药用植物4.0研究进展与展望

药用植物4.0是信息技术、生物技术与药用植物高度融合的技术创新体系。基于药用植物跨组学生物学、药效学数据采集与挖掘,药用植物4.0搭建了药用植物跨组学大数据平台,通过跨组学大数据的集成与分析,解读药用植物形态、生态、组学与药效,以及药效与疾病间的关系,推进自然资源到数字资源的转变,为人工智能(AI)式药物筛选等创新工具开发提供数据支撑,实现药用植物资源与新药的智慧创制。药用植物4.0未来将着眼于药用植物精准栽培、药效单体生物制药、健康产品及中药肽的智慧创制,以期实现药用植物资源保护与开发利用的协调发展,为大健康产业发展所需资源和产品研发提供支撑,为实施“健康中国”战略提供物质基础。

基于非靶向代谢组学的苍耳不同药用部位代谢产物特征分析

目的:分析苍耳不同药用部位之间代谢产物的差异。方法:采用超高效液相色谱-电喷雾离子源-质谱法(UPLC-ESI-MS)对苍耳根、茎和叶进行测定;用主成分分析(PCA)和偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA)进行数据处理;通过对代谢物精确相对分子质量及碎片信息的确认,结合软件数据库搜索鉴定代谢物;对差异代谢物进行京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析。结果:苍耳的根、茎和叶的化学组成得到有效区分,从3个部位中共鉴定出5902个代谢物,筛选出64个差异代谢物,主要富集在植物次生代谢物质的生物合成,癌症中的中央碳代谢,鸟氨酸、赖氨酸和烟酸生物合成生物碱等通路。结论:从苍耳根、茎和叶代谢产物差异的角度揭示不同部位药性、药效差异的物质基础,为苍耳类中药资源的最大化综合利用提供参考。

菝葜全长转录组测序及分析

目的:获得菝葜Smilax china L.全长转录组数据,深入挖掘其功能基因。方法:采用PacBio Sequel测序平台,分别提取菝葜根、茎、叶3个部位的RNA,将样品等量混合后进行全长转录组测序及分析。结果:共获得转录本122324个,N50长度为1400 nt,鸟嘌呤和胞嘧啶(GC)占比为45.32%,其中92878个(75.93%)转录本在七大数据库中注释。非冗余蛋白(NR)注释中,与菝葜最相近的物种是海枣Phoenix dactylifera L.,匹配程度达17.39%;真核生物相邻类的聚簇(KOG)数据库注释中,比对到一般功能预测的转录本最多,有17875个;基因本体(GO)数据库注释中,66001个转录本分布于生物学过程、细胞组成和分子功能三大类的45个功能组;京都基因与基因组百科全书(KEGG)注释中,参与菝葜生物合成和其他次生代谢转录本4286个,其中参与黄酮类化合物生物合成的转录本1478个、参与皂苷生物合成的转录本162个、参与芪类化合物生物合成的转录本4个、参与其他有机化合物合成的转录本2642个。在基因结构分析中,共得到64612个编码序列、2003个转录因子。此外,简单序列重复(SSR)分析表明,33118个SSR中最多的优势重复单元为腺嘌呤(A)G/C胸腺嘧啶(T),同时还预测到44580个长链非编码RNA和28229个mRNA。结论:获得了菝葜全长转录组数据,可为深入研究菝葜生长发育、相关代谢途径、胁迫响应及生物遗传多样性提供数据支持。

广州相思子全长转录组测序及分析

目的:获得广州相思子Abrus pulchellus subsp.cantoniensis(Hance)Verdc.全长转录本。方法:利用PacBio Sequel测序平台,通过对广州相思子的根、茎、叶3个部位混合样品开展三代全长转录组测序,并对测序数据进行生物信息学分析。结果:共获得原始测序数据14.55 Gb,最终获得转录本序列172829条,N50长度为1572 nt,鸟嘌呤和胞嘧啶(GC)占比为40.86%。基因注释中,共有158888(91.93%)个转录本被成功注释;基因本体(GO)数据库注释中,102457个(59.28%)转录本分为生物学过程、细胞组成和分子功能三大类46个功能组;真核生物相邻类的聚簇(KOG)数据库注释中,一般功能预测的转录本最多,为22461个;信号转导机制、翻译后修饰、蛋白反转和分子伴侣亦为其主要功能途径;京都基因与基因组百科全书(KEGG)注释到转录本有99847个,其中参与广州相思子生物合成和其他次生代谢有4530个。基因结构分析中,共得到92344条编码序列,4800个转录因子隶属于59个转录因子家族。此外,简单序列重复(SSR)标记分析表明,40050处SSR位点中单碱基重复的SSR数目最多,其次是包含腺嘌呤(A)G/C胸腺嘧啶(T)的二碱基重复SSR。结论:获得的广州相思子全长转录组数据可为后续基因功能、代谢通路调控及分子标记开发等研究提供数据支撑。

