藥用成分的轉(zhuǎn)基因藥用植物的推廣及安全評(píng)價(jià)

【摘要】隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及藥學(xué)研究的不斷深入，轉(zhuǎn)基因技術(shù)漸漸應(yīng)用于提高藥用植物的藥用成分上，并且獲得了很大的進(jìn)展。本文從轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用于提高藥用植物的藥用成分的重要性、轉(zhuǎn)基因藥用植物的獲得方法、轉(zhuǎn)基因藥用植物與作物的區(qū)別及安全性評(píng)價(jià)等方面展開(kāi)講述，并對(duì)以后的發(fā)展提出展望。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)基因技術(shù)；藥用植物；藥用成分；安全性評(píng)價(jià)

中藥的不良反應(yīng)小，對(duì)慢性、消耗性疾病具有獨(dú)特的、西藥不可取代的作用，并且藥用植物是我國(guó)中藥寶庫(kù)的重要組成部分，所以生產(chǎn)藥用價(jià)值高、來(lái)源有限的中藥活性成分，對(duì)中藥現(xiàn)代化和可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，發(fā)展中國(guó)家超過(guò)80%的人口使用藥用植物來(lái)維持基本的健康需要，而發(fā)達(dá)國(guó)家的使用量也在逐年上升。許多藥效顯著、需求量大的化學(xué)藥品在生產(chǎn)上亦依賴(lài)于直接從藥用植物中進(jìn)行提取，著名的如紫杉醇、青蒿素等。這種趨勢(shì)使得世界各地對(duì)藥用植物的需求日漸迫切。我國(guó)野生藥用植物種質(zhì)資源豐富，但采挖野生資源已造成許多中藥資源瀕于枯竭。藥用植物中的活性成分，如生物堿，皂甙，黃酮類(lèi)化合物，糖苷等通常含量非常低，僅使用培養(yǎng)方法難以顯著提高活性成分的含量。所以，如果能夠提高藥用植物中藥用成分的量，就可以在產(chǎn)生同等地效果下適量地減少藥用植物的量。轉(zhuǎn)基因技術(shù)在經(jīng)濟(jì)作物的抗病育種研究中已獲得成功并推廣應(yīng)用，將其應(yīng)用于中藥材中，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高藥用植物中藥用成分的研究具有良好的發(fā)展前景。

一、轉(zhuǎn)基因藥用植物的獲得方法

（一）轉(zhuǎn)基因器官培養(yǎng)

1.毛狀根培養(yǎng)

藥用植物與作物不同，它們的有效成分（藥用成分）是植物細(xì)胞的次級(jí)代謝產(chǎn)物。早在1987年，Haimll等綜述毛根培養(yǎng)的優(yōu)越性，毛根培養(yǎng)被認(rèn)為是一種非常有前途的培養(yǎng)方法。在感染過(guò)程中，發(fā)根農(nóng)桿菌把自身Ri質(zhì)粒的T-DNA上的基因轉(zhuǎn)移并整合入植物基因組，這些基因表達(dá)后即產(chǎn)生毛狀根。毛狀根具有生長(zhǎng)迅速、遺傳特性穩(wěn)定、激素自養(yǎng)等特點(diǎn)；克服了植物細(xì)胞培養(yǎng)中對(duì)外源植物生長(zhǎng)物質(zhì)的依賴(lài)性，是生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物較理想的培養(yǎng)體系，近十幾年來(lái)已發(fā)展成繼細(xì)胞培養(yǎng)后又一新的培養(yǎng)系統(tǒng)。

2.冠癭瘤和畸狀莖組織培養(yǎng)

根癌農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒（包括TMS基因和TMR基因）的T-DNA片段可以通過(guò)侵染根癌農(nóng)桿菌的敏感植物，并整合到植物細(xì)胞基因組中，誘導(dǎo)冠癭腫瘤組織和芽生莖的發(fā)生。由于冠癭瘤具有比傳統(tǒng)細(xì)胞培養(yǎng)更快的激素自主性和增殖速率的特點(diǎn)，因此使用冠癭瘤組織培養(yǎng)不僅可以產(chǎn)生原植物根中所合成的活性成分，而且還能產(chǎn)生原植物地上部分，尤指葉子中的合成物。其組成和次級(jí)代謝產(chǎn)物具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和合成能力，因此從冠癭瘤的體外培養(yǎng)中生產(chǎn)有用的次生代謝產(chǎn)物具有良好的發(fā)展前景。冠癭組織培養(yǎng)是研究植物地上部分次生代謝物形成的有用系統(tǒng)，它還具有在地面上大規(guī)模種植次生代謝物的潛力。

3.發(fā)狀根和冠癭組織的共培養(yǎng)

