试论中药材特征性基因研究
作者：李晓波 来源：《世界科学技术—中药现代化》2000，2(3)：19
我国在“七五”、“八五”期间的“常用中药材品种整理和质量评价”的系统研究，不仅为中药材的全面质量控制奠定了基础，而且证实了中药材的基源——物种问题是影响中药材质量的主要因素。目前“九五”正在进行的”中药质量标准规范化的研究”，是探索用确切的有效成分(群)和特征成分作为定量、质控标准，是使中药材从“模糊”应用到量化认定的飞跃。不仅如此，GAP的实施也是保证中药材质量稳定的重要途径，即自然生长的中药材为人工“产品”化。然而长期的中药化学研究证明了中药材的最佳采收期的意义所在，即化学成分是受产地、环境因子、生长发育阶段等因素的影响。栽培生产的中药材虽一定程度上能克服野生药材品质的参差不齐，但表现形式均一性的形成仍然不能在遗传物质上找到证据从而得到本质上的控制。
众所周知，中药材来源于自然界的植物、动物、菌类、矿物等，其中90%以上为生物体或其一部分。因此中药材的品种质量的多样归根结底是由其生物多样性所决定的。中药现代化不仅需要现代化学分析技术、药理学实验证据为其阐明临床应用的物质基础及作用机理，更需要探索形成这些“特殊”生物的本质——遗传物质的特殊性，达到能动地控制其质量和物尽其用的目的。
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生物多样性是指所有来源的活的生物体中变异，其表现在基因、物种和生态系统3个层次。物种多样性和生态多样性较明显和容易控制。就中药材而言，物种多样性表现在基源多样，如类似品、代用品和混淆品；生态多样性表现在产地不同造成的中药材质量的差异，如道地药材。然而物种多样性归根结底在于遗传的多样性。基因是决定遗传多样性的本质。90年代开始的对几种模式生物进行的基因组计划，如人类基因组计划和以拟南芥、水稻为代表的植物基因组计划，其目的在于揭示遗传物质所携带的“信息”在生物生长发育过程中的特殊意义。目前的大规模的基因序列分析为早期阶段，是以建立生物体高分辨遗传、物理和转录图谱为主，为后期阶段的功能基因组学研究奠定基础。然而这种大规模的基因“全息”计划由于财力、物力等多方面限制，还只能限于模式种类。对于中药材而言，这种基因“全息”计划不但意义不大，而且不切合实际。因此，研究代表中药材的“特殊生物活性”——防病治病特性的基因，不仅为模式生物的功能基因组学的研究提供基础资料，同时也是中药现代化研究的当务之急。
一、“中药材特殊性基因”的定义
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能够反映中药材特征、形态与代谢产物相关的基因，以及道地药材的“道地基因”等统称为“中药材特征性基因”(Characteristic DNA Sequence of Chinese Crude Drug)。
它可以是某一已知序列或功能的DNA序列片断，如与活性成分积累相关的关键酶基因；也可以是基因组图谱(酶切谱或随机扩增的DNA多态性图谱)中的一段特殊序列。
二、开展中药材“特征性基因研究”的意义
1. 通过系统地分析“中药材特征性基因”，建立我国特有的“中药材特征性基因”库，保护中药材种质资源，尤其是特有种
我国有着丰富的中药材资源，据统计全国共有12807种，其中植物1ll46种，动物1581种。然而在1987年公布的《中国珍稀濒危保护植物名录》389种中，药用植物有109种。药用动植物的种质资源的保护是中药材可持续利用的先决条件，是中药持续发展的决定因素。在种质资源保存，建立传统的种质库的同时，分析中药材的“特征性基因”，建立我国特有的“中药材特征性基因库”。从遗传多样性上保护具有中国特色并有着数干年应用历史的中药资源，尤其是特有种及濒危种，如人参、刺参、天麻、龙眼、明党参、知母、杜仲、麝香、羚羊角，防止国有资源的流失。
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2. 在现有的质量标准基础上,加以特征性基因序列或特征性DNA指纹图谱，从本质上反映中药材的质量与特殊性，建立科学的、全面的质量标准评价体系迄今为止的中药质量标准还限于化学成分为指标。随着野生资源的逐渐减少和“栽培”药材的不断增加，长期栽培会造成植物的品种退化。因此，在制定有效(特征)成份标准的同时，应制定出品种的生物学标准，即在现有的质量标准基础上，加之特征性基因序列或有效成分相关的特征性DNA指纹图谱，建立科学的、全面的质量标准评价体系，实现中药的现代化质量评价。
3. 利用中药材的特征性基矿进行对名贵、稀有中药材及化石标本的鉴别
名贵中药材的混乱问题一直是中药鉴定的重要部分。珍稀，顾名思文珍贵、稀少。来源有限的名贵中药材，其伪劣品的报道也屡见不鲜。如：冬虫夏草、番红花、石斛、羚羊角、海马等。
