一、研究團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介

湖北中醫(yī)藥大學(xué)中藥資源評(píng)價(jià)與組學(xué)研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)組建于2018 年9 月，團(tuán)隊(duì)基于中藥種業(yè)工程這一國(guó)家戰(zhàn)略焦點(diǎn)和中藥材良種缺乏這一產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn)而組建，在中藥資源評(píng)價(jià)與品種選育的過(guò)程中凸顯技術(shù)創(chuàng)新的力量，在產(chǎn)業(yè)服務(wù)的過(guò)程中用好科技的手段。湖北是全國(guó)名副其實(shí)的中藥資源大省，同時(shí)也是中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)較好的省份之一，大量道地藥材如黃連、野菊花、獨(dú)活、天麻、蜈蚣等獨(dú)具特色。如何將資源優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，關(guān)鍵在于對(duì)多樣化資源的保護(hù)、評(píng)價(jià)和利用，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)中藥材的生產(chǎn)和下游產(chǎn)品研發(fā)，這也是團(tuán)隊(duì)工作的核心。團(tuán)隊(duì)的發(fā)展充分依賴(lài)先進(jìn)組學(xué)技術(shù)的支撐。從團(tuán)隊(duì)建設(shè)之初，便緊緊抓住中藥組學(xué)這一現(xiàn)代分子生物學(xué)前沿技術(shù)，利用基因組、轉(zhuǎn)錄組、代謝組等多組學(xué)整合分析的技術(shù)方法對(duì)中藥資源開(kāi)展多層級(jí)的系統(tǒng)評(píng)價(jià)，促進(jìn)中藥資源鑒定、評(píng)價(jià)和應(yīng)用的精準(zhǔn)性和效率。

團(tuán)隊(duì)目前由8 名相關(guān)于科研和教學(xué)的青年人員組成，同時(shí)還包括博士和碩士研究生近30 名，是一支充滿(mǎn)生機(jī)活力的隊(duì)伍（圖1）。團(tuán)隊(duì)成員中，5人為“劉合鋼全國(guó)名老中醫(yī)藥專(zhuān)家傳承工作室”核心成員，團(tuán)隊(duì)帶頭人劉義飛教授為湖北中醫(yī)藥大學(xué)引進(jìn)的高層次人才，為湖北省“楚天學(xué)子”和湖北醫(yī)學(xué)青年拔尖人才第一層次人選，團(tuán)隊(duì)核心骨干胡志剛教授為武漢市“黃鶴英才”，也是湖北中醫(yī)藥大學(xué)首個(gè)社會(huì)服務(wù)與推廣型教授。通過(guò)發(fā)展，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了較完善的中藥資源評(píng)價(jià)和組學(xué)研究創(chuàng)新科研平臺(tái)，積累了多物種的組學(xué)大數(shù)據(jù)資源，廣泛收集了藥用動(dòng)植物種質(zhì)資源，并在學(xué)校藥用植物園及湖北省神農(nóng)架林區(qū)、宜昌市五峰縣和長(zhǎng)陽(yáng)縣、孝感市大悟縣等地建立了種質(zhì)資源圃，與湖北乃至全國(guó)不同地方的政府和企業(yè)建立了緊密的合作關(guān)系，將產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和科技創(chuàng)新成果充分應(yīng)用于中藥材產(chǎn)業(yè)發(fā)展和社會(huì)科技服務(wù)之中。

圖1 湖北中醫(yī)藥大學(xué)中藥資源評(píng)價(jià)與組學(xué)研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)合影