植物體內(nèi)許多次生代謝物質(zhì)的合成需要地上葉莖部分和地下部分根的共同參與，因此，單獨(dú)離體培養(yǎng)發(fā)狀根或冠癭瘤組織不能達(dá)到生產(chǎn)這類(lèi)代謝產(chǎn)物的目的，將發(fā)狀根和冠癭瘤組織共同培在一起，它們的代謝功能相互補(bǔ)充，仿佛完整植株的功能，則能達(dá)到此目的。

（二）轉(zhuǎn)基因改良藥用植物的遺傳特性

在目標(biāo)基因藥用植物改良基因特性研究中。Hashimoto等人通過(guò)Ri質(zhì)粒將天仙子胺6-羥化酶基因轉(zhuǎn)移到富含天仙子胺的顛茄毛狀根中，莨菪胺含量比對(duì)照增加5倍。雖然目前對(duì)于有用目的基因?qū)胨幱弥参锏难芯繄?bào)道不多，但轉(zhuǎn)基因改良藥用植物的遺傳特性無(wú)疑是提高藥用植物品質(zhì)的一條途徑。

（三）藥用植物基因克隆

調(diào)控次級(jí)代謝產(chǎn)物的關(guān)鍵酶和它們的基因和抗性基因的定位、分離、克隆和表達(dá)將是特別引人注目的，并將成為分子生物學(xué)研究中最具挑戰(zhàn)性和最有前途的方向之一。代謝途徑調(diào)控關(guān)鍵酶的確定和基因克隆，不僅為利用生物技術(shù)手段操縱代謝途徑及中藥材品質(zhì)定向調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)，而且將為生藥生源學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在青蒿素方面，中科院植物所的葉和春研究員課題組已克隆出了青蒿素生物合成途徑中的四關(guān)鍵酶基因，并且利用農(nóng)桿菌Ti和Ri質(zhì)粒轉(zhuǎn)基因系統(tǒng)介導(dǎo)了目的基因的轉(zhuǎn)化，獲得了青蒿素含量顯著增加的植物材料。

二、轉(zhuǎn)基因藥用植物與作物的區(qū)別

藥用植物作為一種藥物或藥物基礎(chǔ)，在種植和應(yīng)用方面與作物有很大區(qū)別。農(nóng)作物特別是糧食作物種植范圍極大、人類(lèi)對(duì)糧食蔬果等食物的攝取也是長(zhǎng)期大量的食用，藥用植物不同于農(nóng)作物，它們?cè)谵D(zhuǎn)基因植物的安全性方面與轉(zhuǎn)基因作物不同，特別是在食品安全方面。大多數(shù)藥品都是在患者治療疾病時(shí)才會(huì)使用，并且在服用植物藥物之前，要么經(jīng)過(guò)分離提取獲得了藥用植物的有效部位，要么需要通過(guò)復(fù)雜的炮制、煎制等過(guò)程，在這些過(guò)程中，即使有少量的外源基因表達(dá)成分，也已經(jīng)被大大稀釋?zhuān)瑢?duì)人的影響可謂是微乎其微。藥用植物種植面積相對(duì)農(nóng)作物來(lái)說(shuō)是非常小的，外源基因的遷移等問(wèn)題相對(duì)來(lái)說(shuō)也更容易得到控制。

三、轉(zhuǎn)基因藥用植物安全評(píng)價(jià)

雖然轉(zhuǎn)基因食品安全性評(píng)價(jià)原則已經(jīng)基本上在世界上建立一系列評(píng)價(jià)方法已經(jīng)建立，中國(guó)也建立了相應(yīng)的規(guī)章制度和管理方法。然而，作為一種特殊用途的中藥植物，它不同于提供營(yíng)養(yǎng)的食物。轉(zhuǎn)基因食品除了安全問(wèn)題外，還存在轉(zhuǎn)基因?qū)χ兴庂|(zhì)量和功效的影響?？紤]到中藥的特殊性和目前缺乏對(duì)中藥基因工程新品種評(píng)價(jià)的研究背景，我們應(yīng)該在逐步建立和完善針對(duì)轉(zhuǎn)基因中藥的安全性評(píng)價(jià)和管理辦法的同時(shí)，系統(tǒng)地開(kāi)展和加強(qiáng)對(duì)中藥基因工程新品種評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)研究，為建立系統(tǒng)的中藥基因工程新品種的評(píng)價(jià)方法提供依據(jù)。由于缺乏獨(dú)特的基因改造中藥評(píng)估系統(tǒng)，轉(zhuǎn)基因食品（農(nóng)作物）等效原則可作為參考。在具體實(shí)施過(guò)程中，在該領(lǐng)域發(fā)布之前和之后，系統(tǒng)的基礎(chǔ)應(yīng)該進(jìn)行初步的研究。使用了分子生物學(xué)，中藥化學(xué)分析，化學(xué)成分功能分析，毒理學(xué)分析，藥理學(xué)和藥效學(xué)分析以及基因組學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué)，代謝組和功能等生物信息學(xué)等多學(xué)科分析技術(shù)。為了全面揭示外源基因?qū)λ幉馁|(zhì)量的影響，早期將特定藥用植物的安全性評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)作為開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)基因中藥的任務(wù)。

