴学科,现已广泛应用于医药、农业、海洋生态环境、土壤生态环境等领域。道地药材凭借其质优、疗效好的优势自古以来被各医家所青睐,其形成与诸多因素有关,其中根际微环境在药用植物次生代谢产物形成中起着重要作用。着重介绍宏基因组学的概念、技术策略以及其在道地药材研究中的应用现状,进一步阐明土壤微生物对道地药材形成机制的影响,并为解决药用植物连作障碍提出新的研究思路。     

分子生物技术在我国生药学领域的应用历程与发展现状分析

研究通过对《中国知网》收录相关论文的定性与定量分析,梳理并探讨了分子生物技术在我国生药研究领域中的应用历程与发展现状,结果表明:分子生物技术的引入是生药学现代发展的实际需求;分子生物技术在生药研究中已形成稳定的应用领域和研究方向,主要涵盖中药分子鉴定、药用植物分子系统学、药用资源遗传多样性及保护、次生代谢产物的生物合成与调控、道地药材的分子机制研究,以及药用植物的组织培养与育种等7个方面;知识产出具有可持续性,并取得标志性研究成果;独立的知识体系已基本形成,显示出良好的发展潜力。     

北京中医药大学“药用植物资源与分子生药学”团队

<正>北京中民药大学"药用植物资源与分子生药学"团队是国家中医药管理局中药鉴定学重点学科的核心团队之一。秉承"传承创新、包容发展"的理念,形成了"药用植物为基础,分子鉴定为特色,品质形成为方向"的创新型团队。团队带头人刘春生教授在药用植物分类、中药饮片分子鉴定及中药材品质调控领域具有深厚的学术积淀;骨干成员王学勇副教授在丹参道地性形成的基因机制研究方面取得了显著成绩;其他团队成员分别在药用成分     

生态因子对药用植物次生代谢物的影响及其研究方法

概述了生态环境因子对药用植物次生代谢物合成积累的影响,并阐述了植物生态学、功能基因组学、蛋白质组学、代谢组学及系统生物学方法在药用植物次生代谢物研究中的应用。指出应加强多生态因子综合作用的系统研究;系统整合多种组学技术,深入研究药用植物次生代谢物的生物合成途径、代谢规律及关键调控位点,从而为系统阐释药用植物有效成分成因和药材品质形成机制、代谢产生药用植物活性成分以及建立药材优质生产基地提供科学依据。     

形制之变(一)——新旧中医国家标准疾病部分异同解读

植物来源中药材的品质与药用植物的生长及次生代谢密切相关。bZIP转录因子作为基因表达的关键调控因子,在植物生长发育、生物及非生物胁迫应答、次生代谢过程中发挥重要作用,对提高药用植物抗性、促进有效成分积累具有重要意义和价值。已证实通过调控bZIP转录因子的表达可有效提高青蒿、人参、丹参等中药材的品质。在阐明bZIP转录因子生物学功能的基础上,探讨其对药用植物品质(形态特征、抗逆反应、次生代谢)的影响,展望其在中药材品质改良中的应用前景,为深入探究bZIP转录因子在药用植物生长发育及有效成分积累中的作用提供参考,为优质中药材的培育和生产提供依据。     

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。     

药用植物次生代谢与中药材GAP

实施中药材GAP的最终目的是保证中药材质量的安全、有效、稳定与可控。药用植物次生代谢与植物药材质量密切相关,探讨影响药用植物次生代谢的各种因素,并在生产实际中加以调控,对于控制植物药材质量意义重大。本文论述了药用植物次生代谢与植物药材质量之间的关系,列举了影响药用植物次生代谢的各种因素,并讨论了中药材GAP基地建设中如何调控药用植物次生代谢等问题。     

药用植物腺毛研究进展

植物体表面附有多种毛状组织,其中具有分泌作用的为腺毛。腺毛作为植物体中重要的分泌组织,可特异性合成多种次生代谢产物。近年来随着药用植物研究的不断深入,腺毛对于药用植物的研究意义日益凸显,多种药用成分在植物腺毛中合成、修饰及储藏,其生长发育状态可直接影响药材整体品质的优劣。从形态结构、研究技术、内含物代谢过程、代谢分子调控等方面对药用植物腺毛的研究进展进行综述。     