二、主要研究領(lǐng)域

1.中藥資源的分子鑒定

中藥材基原準(zhǔn)確性的考證和真?zhèn)舞b別一直是中藥資源評(píng)價(jià)和應(yīng)用中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。近年來(lái)，隨著中藥材市場(chǎng)需求的增加，各類(lèi)中藥材以假充真、誤用混用等現(xiàn)象層出不窮且屢禁不止，嚴(yán)重危害了廣大人民的自身權(quán)益和身體健康，不利于中醫(yī)藥行業(yè)健康發(fā)展。傳統(tǒng)的中藥鑒定技術(shù)包括利用經(jīng)典分類(lèi)學(xué)方法通過(guò)文獻(xiàn)、標(biāo)本和形態(tài)比對(duì)的來(lái)源鑒定（又稱(chēng)基原鑒定），通過(guò)眼觀口嘗等簡(jiǎn)便方法的中藥性狀鑒定，對(duì)中藥資源組織和粉末的顯微鑒定，以及中藥理化性質(zhì)的鑒定等方法。大多數(shù)情況下這些方法可有效地甄別中藥資源類(lèi)型，但面對(duì)中藥材市場(chǎng)中復(fù)雜的易混藥材和假冒偽劣品，這些傳統(tǒng)方法有時(shí)候缺乏一錘定音的效果。

研究團(tuán)隊(duì)充分利用基因組研究和發(fā)展的成果，在傳統(tǒng)DNA 條形碼技術(shù)用于物種鑒定的基礎(chǔ)上，基于組學(xué)數(shù)據(jù)開(kāi)展中藥資源分子鑒定標(biāo)記的廣泛開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，進(jìn)一步研發(fā)藥材產(chǎn)地和品質(zhì)鑒定的新型分子標(biāo)記和快速鑒定檢測(cè)技術(shù)，促進(jìn)中藥材的質(zhì)量保障和品質(zhì)提升（圖2）。

圖2 建立基于電化學(xué)和LAMP等方法的藥材快檢技術(shù)

2.中藥資源物種參考基因組的構(gòu)建與應(yīng)用

藥用動(dòng)植物參考基因組的構(gòu)建和結(jié)構(gòu)解析是開(kāi)展其他遺傳和進(jìn)化研究的基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代生物測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展和生物信息學(xué)分析方法的進(jìn)步，參考基因組的研究越來(lái)越接近完整基因組的組裝和基因的高精度注釋?zhuān)瑯O大地促進(jìn)了功能基因組和遺傳育種等研究的開(kāi)展。團(tuán)隊(duì)立足湖北乃至華中地區(qū)道地中藥材資源，篩選代表性藥用物種進(jìn)行高精度基因組的測(cè)序組裝和注釋?zhuān)瑸橹兴庂Y源遺傳評(píng)價(jià)、基因編輯和生物育種提供完善的基因組數(shù)據(jù)資源，推動(dòng)中藥資源研究走向分子時(shí)代（圖3）。

圖3 基于菊花腦基因組研究發(fā)掘萜類(lèi)代謝產(chǎn)物生物合成關(guān)鍵基因簇

3.藥用植物次生代謝產(chǎn)物生物合成通路解析與功能基因挖掘

多數(shù)中藥資源物種會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的次生代謝產(chǎn)物類(lèi)群。這些天然產(chǎn)物及其衍生物如青蒿素、紫杉醇、長(zhǎng)春堿和小檗堿等是新藥研發(fā)的重要源泉。圍繞當(dāng)前中藥野生資源破壞嚴(yán)重、天然產(chǎn)物產(chǎn)量低和人工合成環(huán)節(jié)面臨的共性問(wèn)題，旨在通過(guò)系統(tǒng)解析包含藥用物種起源、進(jìn)化、生長(zhǎng)發(fā)育、重要農(nóng)藝性狀及有效成分代謝合成的全基因組遺傳信息，聯(lián)合轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和代謝組等多組學(xué)技術(shù)，精確解析重要天然產(chǎn)物的生物合成途徑，挖掘相關(guān)生物合成的關(guān)鍵基因和轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，并進(jìn)行功能驗(yàn)證，促進(jìn)天然產(chǎn)物的人工從頭合成，全面推動(dòng)中藥資源的科學(xué)研究及開(kāi)發(fā)利用（圖4）。