旋覆花不同部位代谢组比较分析

目的:探索旋覆花Inula japonica Thunb.次生代谢产物成分及其在旋覆花不同部位分布的差异性。方法:采用非靶向代谢组学方法对旋覆花根、茎、叶、花的代谢组进行比较分析。结果:共鉴定出675个代谢物,通过多元统计分析筛选出350个差异代谢物。其中,在23个黄酮类化合物中筛选出15个显著差异代谢物。代谢途径分析表明,淀粉和蔗糖代谢,丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢,植物激素信号转导代谢途径显著富集。结论:旋覆花不同组织中代谢物分布不同,不同组织间差异代谢物重要代谢途径的解析为旋覆花的合成生物研究提供参考。

越南槐全长转录组测序及分析

目的:获得越南槐Sophora tonkinensis Gagnep.全长转录组数据,为深入挖掘越南槐功能基因提供参考。方法:采用PacBio Sequel高通量测序系统,对越南槐根、茎、叶、果4个部位的混合样品进行全长转录组测序及分析。结果:共获得214159条环形一致性序列(CCS),获得208156个高质量isoforms,并在非冗余蛋白(NR)、核苷酸序列(NT)、基因本体(GO)、真核生物相邻类的聚簇(KOG)、蛋白家族(Pfam)、京都基因与基因组百科全书(KEGG)和SwissProt数据库中共注释了170150个isoforms,检测出4055个转录因子和38445个简单重复序列,预测到80041个长链非编码RNAs(lncRNAs)和39817个mRNAs。结论:获得了较为可靠的越南槐全长转录组数据,可为深入研究越南槐生物学特性、相关代谢途径、信号通路及其分子机制提供数据支持。

钙离子对药用植物生长和次生代谢产物积累作用的研究进展

钙是植物生长发育必需的营养元素,也是细胞信号转导的第二信使。其不仅可以满足植物正常生长发育需求,还可以调控植物代谢。钙可以通过稳定细胞壁和细胞膜、提高离子吸收、参与信号转导等方式直接参与植物抗寒、抗热、抗旱、抗重金属毒害和抗盐胁迫等。但是,每种植物对钙的敏感程度不同,缺钙会影响植物的正常生长,适宜浓度的钙能促进植物生长,而钙浓度过高会对植物形成胁迫,抑制植物的生长发育、降低作物的产量。因此,保持植物体内钙离子含量的平衡对植物的正常生长发育具有重要意义。对钙离子对药用植物生长发育、生理生化特性和次生代谢产物积累影响的研究进行总结,探究药用植物与钙离子之间的关系,为药用植物资源开发提供参考。

九里香全长转录组测序分析

目的:获得九里香Murraya exotica L.Mant.全长转录组数据库,为深入挖掘其全长基因信息提供参考。方法:利用Pacino Sequel平台的第三代测序技术,对九里香的根、茎、叶、花、果混合样品进行全长转录组测序,并对原始转录组数据进行分析。结果:共获得94435个转录本,平均长度为76476.23 bp,80583条环形一致性序列,通过聚类、校正和去冗余后最终得到108443个高质量的isoforms,其中在非冗余蛋白(NR)、核苷酸序列(NT)、基因本体(GO)、真核生物相邻类的聚簇(KOG)、蛋白家族(Pfam)、京都基因与基因组百科全书(KEGG)和SwissProt共注释了100219个isoforms,同时检测出34182个简单序列重复(SSR)位点,其中18482个单核苷酸数量占主导位置;检测了2574个转录因子,29592个长链非编码RNAs(lncRNAs)和30322个mRNAs。结论:获得了较为可靠的九里香全长转录组数据,为深入研究九里香的生长发育、相关代谢途径、功能基因利用、基原物种鉴定等提供数据参考。

天仙藤全长转录组测序及分析

目的:获得天仙藤全长转录组数据库,挖掘天仙藤功能基因。方法:采用PacBio SequeⅠ高通量测序系统,对天仙藤的茎、叶、果3个部位的混合样品进行全长转录组测序及分析。结果:共获得176354条环形一致性序列(CCS),获得184439个高质量isoforms,并注释了139826个isoforms,检测出3058个转录因子和135527个简单序列重复(SSR)位点,还预测到76862个长链非编码RNA(lncRNA)和36204个mRNAs。结论:获得了较可靠的天仙藤全长转录组数据,可为深入研究天仙藤基因组、生物学特性、相关代谢途径、信号通路及其分子机制提供数据支持。