若采用药材的“特征性基因”对其进行真伪鉴别，不仅准确可靠，而且取样量少的特点可以减少药材的耗损，尤其对于极为珍贵的化石标本更具意义。
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4. 探索“道地基因”，揭示道地药材的本质，评价其“道地性” 道地药材是指来源于特定区域的优质药材，是遗传物质和生态因子的长期相互作用的产物，如四川的黄连，甘肃的当归，宁夏的枸杞等。然而道地药材的遗传学特征及“道地性”的本质至今尚未有充分的科学证据。生物的遗传多样性是产生道地药材的原因，但这种遗传多样性的产生机制还不清楚。因此寻找其“道地基因”，揭示“道地”的本质，进而评价其“道地性”是研究道地药材的必行之路。
5. 分析与活性成分相关的“特征性基因”，利用基因工程技术进行活性成分的大规模生产分子生物学研究的不断发展基因工程技术的不断更新，为活性成分的工业化生产提供了广阔的前景。对药材来源不足或活性成分含量低的药材品种采用基因工程生产有效成分是可行之路，如紫杉醇的工业化生产研究。作为基因工程的第一步是要获得相关的目的基因，利用活性成分相关的“特征性基因”，通过“转基因药材”、细胞工程或发酵工程大规模中产活性成分，解决制药工业的原料需求，进一步保护野生资源。
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6. 利用已知的“特征性基因”，探索扩大中药材的新资源
当今的分子系统与进化学的发展.使生物的亲缘关系在DNA序列上找到证据。反之，通过DNA序列的相关性也可以寻找亲缘关系较近的物种。根据这一原理利用活性成分相关的“特征性基因”，以此为探针.通过分子杂交或PCR扩增技术对比药用种类进行筛选，即可发现可能含有相同成分的物种，极大地缩小寻找代用品的范围。
三、组织实施“中药材特征性基因计划”的建设
“中药材特征性基因计划”是基因组的非全息研究。但中药材品种繁多特征的表现也门类各异。虽研究结果最终为一段DNA序列，其研究过程涉及中药鉴定学、植物生物学、植物化学、分析化学、遗传学、分子生物学、生物工程学等多门学科领域。因此应组织学科配置较全的单位联合攻关，首先选出10余种具代表性的药材品种进行研究，建立研究方法与模式，为全面开展“中药材特征性基因计划”奠定基础。
随着时间的推移，新的概念和技术手段将不断被人们所接受，相信中药的基因组学研究不再是专家们的战略目标，而是实际的行动。, 百拇医药
我国在“七五”、“八五”期间的“常用中药材品种整理和质量评价”的系统研究，不仅为中药材的全面质量控制奠定了基础，而且证实了中药材的基源——物种问题是影响中药材质量的主要因素。目前“九五”正在进行的”中药质量标准规范化的研究”，是探索用确切的有效成分(群)和特征成分作为定量、质控标准，是使中药材从“模糊”应用到量化认定的飞跃。不仅如此，GAP的实施也是保证中药材质量稳定的重要途径，即自然生长的中药材为人工“产品”化。然而长期的中药化学研究证明了中药材的最佳采收期的意义所在，即化学成分是受产地、环境因子、生长发育阶段等因素的影响。栽培生产的中药材虽一定程度上能克服野生药材品质的参差不齐，但表现形式均一性的形成仍然不能在遗传物质上找到证据从而得到本质上的控制。
众所周知，中药材来源于自然界的植物、动物、菌类、矿物等，其中90%以上为生物体或其一部分。因此中药材的品种质量的多样归根结底是由其生物多样性所决定的。中药现代化不仅需要现代化学分析技术、药理学实验证据为其阐明临床应用的物质基础及作用机理，更需要探索形成这些“特殊”生物的本质——遗传物质的特殊性，达到能动地控制其质量和物尽其用的目的。
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生物多样性是指所有来源的活的生物体中变异，其表现在基因、物种和生态系统3个层次。物种多样性和生态多样性较明显和容易控制。就中药材而言，物种多样性表现在基源多样，如类似品、代用品和混淆品；生态多样性表现在产地不同造成的中药材质量的差异，如道地药材。然而物种多样性归根结底在于遗传的多样性。基因是决定遗传多样性的本质。90年代开始的对几种模式生物进行的基因组计划，如人类基因组计划和以拟南芥、水稻为代表的植物基因组计划，其目的在于揭示遗传物质所携带的“信息”在生物生长发育过程中的特殊意义。目前的大规模的基因序列分析为早期阶段，是以建立生物体高分辨遗传、物理和转录图谱为主，为后期阶段的功能基因组学研究奠定基础。然而这种大规模的基因“全息”计划由于财力、物力等多方面限制，还只能限于模式种类。对于中药材而言，这种基因“全息”计划不但意义不大，而且不切合实际。因此，研究代表中药材的“特殊生物活性”——防病治病特性的基因，不仅为模式生物的功能基因组学的研究提供基础资料，同时也是中药现代化研究的当务之急。