圖4 基于黃連基因組分析揭示CYP719家族基因在其小檗堿生物合成中的功能多樣性

4.中藥資源的核心種質(zhì)庫(kù)構(gòu)建與新品種選育

針對(duì)中藥種質(zhì)資源遺傳背景復(fù)雜、代謝成分多樣的特點(diǎn)，核心種質(zhì)庫(kù)的構(gòu)建將促進(jìn)中藥資源的有效管理和利用。通過(guò)開(kāi)展多層級(jí)組學(xué)的關(guān)聯(lián)分析和綜合評(píng)價(jià)，在對(duì)中藥資源遺傳多樣性水平評(píng)估的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮代謝產(chǎn)物多樣性變異，全面的評(píng)價(jià)中藥資源的品質(zhì)特征，推動(dòng)滿(mǎn)足于中藥材生產(chǎn)實(shí)踐需要的核心種質(zhì)庫(kù)構(gòu)建，促進(jìn)中藥資源的保護(hù)與高效利用。

隨著中藥農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，基于多樣化中藥資源的中藥基原物種新品種選育與創(chuàng)新成為決定產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的源頭關(guān)鍵。與傳統(tǒng)的農(nóng)作物注重產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)成分的育種目標(biāo)不同，中藥資源物種的育種不僅需要關(guān)注用藥部位的產(chǎn)量，更要注重次生代謝產(chǎn)物的有效成分種類(lèi)和含量，以?xún)?nèi)在品質(zhì)的提升引領(lǐng)新品種的選育目標(biāo)。中藥資源特別是多數(shù)藥用植物，其本身為多年生物種，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)且基因組的雜合度高，傳統(tǒng)的育種方法如系統(tǒng)選育、雜交育種等耗時(shí)費(fèi)力，效率十分低下。在中藥核心種質(zhì)資源評(píng)價(jià)與篩選的基礎(chǔ)上，隨著多組學(xué)的發(fā)展和物種分子遺傳數(shù)據(jù)的增加，通過(guò)開(kāi)展中藥材的基因組學(xué)輔助育種（genomics-assisted breeding），應(yīng)用基因編輯技術(shù)進(jìn)行種質(zhì)創(chuàng)新，提升傳統(tǒng)中藥材新品種選育的精準(zhǔn)性和效率（圖5）。

圖5 野菊核心種質(zhì)庫(kù)構(gòu)建與新品種選育

5.中藥藥妝產(chǎn)品研發(fā)

為尋找生態(tài)友好型植物源天然化妝品原料，基于湖北省地方特色中藥材資源，利用芳香性揮發(fā)油和其他活性物質(zhì)，通過(guò)物理化學(xué)性質(zhì)、抗氧化能力、生物能力、光保護(hù)活性、體外細(xì)胞毒性、皮膚刺激研究，以及體外黑色素生成等系列實(shí)驗(yàn)研究，全面評(píng)價(jià)植物精油和相關(guān)提取物作為具有美白、抗衰老等特性的化妝品原料的質(zhì)量，研發(fā)具有多樣性功效的納米藥妝產(chǎn)品，擴(kuò)大藥用植物的應(yīng)用范圍與開(kāi)發(fā)前景，促進(jìn)健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

團(tuán)隊(duì)前期圍繞湖北省道地藥材黃連、野菊花、天麻、獨(dú)活、蜈蚣等開(kāi)展了大量工作，其中黃連和野菊基因組解析文章分別登上了《Nature Communications》和《Molecular Plant》等研究領(lǐng)域高水平期刊；西紅花的分子鑒定創(chuàng)新技術(shù)發(fā)表在領(lǐng)域知名期刊《Analytical Chemistry》上。團(tuán)隊(duì)選育了湖北省首個(gè)野菊新品種“華中野菊1號(hào)”；牽頭制訂并發(fā)布了蜈蚣等藥材的商品規(guī)格等級(jí)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，建立了蜈蚣人工養(yǎng)殖技術(shù)規(guī)范。這些研究和技術(shù)創(chuàng)新處于行業(yè)領(lǐng)先水平。在產(chǎn)業(yè)服務(wù)方面，團(tuán)隊(duì)牽頭制訂了湖北省隨州市、宜昌市長(zhǎng)陽(yáng)縣和五峰縣、神農(nóng)架林區(qū)等地的中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃；團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人兼任神農(nóng)架中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)研究院院長(zhǎng)；團(tuán)隊(duì)核心成員擔(dān)任房縣扶貧工作隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)，獲得“湖北省脫貧攻堅(jiān)先進(jìn)個(gè)人”，產(chǎn)生了一定的社會(huì)影響力。