天冬全长转录组测序分析

目的:获得天冬Asparagus cochinchinensis(Lour.)Merr.全长转录组数据库,为探索其活性成分生物合成提供参考。方法:利用RNA-Seq技术对天冬的根、茎、叶进行转录组测序并分析。结果:从天冬转录组中共获得169319条isoforms,最终有147762条isoforms在公共数据库中注释成功。非冗余蛋白(NR)数据库结果显示,天冬与石刁柏Asparagus officinalis L.同源性最高;真核生物相邻类的聚簇(KOG)功能注释信息334380条,可分为25个基因功能大类;京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析显示,代谢相关的通路分布最多,为74095条。在注释到的54个转录因子家族中,MYB家族数目最多,共309条。在所有isoform中共检测到48042个简单重复序列位点,从单核苷酸到六核苷酸重复单元均有分布。结论:获得了较为可靠的天冬全长转录组数据,可为深入研究天冬生物学特性、相关代谢途径、信号通路及其分子机制提供数据支持。

梵净山冷杉和元宝山冷杉的叶绿体微卫星遗传多样性分析

梵净山冷杉和元宝山冷杉是极度濒危的国家一级重点保护植物。应用叶绿体微卫星标记(cpSSR)研究它们的遗传多样性,并与同属的广布种岷江冷杉的一个种群进行比较。结果表明:3对cpSSR引物(Pt63718、Pt30204和Pt71936)在这3种冷杉的249个个体中共检测到21个等位基因,组成35种单倍型;它们的单倍型数和有效单倍型数分别为梵净山冷杉(No=12,Ne=3.92),元宝山冷杉(No=9,Ne=3.28),两者均低于广布种岷江冷杉(No=14,Ne=11.57);梵净山冷杉和元宝山冷杉的稀有单倍型较少,其频率最高的单倍型分别出现在该种群的46.0%和44.1%的个体中;梵净山冷杉(He=0.75)和元宝山冷杉(He=0.70)的单倍型多样性也低于岷江冷杉(He=0.97)。梵净山冷杉和元宝山冷杉的叶绿体微卫星遗传多样性水平低。

岩黄连的高频再生体系建立与优化

以岩黄连(Corydalis saxicola Bunting)茎尖为外植体,以MS、1/2MS为基本培养基,采用正交试验探讨植物生长调节剂多因素组合(6-BA、NAA、IAA、IBA、AC)对岩黄连初代诱导、不定芽分化、诱导生根的影响。结果表明,岩黄连不定芽最佳诱导培养基为:MS+0.5 mg/L 6-BA+0.2 mg/L IAA。6-BA浓度过低会导致植物丛生芽较少、繁殖速度减缓,6-BA浓度过高又会导致丛生芽出现玻璃化、变形。在MS+0.6 mg/L 6-BA+0.2 mg/L IBA+0.2 mg/L IAA培养基中,岩黄连不定芽能够进行高效繁殖,不但增殖倍数非常高,而且芽苗质量非常好。

瑶药四方钻的化学成分研究

[目的]分析瑶药四方钻的化学成分。[方法]采用硅胶色谱法和聚酰胺色谱法分离纯化,根据化合物理化性质和核磁共振结构数据进行化合物结构鉴定。[结果]从四方钻乙醇提取物的乙酸乙酯萃取部分中分离得到8个化合物,分别为熊果酸(A)、β-谷甾醇(B)、蒲公英赛酮(C)、没食子酸(D)、白藜芦醇(E)、岩白菜素(F)、胡萝卜苷(G)、11-O-没食子酰岩白菜素(H)。[结论]化合物熊果酸(A)为首次从该植物中分离得到。

基于nrDNA GapC基因内含子序列的资源冷杉遗传多样性研究

通过nrDNAGapC基因内含子序列的测序和分析,揭示资源冷杉遗传多样性水平和种群分化的强弱并推断其进化历史。资源冷杉3个种群的34个个体共获得70条GapC基因内含子序列,有8个核苷酸变异位点,鉴别出12种单倍型。银竹老山、大院和舜黄山种群分别有10种、6种和7种单倍型;有7个个体得到了2种以上的单倍型。资源冷杉物种水平的单倍型多样性（h）为0.817 0,种群的在0.683 3~0.883 1之间;物种水平的核苷酸多样性（π）为0.003 90,种群的在0.002 63~0.003 82之间。种群遗传分化研究结果（Gst=0.103,p〈0.05）说明种群间存在显著的遗传分化,分子方差分析（AMOVA）结果也证明虽然大多数的核苷酸多态性（88.64%,p〈0.001）来源于种群内个体间的变异,但是仍有显著性比例存在种群间（11.36%,p〈0.05）。Tajima’s D、Fu＆Li’s D、Fu＆Li’s Fs中性检验结果都表明资源冷杉在物种和种群水平上都不拒绝中性进化。资源冷杉单倍型的谱系没有出现地区特异性谱系分支,核苷酸不配对分析（mismatch analysis）结果表明没有发生近期的群体扩张,资源冷杉的Nst（0.131）与Gst（0.103）没有显著性差异（p〉0.05）,表明种群没有明显的地理结构。推测现存资源冷杉是相对较近的时间内片断化的产物。

