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献礼三周年 | 院士专家报告解读——陈士林教授《中药前沿组学研究与应用》

献礼三周年 | 院士专家报告解读——陈士林教授《中药前沿组学研究与应用》

  • 分类:专家风采
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  • 来源:
  • 发布时间:2019-03-06
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献礼三周年 | 院士专家报告解读——陈士林教授《中药前沿组学研究与应用》

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前言 中药是我国重要的健康资源,在健康中国战略的大背景下,中药大健康产业迎来空前发展机遇。随着《扶持和促进中医药事业发展的若干意见》、《中医药发展战略规划纲要(2016—2030)》和《中医药法》等法律法规出台,中医药发展上升至国家战略,极大的拓宽了市场前景。 中药质量是保障中医药疗效和安全的关键,是制约中药产业现代化的重要环节。都正生物三周年庆典活动之“生物医药产业发展高峰论坛”上,特邀都正生物专家顾问、欧亚科学院院士、中国中医科学院中药研究所所长陈士林教授作《中药前沿组学研究与应用》专题报告。 下面就此次报告作详细解读。

无公害中药材精细栽培是保障中药材产业健康发展的“良药” 陈教授指出中药质量控制瓶颈源于中药材的鉴定和种植。农药残留、重金属含量是中药质量控制的重要指标,直接关系到质量优劣,影响中药的安全及疗效。超标农药进入体内引发肝肾毒性、癌症、胎儿畸形、不孕不育、甚至死亡,严重危害人类的健康。钟南山院士曾断言:“残留农药再不控制,50年后中国人将生不出孩子”。农药残留这一问题已经引起国家和行业的高度重视,将制定中药材有害残留限量标准列为2020版《中国药典》中药材和饮片质量标准增修订工作重点之一。此外,种植环境恶化、不规范生产也是导致中药材品质下降的原因之一,有媒体评论“千年中医亡于药”。

中药材质量频陷危机之际,陈教授团队提出构建无公害中药材精细栽培体系,从源头破解中药材重金属超标、农药残留、种植不规范等弊病。构建基于组学的抗逆新品种分子辅助育种技术体系,采用本草基因组学技术测定中药材基因组图谱,构建中药国家基因库,基于目标性状进行DNA标记筛选出关键标记,辅助特性品系选育,优化稳定性状,形成耐旱、抗害虫、高产的优质品种。迄今,基于组学的抗逆新品种分子辅助育种技术体系解析了122个中药材基因图谱,奠定了分子育种基础;建立了濒危药材繁育国家工程实验室,为抗逆品种选育提供了技术平台;对丹参、人参、花椒、三七、紫苏、黄花蒿等中药材优质基因进行了标记,培育出的三七新品种害虫发生率降低了62%,紫苏新品种中研肥苏增产2倍,黄花蒿新品种研青1号青蒿素含量高达2.1%。建立无公害中药材病虫综合防治技术体系,采用DNA条形码、qPCR、土壤宏基因组学技术构建土传病害田间鉴定体系发现了三七的致病虫和致病菌。土壤复合改良、绿肥回田、菌剂精细调控等措施对土壤进行综合改造。“以菌治虫、以菌抗病”的思想研发生物防控虫害措施,减少农药和化肥使用,效果显著而且安全友好。建立田间综合农艺精细操作流程,改良土壤提高土壤费力,限制化学农药,建立田间生产规程和农业防治标准流程。构建无公害中药材通用标准体系,为高品质中药材树立典范。

目前已制定和发布了三七、人参、川贝母等150种中药材无公害生产操作规范和质量标准。有215个种植基地通过了GAP或GACP认证,保障中药材安全可靠。此外,构建的三七无公害精细栽培生产体系在云南进行推广实施,并获得了中华中医药网、云南网、中国新闻网等多家媒体和社会各界的高度关注。中药材无公害栽培体系推广也通过了总结验收并获得专家和国内多家知名媒体的高度关注认可,这标志着中药材无公害栽培体系生产体系推动药材生产进入“无公害时代”,无公害中药材标准建立了行业规范,保障了中药材产业健康发展。

