分子生物學技術在藥用植物研究領域中的套用

DNA雙螺旋結構的發現，標誌著分子生物學的誕生，帶動了生物學乃至整個科學的發展。醫藥理論與分子生物學雖屬兩種不同的體系，但兩者科學研究的生命活動物質基礎是一致的。因此，從分子水平研究藥用植物，推動中西醫結合，促進醫藥學的發展和防病治病具有重大的意義。

基本介紹

• 中文名：分子生物學技術在藥用植物研究領域中的套用
• 意義：標誌著分子生物學的誕生
• 目的：帶動生物學乃至整個科學的發展
• 方法：分子水平

概述

DNA雙螺旋結構的發現，標誌著分子生物學的誕生，帶動了生物學乃至整個科學的發展。醫藥理論與分子生物學雖屬兩種不同的體系，但兩者科學研究的生命活動物質基礎是一致的。因此，從分子水平研究藥用植物，推動中西醫結合，促進醫藥學的發展和防病治病具有重大的意義。

藥用植物在我國有10 000多種，其中常用中藥約600多種，是我國人民防病及治療的重要手段，同時是尋找和開發新藥的基礎。傳統中藥和天然產物的開發和利用受到越來越多的重視。套用分子生物學技術對藥用植物進行研究開發和利用，將促進醫藥學研究的進一步深入。

1 藥用植物優良品種的培育及有效生藥成分的獲得

藥用植物的基因與轉基因工程可以改變傳統遺傳性狀，培育優良品種，提高有效生藥成分含量，增強植物抗病毒和抗蟲害的能力，還可以保護和繁殖瀕臨滅絕的植物材料。運用植物轉移病毒的外殼蛋白基因，利用植物病毒的衛星DNA基因及反義RNA等方法，實現藥用植物抗病毒能力的提高，如易感染菸草花葉病毒的白花曼陀羅、八角蓮等，可用此項技術提高植株的抗病毒能力。轉抗蟲害的6內毒素基因得到抗蟲害的植物，對於保護花、果入藥的藥用植物有重要意義。

轉基因器官和組織研究是近幾年我國中藥研究中比較活躍的領域之一。現有青蒿、黃芪、丹參、決明等10多種藥用植物的髮狀根誘導成功並建立了培養系統。胡之璧等套用植物細胞培養技術進行洋地黃培養細胞的生物轉化研究，篩選出高產細胞並獲相當好的遺傳穩定性。在甘草毛狀根培養物中檢測到高於正常培養物含量的黃酮類化合物M，且已培養出抗癌活性成分三尖杉酯含量高於原植物的三尖杉培養細胞同。國外轉基因獲得成功的藥用植物已達8種，其中紫草和人參已達規模。

基因工程與有機合成相結合，可生產中藥和發現新的先導物，是緩解藥源緊張的有效手段。藥用植物中重要酶基因的克隆、重組，可從根本上提高其有效次生代謝產物的含量，獲得穩定的生產植株。我國現已克隆出青蒿素生物合成途徑中的關鍵酶基因，東北紅豆杉中紫杉醇生物合成途徑中起限速作用的紫杉烯合成酶基因等其他相關基因； Wildung等人成功利用PCR(DNA聚合酶鏈式反應， Polymerase Chain Reaction)技術克隆到該酶的 cDNA片段，該片段由2 586個核苷酸組成，把該 cDNA片段導入紅豆杉細胞後，將影響紫杉醇含量。還可以利用反義核酸技術，用反義DNA或 RNA片段導入植物細胞，控制某一代謝途徑上關鍵酶的活性，從而使成分含量提高，如用反義技術調節亞麻植物(Linum flavum)毛狀根中肉桂醇脫氫酶活性，抑制木質素的合成，使主要抗癌活性成分5一甲基鬼臼素含量提高四。

2 DNA分子標記技術在藥用植物研究中的套用

DNA分子標記技術也稱DNA分子鑑別技術，是指通過直接分析遺傳物質的多態性來鑑別生物內在核苷酸排布及其外在性狀表現規律的技術。通過 DNA標記輔助性狀選擇，指導藥用有效成分方便、快捷、正確地尋找與開發利用。

