日，上海辰山植物園科研發(fā)展部、園藝景觀部和信息技術(shù)部通力合作，在園藝領(lǐng)域權(quán)威期刊Molecular Horticulture上發(fā)表研究論文Metabolomic and evolutionary integration unveils medicinal potential in six Corydalis species，揭示了六種紫堇屬植物中蘊(yùn)藏的藥用潛力。團(tuán)隊(duì)通過(guò)基因組重測(cè)序、轉(zhuǎn)錄組和代謝組的多組學(xué)交叉分析，繪制出一幅“植物藏寶圖”，為傳統(tǒng)中藥資源的開(kāi)發(fā)和保護(hù)提供了全新思路。

紫堇屬 (Corydalis) 是罌粟科中一個(gè)龐大的植物家族，全球約有530種，我國(guó)就有300多種，其中不少具有藥用價(jià)值?！吨袊?guó)藥用植物志》記載了100余種紫堇屬藥用植物，最為人熟知的當(dāng)屬“浙八味”之一的延胡索。然而，隨著野生資源的逐漸減少，延胡索已被列為“易危”物種。尋找“延胡索替身”，成了科研人員的一項(xiàng)重要任務(wù)。

此次研究聚焦六種塊莖類紫堇，包括傳統(tǒng)藥用種“延胡索”、“夏天無(wú)”，荷蘭引種的“密花紫堇”，以及近年新發(fā)現(xiàn)的中國(guó)特有種“南川紫堇”。團(tuán)隊(duì)通過(guò)考據(jù)古代本草文獻(xiàn)和中藥志資料，厘清了這六種植物的藥用歷史和使用情況(圖1)，為后續(xù)研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖1. 六種塊莖類紫堇屬植物及其文本考證

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)這六種紫堇及其他代表物種進(jìn)行了全基因組測(cè)序，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，發(fā)現(xiàn)紫堇屬可分為塊莖類和非塊莖類兩個(gè)主要支系。其中，南川紫堇位于塊莖類的進(jìn)化“起點(diǎn)”，可能擁有最原始的遺傳特征(圖2)。

圖2. 紫堇屬植物的系統(tǒng)發(fā)育分析及活性代謝物含量分析

圖3. 六種紫堇屬植物中主要活性物質(zhì)定量分析與對(duì)比

同時(shí)，荷蘭引入的密花紫堇也表現(xiàn)出色，富含多種具有抗血栓、鎮(zhèn)痛功效的活性生物堿，如脫氫紫堇堿和延胡索甲素等。這些發(fā)現(xiàn)不僅打破了“藥用紫堇僅限中國(guó)本土”的傳統(tǒng)印象，也表明部分“新面孔”在藥用潛力上完全有望成為更優(yōu)質(zhì)、更可持續(xù)的藥材來(lái)源(圖3)。

不同紫堇屬植物為何藥效差異巨大?研究團(tuán)隊(duì)將基因表達(dá)和代謝組數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，成功鎖定一個(gè)核心基因家族：TNMT(四氫原小檗堿氮甲基轉(zhuǎn)移酶)。這一基因家族的高表達(dá)與原阿片堿(原生鎮(zhèn)痛活性成分)的積累密切相關(guān)(圖4)。該發(fā)現(xiàn)不僅揭示了植物藥效形成的遺傳機(jī)制，還為今后利用基因編輯手段調(diào)控有效成分含量提供了方向。

圖4.芐基異喹啉合成途徑及原阿片堿合成關(guān)鍵基因分析

這項(xiàng)研究是上海辰山植物園科研、園藝、信息等多個(gè)部門協(xié)同努力的結(jié)晶。自2015年起，研究人員就開(kāi)始系統(tǒng)收集和保育紫堇屬植物資源。信息部遠(yuǎn)赴野外采集種質(zhì)資源，園藝部精心養(yǎng)護(hù)植物生長(zhǎng)，科研部借此深入開(kāi)展代謝和遺傳研究，打造出一條完整的“收集—保育—研究—應(yīng)用”鏈條。

上海辰山植物園科研發(fā)展部生物堿代謝研究組科研助理高云、園藝景觀部正高級(jí)工程師周翔宇為本文共同第一作者，研究組長(zhǎng)徐萍為通訊作者，顏夢(mèng)曉、王正偉、鐘鑫、李曉晨、朱軍杰等參與了本項(xiàng)研究。該工作得到了胡永紅園長(zhǎng)、趙清研究員的指導(dǎo)和大力支持。感謝辰山植物園代謝平臺(tái)孔羽博士的幫助。感謝中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心陳曉亞院士和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)向成斌教授的幫助。該研究得到上海市綠化和市容管理局辰山專項(xiàng)基金 (G242410)、上海市中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金(YDZX20243100004002, YDZX20223100001003)的資助。

團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)研究只是探索的開(kāi)始。未來(lái)將繼續(xù)挖掘紫堇屬及其他罌粟科植物的藥用潛力，結(jié)合基因組學(xué)與代謝工程，為中藥資源的創(chuàng)新利用和可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)支撐。

紫堇研究小組成員

小組成員在野外考察和采集紫堇屬植物