陈教授还利用本草基因组学技术对菊花、穿心莲、卷柏、人参、灵芝等多种中药进行了深入研究,筛选和培育了耐旱、抗虫害、高产的优质新品种,也推动了穿心莲内酯、人参皂苷的生物合成学相关研究。建立的药用模式灵芝生物体系,突破中药研究缺乏模式生物的瓶颈,结果发表于Nature communications杂志,并被FEATURED IMAGE,Nature China,USA TODAY等多家媒体进行专题报道,认为灵芝是研究中药次生代谢途径及其调节令人满意的模式体系。

中草药DNA条形码鉴定体系引领中草药鉴定革命

据统计我国11146种中药材,国内七大中药材市场中1436种药材约4.2%伪品,藏茵陈43个混乱品,市售红景天60%混伪品,表明我国中药材品种混乱非常严重。中检院的数据显示36%中药材检测不合格。关木通、木桶,广防己、防己两者误用造成严重的急性肾病,该事件被评为全球最大草药医疗事件。究其原因是,中药材品种复杂多样,伪品和掺杂物参差不齐,难以鉴定。传统的中药植物鉴定方法如性状鉴定、基原鉴定、显微鉴定、理化鉴定,技术存在局限,仍然难以完全准确的鉴定中药物种。

面对中药鉴定方法的困境,陈教授团队创造性地将“本草基因组学”这一概念和理论引入中药材鉴定,本草基因组学是从基因组水平研究中药及其对人体作用的一门前沿学科,利用组学技术研究中药基原物种的遗传信息及其调控网络,阐明中药防治人类疾病的分子机制。本草基因组学是连接传统到现代草药的桥梁。该团队采集了大量的中药物种,联合多家法定药检机构发现并验证了ITS2序列可作为中药通用DNA条形码序列,鉴定中药物种准确、稳定、高效,更为客观。同时发现采用ITS2可用于研究中药材等级和道地药材,鉴定中草药及混伪品,指导中药质量标准体系构建和培育品质优越的中药材物种。该团队围绕中药DNA条形码鉴定研究,先后发表了《ITS2作为药用植物通用DNA条形码序列》、《中草药DNA条形码鉴定体系》、《核基因组序列分析》、《植物条形码研究从基因到基因组》、《ITS/ITS2种子植物核心条形码》等多篇高水平论文,其中《ITS2作为药用植物通用DNA条形码序列》一经发表,引起了国际学术轰动,被引用超过789次,被德国专业网站选为近25年来在ITS2领域最受关注的16篇文章之一。截止目前,国际药用植物条形码领域前10篇论文中5篇为陈教授课题组论文,意味着我国在药用植物DNA条形码研究领域处于引领地位。中药DNA条形码鉴定研究成果入选世界中医药十大新闻(WFCMS 2014年度),也被评为2016年中国十大医学研究进展,荣获2016年国家科学技术二等奖、2018年WFTCM 中医药国际贡献科技进步一等奖,标志着中药材鉴定迈入通用和标准化的基因鉴定时代。

 

基于ITS2作为中药通用DNA条形码序列的研究,该团队从中药材鉴定体系构成、标准操作流程建立、中草药物种鉴定数据库平台建设、鉴定软件系统开发等多方面创建了中草药DNA条形码鉴定体系,实现了利用中草药“基因身份证”的标准化鉴定。目前我国这一鉴定体系纳入了《中国药典》,英国、美国、日本、韩国等发达国家或地区药品监管部门也引进草药DNA鉴定。据陈教授介绍,中草药DNA鉴定体系已被国家法定检验机构、科研院所、高校、药材流通、生产企业、医院等国内外1230家单位应用,表明该体系可广泛用于中药材源头加工、生产、流通、研究等各个环节,为中药材鉴定提供全方位保障,助力中药产业品质提升。

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