RAPD分子標記技術

1. RAPD 隨機擴增多態性DNA，Random

Amplified Polymorphic DNA)是指用合成的較短的單個隨機引物，以藥材總DNA為模板，在DNA聚合酶作用下，進行非特異性的聚合酶鏈式反應，分析擴增產物電泳圖譜在不同類群中的變異，擴增片段具有品種、品系特異性。任冰如等用RAPD技術對南、北蒼朮不同居群問的親緣關係作了鑑定，從 DNA水平上證實了南、北蒼朮親緣關係很近，差異很小。為後者的觀點提供了有力的證據。徐朝暉等在用TLC法(薄層色譜法，Thin Layer Chroma tography)不能有效區分的情況下，成功地用該技術將牛蒡子及其5種常易混淆的毛頭牛蒡、大翅薊、水飛薊、雲木香和紫穗槐的果實區分。黃璐琦等套用RAPD技術對來源於13個種3個變種的天花粉及其類似品進行鑑別研究，證明RAPD技術鑑別藥材具有一定的可靠性和實用價值，為解決粉末及破碎藥材的鑑別提供了新的方法。曹暉等四採用 AP—PCR(任意引物聚合酶鏈反應，Arbitarily Primed PCR)和RAPD方法擴增菊科植物地膽草、白花地膽草和假地膽草以及商品藥材苦地膽的基因組，獲得可靠的DNA指紋圖譜。Cap等採用 RAPD方法擴增蒲公英(Taraxacum mongolicum)及6種土蒲公英混淆品的基因組DNA，獲得清晰可靠的DNA指紋圖譜，根據瓊脂糖凝膠上顯示的DNA帶型差異可鑑別蒲公英和土蒲公英混淆品。RAPD技術在藥用植物領域的套用還包括：人參屬(Panax)12種植物的ITS區及5．8srRNA基因區序列分析；OPD-2和OPE-2引物進行RAPD擴增，獲取甘草屬4種藥用植物指紋圖；通過對中藥白芷種質資源的RAPD分析，確定祁白芷、禹白芷、杭白芷和川白芷同屬一類群與野生白芷有一定區別；木藍屬8種生藥的RAPD研究等方面，均取得了令人滿意的結果，對實際科研工作的開展提供了一定的理論依據。

2．2 RFLP分子標記的套用

RFLP(限制性片段長度多態性分析， Restriction Fragment Length Polymorphism)是指DNA經限制性內切酶酶解後，產生若干個不同的小片段，其數目和每一片段長度反映了DNA限制性位點的分布。RFLP技術首先在研究人類基因組中發展起來。日本千葉大學山崎真己採用RFLP技術分析了羽扇豆屬(Lupinus)5種藥用植物的親緣關係；以BamHI，Dral，Ecol，Hinfl和HcolI酶解後與水稻rDNA基因pRR217進行分子雜交和RFLP指紋圖分析，建立其親緣關係樹，結果發現富含甘草甜素(Glycyr rhizin)的品種光果甘草和甘草之間遺傳關係非常相近，兩者與不含甘草甜素或含量極低的刺甘草和刺果甘草的遺傳關係則較遠，與傳統植物分類研究結果吻合；Shirota等採用RFLP標記有效的辨別不同化學型的大麻品系。可見，RFLP在鑑定藥材的藥理、藥性及分子標識有效成分等方面的重大作用。

2．3其他分子標記技術

主要包括AFLP(限制性內切酶酶片段長度多態性分析，Amplified Fragment Length Polymorphism)、 SSRs(簡單序列重複，Simple Sequence Repeats)、 DNA序列標記等分子標記技術。與RFLP、RAPD比較AFLP法構建的DNA指紋圖譜重複性好、靈敏度高，充分顯示了AFLP在藥材鑑定中的套用價值。羅志勇等運用這一技術，成功地構建出多態性豐富和重複性好的人參、西洋參DNA指紋圖譜，並運用計算機軟體對結果進行二維圖象處理，計算出不同樣品問的相似度指數，並且從相似度指數發現西洋參與引種到我國吉林的西洋參基因組DNA發生了一定的變異，但變異程度小於人參與西洋參間的差異。

