中醫(yī)藥院校本草基因組學(xué)課程建設(shè)的思考與探索

劉 暢，俸婷婷，劉雄偉，周 英

（貴州中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

中醫(yī)藥是我國人民經(jīng)過數(shù)千年的努力積淀起來的寶貴資源，是優(yōu)秀卓越的文化瑰寶。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展[1]，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵是中醫(yī)藥行業(yè)研究人才的培養(yǎng)。目前中藥學(xué)的研究也深入到了組學(xué)水平，本草基因組學(xué)是從基因組的水平研究中草藥品質(zhì)形成的分子機制及中草藥在人體內(nèi)代謝和藥效影響等的前沿學(xué)科，利用基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)等組學(xué)技術(shù)研究中草藥的基原植物遺傳多樣性及其次生代謝產(chǎn)物的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，闡明中草藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和作用的分子機制[2]。本草基因組學(xué)形成于中醫(yī)藥生產(chǎn)實踐，且對生產(chǎn)實踐具有指導(dǎo)作用，并廣泛應(yīng)用于中藥合成生物學(xué)、中藥鑒定學(xué)和藥用植物分子育種等領(lǐng)域，取得了令人矚目的研究成果。

目前，國內(nèi)高等院校開設(shè)本草基因組學(xué)課程的主要為綜合性大學(xué)、中醫(yī)藥院校、研究院所等，如北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院、上海中醫(yī)藥大學(xué)、武漢理工大學(xué)等。但大多數(shù)院校將其列為中醫(yī)藥專業(yè)博士生或碩士生課程，僅有武漢理工大學(xué)、浙江中醫(yī)藥大學(xué)、海南醫(yī)學(xué)院等將其列為本科課程[3]。但總的來說，開設(shè)本草基因組學(xué)課程的學(xué)校還相對較少，如筆者所在貴州中醫(yī)藥大學(xué)相關(guān)專業(yè)尚未開設(shè)此門課程。本草基因組學(xué)能夠加強基于現(xiàn)代科技前沿技術(shù)的中醫(yī)藥基礎(chǔ)的研究，通過此課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解本草基因組學(xué)研究領(lǐng)域的成果，理解本草基因組學(xué)研究成果對中醫(yī)藥發(fā)展的促進(jìn)作用，激發(fā)學(xué)生運用現(xiàn)代技術(shù)手段探索新知識、新領(lǐng)域的積極性。

1 本草基因組學(xué)課程特點

本草基因組學(xué)課程主要承擔(dān)兩方面任務(wù)，一是全面完整地闡釋本草基因組學(xué)的產(chǎn)生、發(fā)展和前景，另一方面是為高等院校教師或?qū)W生搭建更完整的理論基礎(chǔ)知識體系。本課程主要包括兩大部分，一是本草基因組學(xué)理論基礎(chǔ)，二是本草基因組學(xué)的應(yīng)用。本草基因組學(xué)課程具有研究范圍廣泛，多學(xué)科交叉；研究手段先進(jìn)，理論體系高度綜合；研究內(nèi)容明確，應(yīng)用性強等特點。

1.1 研究范圍廣泛，多學(xué)科交叉

中藥學(xué)、中藥資源學(xué)、中藥鑒定學(xué)、中藥栽培學(xué)為本草基因組學(xué)奠定了深厚的歷史基礎(chǔ)、提供了豐富的研究材料，生物化學(xué)、分子生物學(xué)、中藥化學(xué)、中藥藥理學(xué)為本草基因組學(xué)提供了基礎(chǔ)理論和先進(jìn)的技術(shù)方法，生物信息學(xué)為本草基因組學(xué)的研究提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。與以上各學(xué)科相呼應(yīng)，前沿技術(shù)和創(chuàng)新性研究策略為中藥學(xué)注入了新鮮血液，新概念、新思路、新問題的提出使中藥的研究煥發(fā)了青春，使基因組學(xué)能夠促進(jìn)中藥學(xué)、生藥學(xué)、中藥資源學(xué)、中藥鑒定學(xué)、中藥栽培學(xué)從經(jīng)典走向現(xiàn)代，從傳統(tǒng)走向前沿，從基因組和分子水平對中草藥開展研究，同時拓寬了組學(xué)的研究對象和應(yīng)用領(lǐng)域，為分子生物學(xué)等基礎(chǔ)理論課程走向?qū)嵺`應(yīng)用提供了案例，為中藥藥理學(xué)的深入研究提供了理論和技術(shù)支持。

