正文 第二節分子標記技術在藥用植物中的應用(3 / 3)

除了上述的研究之外,目前通過測定線粒體或核基因組序列開展了大量的動物藥材區別鑒定工作,這些工作包括雞內金、龜板與鱉甲、烏梢蛇、海馬、鹿鞭、蛇膽、鹿茸等。

二、分子標記輔助藥用植物育種

品種選育傳統上主要是依據一些形態、生理生化性狀選擇親本及子代。分子標記相對於形態標記具有無可比擬的優越性,在育種中的應用日益增加。在基因定位基礎上,借助與有利基因緊密連鎖的DNA標記,在群體中選擇具有某些理想基因型和基因型組合的個體,結合常規手段,培育優良品種。這種將標記基因型鑒定整合於經典育種研究中的新型育種方法,稱為分子標記輔助選擇(markerassistedselection,MAS)。在過去十幾年中,利用分子標記技術在農作物中定位了大量的主效和微效基因,有關的分子標記輔助選擇已成功展開並獲得了顯著進展。在中草藥植物的育種研究方麵,可以利用分子標記在育種過程中進行親本性狀的鑒定、檢測,輔助選擇親本及子代,加速品種的培育、縮短育種周期。

鑒定藥用植物種子種苗純度及雌雄藥用植物種子的純度和雌雄的鑒定一般多采用田間種植試驗,周期長,花費大。RAPD作為一種在分子水平上的遺傳標記,能夠依據基因組DNA多態性進行種子純度和雌雄檢測,從而取得對栽培種子純度和雌雄及質量的準確評價,防止劣質種子的流入及劣質藥材的產生,減少經濟損失。生藥種子的純度還直接影響品種的標準化,利用RAPD技術檢測生藥種子的純度和雌雄及其相關質量是十分必要和完全可能的。

利用分子標記開展中草藥的育種的工作已經有相關報道。山茱萸為山茱萸科(Cornaceae)植物山茱萸(C.officinalisSieb.etZucc.)除去果核的幹燥成熟果肉,具有補益肝腎、澀精固脫之功效;現代研究證明山茱萸具有較好的調節免疫係統功能和顯著的降血糖作用。但山茱萸在長期的栽培過程中出現了很多農家栽培品種,這些品種的果實從形狀、大小、單果平均重量到產量、幹果肉(藥材)得率,以及果酸、水溶性浸出物、脂溶性浸出物的含量等具有較大的差異,即它們的經濟價值和藥材質量是明顯不同的。為了更好地開發、利用和保護山茱萸的種質資源,陳隨清等利用RAPD標記對其進行了係統的研究並獲得了優良品種的指紋圖譜,為開展山茱萸品種的選育工作奠定了基礎。在此基礎上,利用相同的方法開展了辛夷等藥材的分子標記育種工作。

目前分子標記輔助育種已廣泛用於抗病,抗蟲、抗鹽、雄性不育、耐藥性、高產連鎖基因等的選擇。這些研究工作雖然處於起步階段,但是為分子標記在中藥材的育種研究中的應用提供了十分重要的依據。藥用植物是傳統中藥的重要來源,其研究必須現代化才能滿足新藥開發的需要。所以,我們應該在傳統的生物學和藥學的基礎上,應用新技術和新方法,開展植物物種、生態和遺傳等多個層次範圍內的藥用植物資源的開發與利用的研究。相信隨著分子標記技術的發展,成本降低及實現自動化,藥用動植物的分子標記輔助選擇勢在必行。

三、分子標記技術在藥用植物研究上的應用前景

現代分子生物學研究的迅猛發展和不斷深入,幾乎使生命科學的諸多領域均在分子水平上產生交叉,並已誕生了許許多多交叉學科,如分子育種學、分子係統學、分子數量遺傳學等。這預示著藥用植物的研究能夠廣泛而深入地引入現代分子生物學技術,形成大的飛躍。

當前,作為現代分子生物學核心技術之一的分子標記技術,雖然可以作為中藥材鑒定與分類的輔助手段,但尚未形成獨立的切實可行的檢測手段。其主要原因有三方麵:一是目前利用較多的RAPD或AP-PCR技術在不同藥用植物上和在不同實驗室之間的可重複性較差;二是與傳統中藥材鑒定與分類相比,分子標記技術成本較高;三是目前中藥材鑒定與分類的主力大多仍舊采用傳統分析方法,新方法的滲入需要有個過程。但是,隨著分子標記技術研究的不斷深入,我們相信將來分子標記技術一定能夠作為一種獨立的切實可行的檢測手段,對許多中藥材,特別是那些傳統方法難於進行鑒定與分類的中藥材,進行有效的鑒定與分類。而且,還將在以下幾個領域發揮重大作用。