一、“中药材特殊性基因”的定义
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能够反映中药材特征、形态与代谢产物相关的基因，以及道地药材的“道地基因”等统称为“中药材特征性基因”(Characteristic DNA Sequence of Chinese Crude Drug)。
它可以是某一已知序列或功能的DNA序列片断，如与活性成分积累相关的关键酶基因；也可以是基因组图谱(酶切谱或随机扩增的DNA多态性图谱)中的一段特殊序列。
二、开展中药材“特征性基因研究”的意义
1. 通过系统地分析“中药材特征性基因”，建立我国特有的“中药材特征性基因”库，保护中药材种质资源，尤其是特有种
我国有着丰富的中药材资源，据统计全国共有12807种，其中植物1ll46种，动物1581种。然而在1987年公布的《中国珍稀濒危保护植物名录》389种中，药用植物有109种。药用动植物的种质资源的保护是中药材可持续利用的先决条件，是中药持续发展的决定因素。在种质资源保存，建立传统的种质库的同时，分析中药材的“特征性基因”，建立我国特有的“中药材特征性基因库”。从遗传多样性上保护具有中国特色并有着数干年应用历史的中药资源，尤其是特有种及濒危种，如人参、刺参、天麻、龙眼、明党参、知母、杜仲、麝香、羚羊角，防止国有资源的流失。
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2. 在现有的质量标准基础上,加以特征性基因序列或特征性DNA指纹图谱，从本质上反映中药材的质量与特殊性，建立科学的、全面的质量标准评价体系迄今为止的中药质量标准还限于化学成分为指标。随着野生资源的逐渐减少和“栽培”药材的不断增加，长期栽培会造成植物的品种退化。因此，在制定有效(特征)成份标准的同时，应制定出品种的生物学标准，即在现有的质量标准基础上，加之特征性基因序列或有效成分相关的特征性DNA指纹图谱，建立科学的、全面的质量标准评价体系，实现中药的现代化质量评价。
3. 利用中药材的特征性基矿进行对名贵、稀有中药材及化石标本的鉴别
名贵中药材的混乱问题一直是中药鉴定的重要部分。珍稀，顾名思文珍贵、稀少。来源有限的名贵中药材，其伪劣品的报道也屡见不鲜。如：冬虫夏草、番红花、石斛、羚羊角、海马等。
若采用药材的“特征性基因”对其进行真伪鉴别，不仅准确可靠，而且取样量少的特点可以减少药材的耗损，尤其对于极为珍贵的化石标本更具意义。
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4. 探索“道地基因”，揭示道地药材的本质，评价其“道地性” 道地药材是指来源于特定区域的优质药材，是遗传物质和生态因子的长期相互作用的产物，如四川的黄连，甘肃的当归，宁夏的枸杞等。然而道地药材的遗传学特征及“道地性”的本质至今尚未有充分的科学证据。生物的遗传多样性是产生道地药材的原因，但这种遗传多样性的产生机制还不清楚。因此寻找其“道地基因”，揭示“道地”的本质，进而评价其“道地性”是研究道地药材的必行之路。
5. 分析与活性成分相关的“特征性基因”，利用基因工程技术进行活性成分的大规模生产分子生物学研究的不断发展基因工程技术的不断更新，为活性成分的工业化生产提供了广阔的前景。对药材来源不足或活性成分含量低的药材品种采用基因工程生产有效成分是可行之路，如紫杉醇的工业化生产研究。作为基因工程的第一步是要获得相关的目的基因，利用活性成分相关的“特征性基因”，通过“转基因药材”、细胞工程或发酵工程大规模中产活性成分，解决制药工业的原料需求，进一步保护野生资源。
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6. 利用已知的“特征性基因”，探索扩大中药材的新资源
当今的分子系统与进化学的发展.使生物的亲缘关系在DNA序列上找到证据。反之，通过DNA序列的相关性也可以寻找亲缘关系较近的物种。根据这一原理利用活性成分相关的“特征性基因”，以此为探针.通过分子杂交或PCR扩增技术对比药用种类进行筛选，即可发现可能含有相同成分的物种，极大地缩小寻找代用品的范围。
三、组织实施“中药材特征性基因计划”的建设
“中药材特征性基因计划”是基因组的非全息研究。但中药材品种繁多特征的表现也门类各异。虽研究结果最终为一段DNA序列，其研究过程涉及中药鉴定学、植物生物学、植物化学、分析化学、遗传学、分子生物学、生物工程学等多门学科领域。因此应组织学科配置较全的单位联合攻关，首先选出10余种具代表性的药材品种进行研究，建立研究方法与模式，为全面开展“中药材特征性基因计划”奠定基础。
随着时间的推移，新的概念和技术手段将不断被人们所接受，相信中药的基因组学研究不再是专家们的战略目标，而是实际的行动。, 百拇医药