在具體的實(shí)施過(guò)程中，我們可以從實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)研究開(kāi)始。在該領(lǐng)域的發(fā)布之前，對(duì)轉(zhuǎn)基因中藥的安全性研究應(yīng)該在釋放之前進(jìn)行。加大相關(guān)研究和投入，建立科學(xué)、系統(tǒng)的方法和標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)基因中藥的安全性和有效性，才能使轉(zhuǎn)基因中藥的健康發(fā)展和中醫(yī)藥研究有所進(jìn)展。

四、展望

植物細(xì)胞的成熟和基因工程將從根本上解決藥用植物原料稀缺問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)植物藥業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前，植物基因工程的一個(gè)熱點(diǎn)是使用轉(zhuǎn)基因植物作為生物反應(yīng)器來(lái)高效表達(dá)和生產(chǎn)天然產(chǎn)物。隨著表達(dá)效率的提高和受體植物的不斷擴(kuò)大以及可利用的大量克隆基因出現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)必將為中藥材的傳統(tǒng)遺傳屬性的研究帶來(lái)新的動(dòng)力。同時(shí)，隨著新型生物反應(yīng)器的發(fā)展和高效細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的建立和完善，天然藥物生物技術(shù)成果的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化將大大加快。

參考文獻(xiàn)

[1]董燕，張雅明，周聯(lián)，王培訓(xùn).轉(zhuǎn)基因技術(shù)在藥用植物中的應(yīng)用[J].中草藥，2009（03）：489～492.

[2]CanterPH，ThomasT，ErnstE.Bringingmedicinalplantsinto cultivation：opportunitiesandchallengesforbiotechnology[J]. Trendsinbiotechnology，2005，23（4）：180～185.

[3]王敏，黃璐琦，李萌萌.藥用植物基因工程研究和應(yīng)用展望[J].中國(guó)中藥雜志，2008（12）：1365～1371.

[4]劉建黨，張今今.我國(guó)西部發(fā)展藥用植物種植的機(jī)遇與對(duì)策[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2003（01）：69～71.

[5]HaimllJDRlarrAJ，RhodesMJC，etal.Newroutestoplant secondaryproduction[J].Bio/Tech，1987（5）：80.

[6]GuillonS，Trémouillaux-GuillerJ，PatiPK，etal.Hairyrootre-search：recentscenarioandexcitingprospects[J]. CurrOpinPlantBiol，2006，9（3）：341.

[7]于瑞蓮，巢建國(guó).發(fā)根農(nóng)桿菌Ri質(zhì)粒及在藥用植物中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代中藥研究與實(shí)踐2005，19（6）：59.

[8]周立剛，王君健，楊崇仁.植物毛狀根的培養(yǎng)及其化學(xué)進(jìn)展———植物毛狀根的誘導(dǎo)形成與培養(yǎng)[J].天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā)，1998（03）：87～95.

[9]SpencerA，HamillJD，RhodesMJC.Productionofterpenesby differentiatedshootculturesofMenthacitratetransformation withAgrobacteriumtumefactions[J].PlantCellRep，1992（8）：601.

[10]范志霞.藥用植物轉(zhuǎn)基因研究進(jìn)展[J].生命科學(xué)研究，2006（S3）：68～71.

[11]俞志華，祝水金，夏英武.從植物抗病基因的克隆看其基因結(jié)構(gòu)、功能和進(jìn)化[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2002（01）：109～115.

[12]羅志勇，陸秋恒，劉水平，陳湘暉，羅建清，湯立軍，胡維新.人參植物皂苷生物合成相關(guān)新基因的篩選與鑒定[J].生物化學(xué)與生物物理學(xué)報(bào)，2003（06）：554～560.

[13]戴均貴，果德安.現(xiàn)代中藥生物技術(shù)研究綜述及展望[J].世界科學(xué)技術(shù)，2000（05）：27，30，67.

[14]滕中秋，申業(yè).藥用植物基因工程的研究進(jìn)展[J].中國(guó)中藥雜志，2015（04）：594～601.

[15]周聯(lián)，董燕.轉(zhuǎn)基因中藥的發(fā)展及評(píng)價(jià)[J].中醫(yī)藥管理雜志，2007（03）：173～175.

作者簡(jiǎn)介：鄧宗碧（1996.03—），女，漢族，重慶人，本科，研究方向：事植物育種。