(一)保護藥用植物生物多樣性,推進中藥現代化進程

保護生物多樣性已成為國際熱點問題,中國政府給予了高度重視。保護生物多樣性的核心內容是遺傳多樣性的保護。遺傳多樣性主要是指種內不同居群之間或同一居群不同個體之間的遺傳變異的總和。具有中國特色並有著數千年研究與利用曆史的中藥藥用植物,其遺傳多樣性的研究與保護無疑是中國生物多樣性研究與保護的重點對象之一。中藥現代化是中藥國際化的前提,是中藥研究的當務之急。要實現中藥現代化,開發現代中藥,必須進行藥用植物資源遺傳多樣性的保護與普查。保護物種遺傳多樣性必須確定物種的群體大小和保種量,探查核心種質,對進行品種選育與繁殖所需種質資源進行分類研究,確定種質資源特點,以便加以利用與保存和進行種質資源創新。中藥藥用植物資源(或遺傳多樣性)的保護,必須是在傳統藥用植物資源研究與保護方法的基礎之上綜合運用現代分子生物學技術手段,特別是分子標記技術手段,同時結合計算機等先進技術手段進行的。分子標記技術有利於從本質上(也即從生物遺傳物質DNA分子上)揭示物種遺傳變異及其變異規律,有助於預測物種的命運,從而製定出相應的管理措施,實現藥用植物資源研究與保護的科學化、現代化。

(二)分析藥材的道地性

實現中藥現代化,首先要發展道地藥材,藥材道地性主要是指藥材中有效成分的地域差異性,也即某些藥材隻有采自某一生長環境區域才能表現出療效最佳或產量最大。藥材的道地性問題,已成為藥學研究的熱點之一。藥材道地性的研究主要包括兩方麵:一是研究形成藥材道地性的關鍵原因;二是如何鑒別藥材市場上的道地性藥材。藥材道地性的形成,是藥材生長環境區域的氣候、土壤與生態環境等多種因素綜合作用的結果。

是否這些影響最終反映到了藥材植物的遺傳物質DNA分子上,可以利用分子標記技術來進行分析,以揭示“道地性”可能存在的遺傳變異規律,從而指導道地性藥材的科學栽培、繁育與采集。也可以利用先進的分子標記技術科學、快速地鑒別市場上的道地性藥材。

(三)研究藥用植物活性成分的分布規律

當前,有些從事分子標記技術的研究人員正在探索如何將分子標記技術所揭示的大分子多態性與小分子藥用成分的分布規律緊密結合起來,以指導藥用成分的方便、快速、正確的尋找與開發利用。實現這一目標可能需要突破現有分子標記技術水平,在深入了解藥用成分代謝途徑的分子生物學基礎上,找到新的標記手段,實現從大分子水平上揭示小分子藥用成分的分布規律,使中藥有效成分分析科學化、現代化。現代分子生物學的飛速發展和不斷深入滲透到生命科學的各個領域,使生物學這門古老的學科煥發青春,使它在自然科學史中發生深刻變化,使新問題、新概念、新思路不斷湧現,並且推動基礎生命科學向前發展。現代分子標記具有廣闊的應用前景,雖有不足,但與傳統標記相比有許多優點。由於分子標記具有更好的可靠性和高效性,其更容易從分子水平上進行標記,用於物種親緣關係鑒別、種質資源保存。分子標記也為生物多樣性研究提供了可靠有利的證據。但是由於物種多樣性、遺傳多樣性、環境多樣性的影響,對於不同的生物不可能采取一套統一的方法進行研究,應具體問題具體分析。但各種分子標記當前還存在一些缺陷,如費用高,在資金不足的條件下怎樣有目的地選擇標記、怎樣組合各種標記效果最好,這有待於我們的進一步研究。總之,分子標記技術應用於藥用植物研究,是一個良好開端,盡管在藥用植物的一些重大問題研究及其商業化利用方麵,分子標記似乎已經陷入“瓶頸”狀態,但是,可以預見,隨著現代分子生物學與分子標記技術的迅速發展,這種“瓶頸”狀態很快可以突破,分子標記技術可以在深度和廣度亡輔助藥用植物研究與開發利用,促進中藥現代化。