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岐黄学者学术思想(35)陈士林

本草基因组学助力解决优质药材生产难题

时间:2020-07-20 来源:中国中医药报4版 作者:陈士林

  陈士林,男,汉族,研究员,中药专业。中国中医科学院首席研究员,世界卫生组织传统医学合作中心主任,国际欧亚科学院院士,CGCM(中药全球化联盟)副主席。现任中国中医科学院中药研究所所长,兼任日本东京药科大学客座教授、美国药典传统中药咨询组委员等。为教育部长江学者和创新团队计划负责人,担任Chinese Medicine、《药学学报》等期刊副主编。荣获全国创新争先奖章、吴阶平医药创新奖、Agilent Thought Leadership Award(安捷伦思想领袖奖)、享受国务院政府特殊津贴、卫生部突出贡献专家称号等荣誉,获国家科技进步二等奖3项。获国家发明专利和美国专利授权38项,发表论文400余篇,其中SCI论文200余篇,论文被引2万余次,H指数61(Google Scholar),连续五年入选爱思唯尔(Elsevier)被引中国学者榜单。

  中医药对人类健康事业作出巨大贡献,药材是中医药发展的物质基础。“药材好,药才好”是高品质药材重要性的体现。中药材盲目引种、种质退化、不规范生产、农残重金属超标以及掺伪掺假等对高品质中药材传统生产方式提出了极大挑战。本草基因组学(Herbgenomics)是中药学与基因组学相结合的一门前沿交叉学科,利用基因组学技术研究中药原物种的遗传信息及其调控机制,阐明中药防治人类疾病的分子遗传基础。该学科概念是本人带领团队在近二十年的研究基础上,立足于中药生产实践提出的,本草基因组学已纳入普通高等教育“十三五”规划教材,在全国多家高校及科研院所的大学本科和研究生教学中开设了该课程。本草基因组学作为中药学与现代技术相结合的学科体系,对高品质药材生产实践具有指导作用,并促进前沿生命科学技术在中药领域的应用,对中药现代化进程具有重大战略性科学意义。

  国家药典标准是我国药材的合格标准。随着中药产业化的发展以及市场需求的多样化,现有的单一标准已不能满足市场需求。行业呼吁建立高品质药材的分级标准,如无公害药材标准等,但目前尚未形成行业的一致意见。高品质药材一般指的是在道地产区生产、生产过程经过严格质量管控、疗效经过临床认可并可溯源的药材。“药材的质量是生产出来的”,如何有效解决影响药材质量的关键生产技术问题是高品质药材生产的核心。

  揭示高品质药材分子遗传背景

  中药材种植历史较短,目前药材野生变家种,普遍存在种质不纯、遗传背景混杂等问题。因此,揭示药用植物遗传背景有利于提高中药材新品种培育效率,阐明有效成分合成积累及调控的分子机制,进一步指导田间生产操作和过程管控。

  本人带领团队建立了药用动/植物高通量混合测序的全基因组组装及拼接技术,国际上率先完成500余个中药基原物种核基因组和细胞器基因组图谱,在国际著名期刊发表灵芝、人参、丹参、菊花、穿心莲、卷柏、紫芝等物种全基因组图,是在国际药用植物基因组研究领域最有影响力的团队。该团队采用全长转录本测序揭示了丹参酮的生物合成机制;破译古老复苏植物卷柏基因组,解析独特的基因组结构及耐旱基因, 推动干旱胁迫与药用植物品质形成机理研究;通过土壤宏基因组解析人参根际微生态连作障碍机制。本草基因组学研究奠定我国高品质中药材栽培生产分子遗传学基础,引领中草药生物学前沿应用研究。

  草药物种基因鉴定

  因品种繁多、质量存在较大差异,中药的品种真伪鉴别直接关系到用药安全及临床疗效。

  本人带领团队基于全基因组测序和高通量筛选,在国际上首次验证提出核基因组序列ITS2作为中草药通用DNA条形码,完成1.1万种中药材及混伪品的4.8万余份样品DNA条形码研究,建立了中药材DNA条形码鉴定标准,为中药鉴定学开拓了新的方法学领域,纳入《中国药典》2010版、2015版。该体系从基因层面解决了传统中草药千百年来物种真伪鉴定难题,开发了具有中国自主知识产权的中药高通量DNA条形码鉴定一体机,为中草药建立了“基因身份证”,并被评为“2016年中国十大医学进展”,获得国家科技进步二等奖。同时该技术体系可实现对中国、美国、日本、欧盟、韩国和印度等国药典收载草药进行DNA条形码物种鉴定,被世界中医药学会联合会等誉为标志着“中药进入标准化的基因鉴定时代”,2017年Nature专刊评述该体系“开辟了中草药鉴定新篇章”。

  药用植物分子辅助育种

  俗话说“种瓜得瓜,种豆得豆”,高品质药材有赖于优良品种的选育。

  本人带领团队首次建立优质药材繁育国家工程实验室平台,揭示药材遗传密码并发掘抗性基因;构建包含3.49万份中药材核心种质圃库,形成了基于基因组测序揭示遗传背景、挖掘关联基因、分子标记辅助大田筛选、目标株系扩繁培育的优质中药材“四阶式”分子辅助育种技术体系,结合中药材栽培生产的分子遗传研究培育中药材新品种8个,突破了中药材优良品种选育关键技术,为高品质药材生产奠定基础。如培育首个三七抗性新品种,其根腐病发病率下降62.9%,大大减少了化学农药用量,从源头为高品质药材生产和生态环境保护提供了解决方案。

  中药材生产扶贫

  中药材无序生产导致品质下降,制约贫困山区中药产业的可持续发展。

  本人带领团队建立了中药材品质提升关键生产技术体系,已在全国28个省区贫困乡村推广应用。中药材精细栽培关键技术体系通过专家工作站或技术扶贫等方式在云南文山、吉林靖宇、重庆彭水、湖北长阳、贵州毕节、陕西洋县等贫困地区推广应用。研究团队受到国家卫健委、农业农村部及台盟中央等邀请到贵州黔南、山西大宁县等地区开展中药材扶贫行动,开展中药材科技推广培训交流100余次,受众超过2万多人,推动了当地的经济发展及精准扶贫。如相关合作企业和药业公司等采用该体系开展人参农田无公害种植超过25600亩,把人参种植推向精细化种植时代,提供了由伐林栽参向农田栽参转型发展的新途径,被媒体称为形成了人参种植“中国模式”。三七无公害种植在砚山、丘北等地区累计推广达到21609亩,仅苗乡科技园优质三七栽培每年解决20万人次的农民就业,带动3500户农民脱贫致富。目前采用该体系的推广公司生产的药材出口连续多年保持全国第一。该体系在推广过程中大力推动了中药材扶贫行动的开展,在经济欠发达地区实现了无公害药材生产与三农经济转型的有机结合,形成了产业扶贫工程的典型示范。(陈士林 中国中医科学院)

  (注:文中所载药方和治疗方法请在医师指导下使用。)

(LQ)

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