SSRs亦稱微衛星DNA，是近幾年來發展起來的建立在PCR基礎上的第二代分子標記，由於重複基序的數目變化大．，SSRs顯示出較強的多態性。最早是在人類基因組研究中發現，在整個基因組中很豐富。這種微衛星DNA指紋技術可作為一種分子標記進行生藥分析。1996年香港大學成功地運用這項技術分辨出人參與西洋參。藥材加工貯運過程中，DNA一般均已嚴重降解。因此，難於用於商品藥材的鑑定。

DNA序列標記對藥用植物鑑別更為適宜。自日本名古屋市立大學用5srRNA基因隔區(ISR)序列分析大和當歸以來，也有不少報導。如運用5srRNA-ISR基因序列分析傘形科生藥；rbcl基因序列分析鑑定甘草屬6種藥材、半夏屬4種藥材及天南星科6種藥材。trnk基因序列鑑別蒼朮屬5種藥材；mark基因序列分析杜鵑屬22種藥材的親緣關係等研究工作。

總之，DNA分子標記技術為藥用植物的親緣關係鑑定、單味藥材的鑑別、瀕危物種的保護、複方質量分析、基因定位與分離、品種鑑定、資源評價等方面提供了寶貴的理論根據與科學基礎，使藥材鑑定有強有力的技術保障，加快了整體的研究進程。

基因晶片技術的套用

基因晶片技術是指採用點樣法，將數以萬計的 DNA探針固化於支持物表面上，產生二維DNA探針陣列，然後與標記樣本雜交，通過檢測雜交信號來實現對生物樣品的檢測或醫學檢測。在相關基因的確定、藥物篩選等方面，該項技術以其快捷方便的優勢而被廣泛套用於藥用動、植物等方面的研究中。

基因晶片技術成為解決新藥開發中分離和鑑定藥物的有效成分這一重大障礙的有利手段。其能大規模地篩選，從基因水平解釋藥物的作用機制，可以利用基因晶片分析用藥前後機體不同組織器官基因表達的差異，從而發現一組病症相關基因和藥物效應基因作為藥物篩選靶標。生物晶片高通量、多因素、微量化和自動化檢測的特點，給藥用植物分析帶來了極大的便利。如銀杏(Ginkgo biloba)葉提取物fEgb761)作用機制尚不完全清楚，Watanable等用高密度的基因晶片對服用Egb761的小鼠皮層及海馬細胞的基因表達變化作了觀察，證實了其拮抗神經病變的藥理作用，初步展示了基因晶片在研究中藥機理方面的套用前景。有關毒理學方面基因晶片已有不少報導，一種名為TOXCHIP的裝置，其實質是通過檢測化合物作用於細胞後基因改變研究其毒性。另有人對貝母特異性序列和鑑別晶片進行了分析。相信不久的將來會有更多的藥用基因晶片上市，用於藥用植物品種及品質的研究。

展 望

分子生物學技術的發展將帶動藥用植物領域各方面的發展，它給現代藥用植物的研究注入了新的活力，帶來了新的方向，從基因和分子水平進行藥用植物的藥理研究，將推動和加速醫藥學的發展。分子生物學的許多研究手段、方法已廣泛套用於醫藥的研究工作中，而藥用植物學作為一門古老的學科，正面臨著巨大的挑戰，應該在傳統的生物學和藥學基礎上，套用新技術和新方法開展植物物種、遺傳和生態三個層次的生物多樣性和天然產物多樣性相結合的研究，使對藥用植物的認識進入一個嶄新的階段。

分子生物學是第二次世界大戰後,由生物化學、遺傳學、微生物學、病毒學、結構分析及高分子化學等不同研究領域結合而形成的一門交叉科學。目前分子生物學已發展成生命科學中的帶頭學科。醫藥理論與分子生物學雖屬兩種不同的體系,但兩者科學研究的生命活動物質基礎是一致的。因此,從分子水平研究藥用植物,推動中西醫結合,促進醫藥學的發展和防病治病具有重大的意義。套用分子生物學技術對藥用植物進行研究開發和利用,將促進醫藥學研究的進一步深入。下面簡單綜述分子生物學技術在藥用植物研究中的套用情況。1在藥用植物親