當中草藥“大腕”邂逅基因產業“弄潮兒”

　　中藥是中華名族的瑰寶。從《神農本草經》，到《本草經集注》，再到《新修本草》，直至巨著《本草綱目》的問世，智慧的祖先們從未停止過對中草藥的探索。如今，高通量技術的發展給中草藥的研究帶來了新的契機。今天，帶大家盤點一下中草藥“大腕”們的全基因組。

　　鐵皮石斛

　　鐵皮石斛被稱為自唐代以來“中國最為名貴、藥用價值最高的石斛品種之一”，其莖中包含有顯示抗氧化和抗腫瘤活性的化合物。由于它療效獨特，且生長周期緩慢，野生鐵皮石斛已被用至瀕臨滅絕，現在被歸類為是中國的珍稀瀕危藥用植物之一。

　　研究人員利用第二代Illumina Hiseq 2000測序技術和第三代PacBio測序技術，第一次從頭組裝出了1.35 Gb的鐵皮石斛基因組序列。研究人員觀察到與真菌共生和抗旱性有關的一些基因家族發生了明顯擴增。他們分析了鐵皮石斛一些藥用成分的生物合成信號通路，發現與多糖生成相關的SPS和SuSy基因發生了大規模復制，鐵皮石斛生物堿合成信號通路可以從已有的研究結果基礎上延伸到16-epivellosimine的合成。鐵皮石斛基因組研究為未來研究蘭科植物的進化、以及石斛的藥用成分及潛在的遺傳育種奠定了基礎。

　　靈芝

　　靈芝是中醫藥寶庫中的珍品，有“仙草”的美譽。現代藥理研究表明靈芝具有多種治療活性，包括抗癌、抗高血壓、抗病毒和免疫調節活性。靈芝生成了大量的生物活性化合物，以三萜類化合物和多糖為主要類別。

　　研究人員利用新一代測序（NGS）和光學繪制（optical mapping ）方法對單倍體核細胞的靈芝菌株進行了全基因組測序和組裝，得到的基因組大小約43.3Mb，預期編碼了 16,113個基因。序列分析總共鑒別出了24個細胞色素P450s (CYPs)基因簇。此外，發現了16個可能在三萜系化合物生物合成中發揮作用的CYP基因。這些基因組信息有助于闡明這一藥用真菌中各種次級代謝物合成的分子機制。

　　丹參

　　丹參是一種常用的中藥材，別名紅根、紫丹參、血參根等，具有活血、預防血栓、降血脂、抗腫瘤等功效。

　　廣州白云山和記黃埔中藥有限公司與中國醫學科學院藥用植物研究所合作，利用第二代高通量測序技術對丹參全基因組進行測序，并完成丹參基因組框架圖的組裝。此次基礎性研究利用從丹參基因組中獲得的信息和知識，通過遺傳工程和新育種方法，將加速優質、高產、抗病丹參優良品種的選育，實現綠色丹參產業，推動丹參制藥等相關產業的發展。

　　金蟬花

　　金蟬花是一種珍貴中藥材，其營養成分近似于冬蟲夏草，可用于治療兒童疾病，同時具有較高保健價值。隨著蟲草資源的日益枯竭，金蟬花作為替代品的價值越來越受到重視。

　　此次研究發現，金蟬花基因組是人類基因組大小的八十分之一，其中含有約1.6萬個候選基因，接近人類基因數量的二分之一。研究還證實，金蟬花遺傳結構穩定性良好，發生變異的基因不到1%，遠低于冬蟲夏草10%的變異率。這項研究成果有助于開發尚未被人類認識與利用的金蟬花優異基因，為深度發掘其生物制劑提供新路徑，也有助于培育出藥用價值與營養價值更高的金蟬花品種。

　　人參

　　人參是舉世聞名的藥用植物，被譽為“萬能圣藥”、“百草之王”，是國內外公認的珍品。現代醫學認為，人參對神經系統、心血管系統、內分泌系統、消化系統、生殖系統、呼吸系統及外科使用等都具有明顯的作用。

　　研究者以第二代為主結合第一代測序技術為研究手段，應用新的研究策略，測定了超過100倍覆蓋率的高質量數據獲得的人參全基因組圖譜。研究發現，人參具有與人類基因組大小相仿的基因組，約30億個堿基。通過人參基因組圖譜的分析以及功能基因組的研究，將為人參的遺傳與農藝性狀、代謝與藥用性狀、化學與工藝性狀方面的研究提供技術保障。

　　板藍根

　　板藍根真正是一味“草根”中藥，可謂婦孺皆知。其性寒，味先微甜后苦澀，具有清熱解毒、預防感冒、利咽之功效。

　　百邁客聯合南京農業大學對板藍根的轉錄組進行了研究。從超過28 million的高質量短序列reads中，組裝得到33,238個unigenes。其中有8個基因被發現與吲哚和其衍生物的合成有關。根據GO分析，其中的22,365個基因被聚類成48個功能大類。同時，重復motif分析在4509個基因中鑒定到了6400個簡單序列重復標記（simple sequence repeat marker）。該研究為揭示板藍根的生物化學及分子機理研究提供了良好的基礎。

　　結束語

　　以上研究的完成，對其它藥用植物的研究具有很好的借鑒和示范作用，促進了現代前沿生命科學研究和傳統中藥學的有機結合，將改變中藥研究領域被動追趕其它學科發展的局面，使中藥學真正走到生命科學研究的最前沿。