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基因组学，这个在人类健康领域已被广泛应用的学科，如今，正与绵延千年的传统中药学联手，破译中药遗传学密码，推动中药学迈入生命科学前沿领域。
以基因组为突破口
建立中药研究基础平台
近日，中国中医科学院中药研究所陈士林团队，与中国科学院植物研究所漆小泉团队联合中国医学科学院药用植物研究所、澳大利亚昆士兰大学、美国田纳西州大学健康科学中心、美国爱荷华州立大学、澳门大学、英国桑格研究院和广药集团等单位，在著名植物学杂志《Molecular Plant》发表丹参全基因组，标志着作为常用中药丹参的遗传密码被破译。
“之所以选择丹参作为研究对象，是因为其遗传转化体系比较完备，有较好的前期研究基础，基因组较小约600Mb，属于相对较理想的中药研究模式物种。”陈士林告诉记者。
在研究方法上，团队应用二代和三代测序技术对紫花和白花丹参的遗传信息进行系统研究。据陈士林介绍，丹参基因组约558Mb，其中约56%的区域为重复序列，导致组装难度大；丹参杂合度较高，每千碱基基因组约含2.76个单核苷酸多态性位点，而高重复序列和高杂合度基因组一直是植物基因组研究的主要难题。
对此，研究团队通过引入亚洲地区第一台PacBio测序仪，率先开展长读技术在植物基因组研究的应用。丹参基因组的成功完成，证实混合拼接技术能显著改善拼接效果，可有效促进次生代谢产物合成相关基因簇的鉴定，证明多种测序平台组合应用具有良好应用前景。
“中药基因组学，作为目前全世界都非常关注的前沿领域，将为创新性药物生产提供新的手段。丹参遗传密码的破译，为构建药用模式生物体系、揭示丹参主要药理活性成分丹参酮和丹参酚酸生物合成及其调控的分子机制、促进丹参优良品种选育，提供了重要的遗传背景基础，”陈士林说。
从实验室到田间地头
与企业产学研互动
“单一的模式物种研究，对整个中药研究都有很大的促进作用。关键在于，它让实验室研究，真正做到可以重复，可以模拟，可以验证。” 陈士林表示，以本草基因组为突破口的研究模式，创建了以药用模式生物为平台的中药研究新理念，确立了药用模式植物研究与应用新思路，服务中药产业前景无限。
他补充：“该项研究对阐明丹参的次生代谢产物产生机理、合成路径、以及合成的关键酶关键基因是什么，我们的研究工作都提供了很好的参考。让药用植物产生我们需要的有效成分，培育出的药用植物品种具备抗性基因、高产基因、丰产基因等，本草基因组研究提供了基础，接下来还能开展更多深入的研究，例如在合成生物学领域。”
目前，以复方丹参片为主打产品之一的的广药集团，已着手和陈士林团队合作，将丹参基因组研究成果应用于集团丹参的深入研究和药材种植品种选育，为丹参栽培和质量控制提供理论基础。“目前我们已经协助进行丹参等相关药用植物的分子辅助育种工作和新品种培育。”陈士林介绍。
继灵芝基因组后
再次引发本草基因组效应
“我国中药研究论文以前很难在国际上高水平的刊物上发表。如今因为有模式物种体系和本草基因组学的研究基础，很多国际知名刊物都刊登了我们的研究成果”， 陈士林告诉记者。“在中药学领域，10年前，影响因子大于5的中药研究论文在国际上很少见；现在，国内发表的与丹参有关的论文， 有几十篇影响因子大于5的论文。毋庸置疑，我国中药学研究在国际上影响力日趋广泛。本草基因计划（HerbGP）起到重要的支撑作用。”
本草基因组计划，是针对具有重大经济价值和典型次生代谢途径的药用植物进行的全基因组测序和后基因组学研究的系列计划。陈士林介绍，8年来，该计划推动了一批具有典型次生代谢途径的模式植物研究平台的建立，促进包括功能基因组、合成基因组等各种“组学”研究方法在药用植物研究领域中的应用，推动中国传统药学进入生命科学研究前沿领域。相关研究在?Nature comm， Plant J， Mol Plant ， Plant Physil， Genetics， New Phyto， Sci Rep， JEP等国际著名期刊发表。
2015年，本草基因组计划首次完成紫芝的全基因组测序工作，在国际上引起广泛关注，文章被《Nature Comm》杂志发表并进行了推介，随后《USA Today》以“揭秘中国仙草基因组”为题报道了该成果。《Science》就本草基因组计划如何将现代研究与传统中药相结合，进行专题报道。截至目前，本草基因组计划已完成包括赤芝、紫芝、丹参等8个中药物种全基因组研究。
陈士林把中药基因组学比喻成一个金矿，“这样可让我们加快将最大的金子挖出来。在中药基因学领域，我国中药研究团队都是作为一个主体走在最前面。本草基因组学的发展，为占领中药基础研究领域的科技制高点提供了技术平台。对药用植物有效成分生物合成路径的解析，以及药用植物优良品种的选育，对我国天然药物的研发和中药农业的发展，将产生巨大而深远的影响。”
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陈士林首席研究员，中国中医科学院中药研究所所长，世界卫生组织传统医学合作中心主任，欧亚科学院院士。在国际上首创基于ITS2的中药材DNA条形码鉴定技术体系，从基因层面解决传统中药材物种鉴定的难题；完成了丹参、赤芝、紫芝等全基因组图谱，奠定本草基因组学基础。首次完成中国中药材产地生态适宜性数值区划，从而避免中药材盲目的引种栽培。发表论文400余篇，其中SCI 论文200余篇,包括平均IF>10的国际著名期刊 Nat Commun、Biotech Adv、PNAS、Nat Prod Rep、Biol Rev等, 论文被他引9000余次。获得2015年吴阶平医药创新奖和首届诺奖之星等荣誉。
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