1.2 研究手段先進(jìn)，理論體系高度綜合

本草基因組學(xué)利用高通量測序的技術(shù)，對藥用生物基因組、全轉(zhuǎn)錄組、miRNA、代謝組、甲基化等進(jìn)行測序，結(jié)合生物信息學(xué)的方法挖掘藥用生物數(shù)據(jù)信息，是本草基因組學(xué)研究的核心內(nèi)容，對揭示道地藥材形成的分子機制，闡明中草藥的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)，篩選中草藥的質(zhì)量標(biāo)志物，提供中草藥質(zhì)量控制新方法等具有重要作用。

1.3 研究內(nèi)容明確，應(yīng)用性強

本草基因組學(xué)是一門應(yīng)用性較強的學(xué)科，對中醫(yī)藥的發(fā)展具有重大的指導(dǎo)意義。基于基因組開發(fā)了AFLP、ISSR、SNP等分子標(biāo)記，基于轉(zhuǎn)錄組開發(fā)SSR分子標(biāo)記，為藥用植物分子標(biāo)記的開發(fā)提供了豐富基因資源，給傳統(tǒng)中藥鑒定帶來革命性影響。組學(xué)技術(shù)聯(lián)合分析可闡明道地藥材形成的分子機制，從分子水平解析遺傳控制和環(huán)境條件的影響，對優(yōu)質(zhì)中藥生產(chǎn)和栽培技術(shù)的改進(jìn)提供指導(dǎo)。對中草藥進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組和代謝組學(xué)的聯(lián)合測序，篩選和鑒定的次生代謝合成途徑的關(guān)鍵編碼基因，解析次生代謝途徑的合成過程，實現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物的異源生產(chǎn)，可為天然藥物研發(fā)提供新的方式。對中草藥作用于疾病的機制進(jìn)行多組學(xué)測序，以闡明中草藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及作用機制。

2 高等院校開設(shè)本草基因組學(xué)課程情況

《本草基因組學(xué)——中藥組學(xué)的發(fā)展與未來》專著于2016年出版[4]，《本草基因組學(xué)》教材是在其基礎(chǔ)上，按照教材編撰的要求，結(jié)合專家和讀者的建議與意見，于2018年8月出版[5]。該教材為普通高等教育“十三五”規(guī)劃教材，對本草基因組學(xué)的相關(guān)概念和理論進(jìn)行了介紹，對本草基因組學(xué)最新的研究成果和前沿動態(tài)進(jìn)行總結(jié)，全面闡釋了本草基因組學(xué)的發(fā)生發(fā)展及應(yīng)用前景。目前，國內(nèi)高等院校開設(shè)本草基因組學(xué)課程的主要為綜合性大學(xué)、中醫(yī)藥院校、研究院所等，但大多數(shù)院校將其列為中醫(yī)藥專業(yè)博士生或碩士生課程，僅有武漢理工大學(xué)、浙江中醫(yī)藥大學(xué)、海南醫(yī)學(xué)院等列為本科課程[3]。由此可見，亟待在高等院校尤其是中醫(yī)藥院校本科生中開設(shè)本草基因組學(xué)課程，以促進(jìn)中醫(yī)藥相關(guān)專業(yè)學(xué)生了解高通量測序技術(shù)和生物信息學(xué)在藥用生物次生代謝、藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及作用機制等領(lǐng)域的應(yīng)用，增加相關(guān)知識積累。

3 教學(xué)策略

本草基因組學(xué)在課程教學(xué)的形式上，主要為基礎(chǔ)理論課、實驗課、討論課等。由于本草基因組學(xué)涉及的學(xué)科較多，在實際教學(xué)過程中，因缺乏有效的教學(xué)模式以及本科生相關(guān)理論基礎(chǔ)薄弱，在授課過程中存在諸多問題。根據(jù)學(xué)生的專業(yè)背景和對基礎(chǔ)知識的掌握程度，不同研究內(nèi)容的難易度和學(xué)生的理解程度，在本課程教學(xué)過程中，綜合運用多種教學(xué)方法并融入思政元素。

