利用RNA-Seq研究道地药材形成的分子机制从道地产区和非道地产区药材特定时期和特定部位取样,提取总RNA进行RNA-Seq测序,将两种样
本的测序结果序列进行比对可以筛选出代谢相关的差异表达基因(包括有效成分关键合成酶表达、转录调控等差异),具体流程如图1所示。应
用RNA-Seq技术检测同一时期道地药材和非道地药材的差异表达基因,并进行表达模式聚类分析、GO功能分析和pathway显著性富集
分析,以次生代谢途径为主线,揭示这些基因的表达规律和功能特点,多路径筛选鉴定与道地性相关的差异表达基因。将同一时期道地药材和非道地
药材次生代谢途径的差异表达基因与主要药效成分进行关联分析,揭示基因表达量与药效成分含量之间的相关性。运用RNA-Seq的研究手段对
道地药材的分子机制进行研究,可以得到样品间的表达差异,准确、灵敏的捕捉到不同样品间代谢途径相关的差异表达的基因,揭示药材道地性形成
的内在机制,并为进一步研究提供证据。已有较多报道利用RNA-Seq研究作物在不同环境条件下的差异表达基因,阐释了次生代谢产物的形成
机制。如Lei等[57]应用比较转录组学分析了烟草不同栽培地区的差异表达基因,阐明了芳香类胡萝卜素在烟草中的形成机制。Koenig
等[58]应用RNA-seq对野生和家种番茄的转录组进行了比较,发现50个与环境胁迫相关的基因,环境因子在基因表达过程中的作用被突
现出来。以上所述均为日后利用RNA-Seq研究道地药材形成的分子机制提供了指导。图1?RNA-Seq在道地药材形成机制研究应用中
的技术路线图3展望近20年来,我国先后对常用道地中药的品种与质量开展了较为深入系统的研究,分别对大约300种中药材进行了包括品种
考证、生态、性状、显微特征、理化特性、化学成分、药理、质量控制等方面的系统研究。尤其是“九五”、“十五”期间,国家通过“973”计
划、“863”计划、国家攻关计划、公益性研究专项、科技资源平台建设专项、自然科学基金等计划支持了部分道地中药材的研究与创新,对道地
中药材品种规范化种植关键技术、中药材现代质量标准、中药化学对照品、中药材和中药饮片等有害物质限量标准进行了研究,涉及了中药材的种质
、生态、环境、生理、栽培、加工,以及化学、药理、质控等方面的内容。这些研究为揭示中药道地性的实质,规范道地中药材的生产和质量控制奠
定了基础。近年来,运用现代科学技术的理论、方法和手段对“中药道地性”进行研究,已取得了一些成绩,但并没有真正阐明“中药道地性”的科
学内涵。RNA-Seq作为一项新崛起的转录组学研究方法,已显示其无可比拟的优越性能,广泛应用于生命科学各个领域,使生命科学的研究得
到了前所未有的巨大发展。道地药材所产生的次生代谢产物是其物质基础,同样为其道地性的根本。利用RNA-Seq技术可捕捉到道地药材与非
道地药材不同样品间差异表达的基因,从整体上对参与生长发育和次生代谢基因进行系统的研究,进一步阐释药材道地性形成的分子机制,将为道地药材的研究开辟新的道路。 |
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