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。     

药用植物代谢组学研究

代谢组学是全局性研究小分子代谢物的一门科学,是系统生物学的重要组成部分,广泛应用于中医药复杂体系。代谢物是药用植物代谢合成的产物,是中药发挥疗效的物质基础。随着本草基因组计划的实施和中药合成生物学的发展,药用植物代谢组学研究将会迎来蓬勃发展。该文介绍代谢组学技术近几年的研究进展,以及药用植物代谢组学研究的主要内容,包括药用植物鉴别和质量评价,品种选育和抗逆研究,代谢途径解析,代谢网络、代谢工程研究及合成生物学研究。通过整合本草基因组,转录组和代谢组学等研究,最终为药用植物品种选育、创新药物研发和质量安全性评价奠定基础。     

药用植物次生代谢与中药材GAP

实施中药材GAP的最终目的是保证中药材质量的安全、有效、稳定与可控。药用植物次生代谢与植物药材质量密切相关，探讨影响药用植物次生代谢的各种因素，并在生产实际中加以调控，对于控制植物药材质量意义重大。本文论述了药用植物次生代谢与植物药材质量之间的关系，列举了影响药用植物次生代谢的各种因素，并讨论了中药材GAP基地建设中如何调控药用植物次生代谢等问题。     

品质源于设计：基于药效物质的中药品质调控——海军军医大学、上海中医药大学陈万生教授团队中药品质调控研究思路与实践总结

<正>陈万生教授团队主要研究方向为基于药效物质的中药品质调控,针对高活性中药药效物质资源开发所面临的“生物合成途径不明”、“代谢调控效率低”两个关键问题,创建了基于“基因-代谢物”关联谱的中药有效成分生源途径高效解析技术,依托完整、快速、多样化的中药功能基因鉴定系统,多角度表征次生代谢调控网络;同时通过开展基于真实世界证据的中药质量标志物发现、基于结构基因的靶向调控和基于转录因子的全局调控成功提高了活性天然产物含量,为利用次生代谢工程调控中药品质提供了成功范例。     

转录因子调控对中药材质量形成的作用

道地药材是中医临床公认的优质药材,素来是中药材的“品质标杆”,它的形成是特定种质与特定环境长期交互作用的结果。遗传因素通过调控“代谢特质”（有效成分含量积累）与“形态特征”（独特的生物学性状）对道地药材品质形成发挥主导作用。转录因子作为发挥中枢核心调控作用的遗传基因,在影响中药有效成分积累和特定生物学性状形成中均发挥了重要作用。本文结合本课题组的研究实例,从“代谢特质”和“形态特征”两方面探讨转录因子对中药材质量形成的调控作用,为揭示道地药材品质形成的科学内涵,保护中药资源、保障优质中药材的可持续供给提供新思路。     

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。     

中药活性成分生物合成途径解析研究方法进展

中药活性成分是中药发挥药效的物质基础，是道地药材形成的关键，研究中药活性成分的生物合成及其调控机制对解析道地药材形成机制具有重要意义，同时能够为利用合成生物学生产中药活性成分提供元件。随着组学技术、分子生物学技术、合成生物学技术、人工智能等的发展，中药活性成分生物合成途径的解析也进入了高速推进的阶段，新方法新技术的应用，推动对中药活性成分合成途径的解析，也使这一方向成为分子生药学研究热点。目前，研究人员已经在人参、丹参、甘草、雷公藤等多种中药的活性成分生物合成途径解析研究中取得成果。该文系统梳理当前常用的中药活性成分生物合成功能基因研究方法，重点阐述了以多组学技术为基础的基因元件挖掘，以及以候选基因为对象的植物体内外基因功能验证；并对近年来涌现的新技术新方法，如高通量筛选，分子探针，全基因组关联性分析，无细胞体系，计算机模拟筛选等进行总结，通过该文的综述为中药活性成分生物合成途径解析提供参考。     

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。