3.1 PBL教學(xué)模式

PBL教學(xué)模式強調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和解決問題能力培養(yǎng)，使學(xué)生的分析、探究、溝通等方面能力得到全方位提升，能夠增加教學(xué)的趣味性，增強知識的運用能力[6]。在PBL教學(xué)過程中，以學(xué)生為中心，教師設(shè)計與課程相關(guān)的實際問題引導(dǎo)學(xué)生思考，通過團隊合作、自主學(xué)習(xí)等方式來解決問題，明確問題答案，了解背后相關(guān)的知識，提高解決問題能力，培育自主學(xué)習(xí)意識，使學(xué)生真正做到學(xué)以致用。

3.2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

翻轉(zhuǎn)課堂更加注重個性化教學(xué)，改變傳統(tǒng)的教學(xué)過程，指導(dǎo)學(xué)生課前利用中國慕課、學(xué)習(xí)通、中國知網(wǎng)、NCBI、網(wǎng)絡(luò)資源等學(xué)習(xí)資源自主學(xué)習(xí)，課堂上教師引導(dǎo)學(xué)生分小組討論而開展教學(xué)的教學(xué)模式[7]。針對本草基因組學(xué)課程應(yīng)用部分的內(nèi)容，將中草藥組學(xué)測序研究策略穿插其中。學(xué)生課下收集近期發(fā)表的與藥用植物相關(guān)的文章，可下載小木蟲、丁香園、生物通等App，關(guān)注與藥用植物研究相關(guān)的微信公眾號，對前沿動態(tài)進(jìn)行跟進(jìn)，對最新研究進(jìn)展和前沿技術(shù)展開討論。

3.3 虛擬仿真實驗教學(xué)模式

為提高學(xué)生對本草基因組學(xué)廣度和深度的認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，實驗課可講解二代/三代測序技術(shù)并上機演示。實驗課教學(xué)過程中，授課教師以實際應(yīng)用問題進(jìn)行導(dǎo)課，采用邊授課、邊用電腦演示的方法，本科生可以使用個人電腦在教師指導(dǎo)下進(jìn)行操作。二代/三代測序技術(shù)分析流程在網(wǎng)上都有相應(yīng)的軟件，如OmicShare在線平臺（https：//www.omicshare.com/tools/）、百邁客云平臺（http：//www.biocloud.net/）等。云平臺上的二代/三代測序示例數(shù)據(jù)，如轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)、代謝組數(shù)據(jù)和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)等，學(xué)生可以利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實操訓(xùn)練，更直觀地理解二代/三代測序數(shù)據(jù)的意義，了解組學(xué)分析的流程。

3.4 本草基因組學(xué)課程思政教學(xué)模式

深入挖掘本草基因組學(xué)課程中的思政元素，將思政元素融入本草基因組學(xué)教學(xué)中，將思政教育貫穿于本草基因組學(xué)教學(xué)全過程。挖掘中醫(yī)藥發(fā)展史上的優(yōu)秀人物、中醫(yī)藥的文化傳承、相關(guān)的時事熱點等內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義情感和對中醫(yī)藥文化的認(rèn)同感。在教授好專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，有目的、有計劃地將思政元素滲透到教學(xué)過程中，讓學(xué)生真正了解本草文化，弘揚中醫(yī)文化，傳承本草精神。通過設(shè)計相關(guān)思政案例將思政內(nèi)容融入本草基因組學(xué)教學(xué)中，是落實立德樹人任務(wù)的根本，也是實現(xiàn)思政教育與專業(yè)課程教育有效融合的載體。

4 結(jié)語

從本草基因組學(xué)課程發(fā)展來看，該課程教學(xué)體系和教學(xué)大綱已得到進(jìn)一步完善。作為新興課程，雖已在部分院校開設(shè)多年，但在很多中醫(yī)藥院校尚未開設(shè)，其課程設(shè)置和教學(xué)過程仍處于探索階段，其課程設(shè)置、內(nèi)容涵蓋應(yīng)結(jié)合各中醫(yī)藥相關(guān)專業(yè)的特色進(jìn)行考慮，同時教法與具體教學(xué)內(nèi)容還應(yīng)在教學(xué)實踐中不斷探索。