基于农业地质调查的广西上思县土壤综合评价

以广西上思县为调查区,对广西上思县土壤状况进行调查,以期为上思县科学合理布局农业生产提供参考,对探索农业地质调查成果的应用具有重要意义。

山豆根毛状根培养体系的建立与优化

为探索定向培养山豆根植物细胞及器官获取有效药用成分的新途径,为山豆根有效药用成分的大规模生产奠定基础,采用共培养法研究发根农杆菌R1601感染诱导山豆根无菌苗子叶产生毛状根,并在此基础上从不同培养液、不同蔗糖浓度和外源激素对毛状根生长的影响方面筛选山豆根毛状根生长的最佳培养液。结果表明:利用发根农杆菌R1601感染山豆根无菌苗子叶16min,在MS+AS 100μmol/L的固体培养基上培养可诱导产生毛状根,且诱导率最高,达66.67%;1/2 MS+IAA 0.5mg/L+5%蔗糖的培养液最有利于山豆根毛状根的生长。

不同产地虎杖中白藜芦醇与白藜芦醇苷含量测定

目的建立测定广西不同产地虎杖药材中白藜芦醇和白藜芦醇苷含量的高效液相色谱法。方法色谱柱:迪马C18(4.6 mm×250 mm,5μm);流动相A:乙腈;流动相B:0.3%磷酸;梯度洗脱(15%～40%A,0～25 min);检测波长:254 nm;柱温:25℃;流速:1.0 mL.min-1。结果测得广西产虎杖药材中白藜芦醇和白藜芦醇苷最高含量分别为1.998 3%和2.776 1%,最低含量分别为0.356 1%和0.370 5%。结论所建立的方法简便可靠,快速,重复性好,结果稳定,便于对虎杖药材进行质量控制。不同产地虎杖药材中白藜芦醇和白藜芦醇苷含量差异明显。

广豆根根腐病病原鉴定

目的:鉴定引起广豆根根腐病的病原菌,为广豆根根腐病病害的防治提供理论依据。方法:通过组织分离法分离得到病原菌,对其形态特征的观察及该菌rDNA-ITS序列的测定,并与Gen Bank中的序列进行比对。结果:该菌在PDA培养基上菌落圆形,气生菌丝薄绒状,白色,浅灰色,间有土黄色分生孢子座,基物表层肉色。小型分生孢子数量多,卵形、肾形,8～16μm×2.5～4μm;大型分子孢子马特型,多数3～5个隔膜。该菌rDNA-ITS序列长度为553 bp,它与Fusarium solani(登录号为:AB518683.1、AB470903.1、AB369488.1、AJ608989.1、GQ365154.1、EF152426.1)和Fusarium oxysporum(登录号为:GQ922558.1、GQ922559.1、DQ452447.1)的序列同源性均达99%。结论:结合以上两种鉴定方法,得出引起广豆根根腐病的病原菌为半知菌类镰孢霉属真菌茄腐镰孢菌Fusarium solani。

药用植物草珊瑚快速繁殖体系的建立

对草珊瑚(Sarcandra glabra)进行组织培养快速繁殖技术研究,建立草珊瑚的快速繁殖体系。结果表明,草珊瑚外植体的最佳消毒灭菌方法为使用75%乙醇消毒30 s,再用无菌水涮洗1遍,然后置于0.1%HgCl2溶液(加1~2滴表面活性物质吐温-80)浸泡消毒8~9 min,用无菌水浸洗2次,每次浸洗5 min。草珊瑚不定芽诱导的最适培养基为MS+1.5 mg/L 6-BA+0.3 mg/L IAA+0.5 mg/L NAA;草珊瑚丛生芽继代增殖的最佳培养基为MS+1.5 mg/L 6-BA+0.3 mg/L IBA。诱导草珊瑚生根的最适宜培养基为1/2MS+1.0 mg/L IBA+0.3 mg/L NAA。草珊瑚试管苗移栽的最佳基质为泥炭土+蛭石,比例为1∶1。

木芙蓉的保育研究

木芙蓉为锦葵科木槿属落叶灌木或小乔木,是我国传统名花,栽培历史十分悠久,具有较高的观赏、药用价值。在对木芙蓉种质资源现状和生物学特性研究的基础上,探讨其迁地保育、回归保育及推广应用,旨在为木芙蓉保育实践及种质资源开发利用提供参考。