基于同源基因功能分化的药用植物活性成分变异机制研究(1)
[摘要]在中药材质量控制研究领域，药用植物活性成分变异机制研究始终是重点和热点问题。随着高通量测序技术的发展和成本的降低，大量药用植物基因序列克隆为进一步研究基因序列的遗传信息与其所执行的生物学功能奠定了基础，也为从分子生药学角度探索药材活性成分变异及其质量控制提供了有力条件。该文详细介绍了同源基因、基因重复的概念和分类，并重点展望了重复基因功能分化在药用植物活性成分变异分子机制研究中的作用，旨在为药材质量控制基础研究提供新的思路。
[关键词]基因复制;功能分化;活性成分;变异
Different active ingredients of medicinal plant based on function
differentiation of homologous gene
YUAN Yuan/1， YU Jun/1， HUANG Lu-qi1*， WANG Xu-min/1
, 百拇医药
(1. State Key Laboratory of Dao-di Herbs， National Resource Center for Chinese Materia Medica，China Academy of Chinese Medical Sciences， Beijing 100700， China;
2. Key Laboratory of Genome Science and Information， China Academy of Science， Beijing 100029， China)
[Abstract]In the research field of quality control in Chinese medicinal materials， variation in active ingredients of medicinal plant is always the key and hot issues. With the development of high-throughput sequencing technologies and reducing cost， a large numbers of genes from medicinal plant were cloning and provide a solid foundation for further research of gene structure and its biological function， and also provides conditions for explore active ingredient variation and its quality control from the perspective of molecular pharmacognosy. This paper introduces the concept of homologous gene， gene duplication and classification. We prospect the function of duplicated genes in the role of molecular mechanism research about variation in active ingredients， aiming at providing a new way for medicinal materials quality control.
, http://www.100md.com
[Key words]gene replication; functional differentiation; active ingredients; variation
doi：10.4268/cjcmm20150607
搞清药用植物活性成分变异的机制一直是中药资源和中药鉴定研究领域的热点问题，其对于药材质量控制具有重要的意义。中药材来源复杂，表现为同属多来源药材均可作为一种药材入药，如膜荚黄芪和蒙古黄芪均为药材黄芪的基原植物;同一药材不同部位也可作为不同药材使用，如葫芦科植物栝楼或双边栝楼的干燥成熟果皮可作为瓜蒌皮使用，干燥成熟种子可作为瓜蒌子使用，干燥根可作为天花粉使用;不同产地的药材，其化学成分也因所生长环境的不同而不同。
尽管入药物种或部位具有相似性，但在药效上仍然存在一定的差异。药效上的相似与差异主要由活性成分的异同来决定，而目前中药活性成分评价主要集中在化学和药理学领域，但由于植物中存在数以万记的化合物，利用化学分析手段始终不能满足对中药材所有成分进行分析，因此存在着一定的缺陷。利用药理学手段进行评价则需要选择合适、可靠的药理研究模型，工作量较大。从植物本身来看，活性成分的形成和积累与其体内基因及基因调控网络密切相关，即活性成分的异同是由基因的变异决定的。随着高通量测序技术的发展和成本的降低，已经有大量的药用植物通过RNA-seq进行了转录组研究，获得了基因序列。然而，完成转录组测序仅是功能基因组研究的第一步，更大的挑战在于搞清基因序列的遗传信息与其所执行的生物学功能。本文详细介绍了同源基因、基因重复的概念和分类，并重点展望了重复基因功能分化在药用植物活性成分变异分子机制研究中的作用，旨在为药材质量控制基础研究提供新的思路。
1同源基因的正确注释是研究药用植物活性成分变异的重要前提
研究基因序列的遗传信息与其所执行的生物学功能，首先取决于对基因序列的正确注释。目前基因注释的方法主要依赖于生物信息学分析，同源性在基因注释中是一个极其重要的概念，同源基因一般不会有完全一致的核苷酸序列，因为同源基因在出现后会独立的发生随机突变，但它们的序列组成相似，大部分未突变的核苷酸位置相同。因此，一个新的基因序列被确认后，根据同源性可从数据库中找到已知序列的同源基因，并依据进化的相关性可从已知同源基因推测新基因的功能。同源基因分为直向同源基因(orthologous gene)和共生同源基因(paralogous gene)两类。, http://www.100md.com(袁媛 于军 黄璐琦 王绪敏)
[关键词]基因复制;功能分化;活性成分;变异
Different active ingredients of medicinal plant based on function
differentiation of homologous gene
YUAN Yuan/1， YU Jun/1， HUANG Lu-qi1*， WANG Xu-min/1
, 百拇医药
(1. State Key Laboratory of Dao-di Herbs， National Resource Center for Chinese Materia Medica，China Academy of Chinese Medical Sciences， Beijing 100700， China;
2. Key Laboratory of Genome Science and Information， China Academy of Science， Beijing 100029， China)
[Abstract]In the research field of quality control in Chinese medicinal materials， variation in active ingredients of medicinal plant is always the key and hot issues. With the development of high-throughput sequencing technologies and reducing cost， a large numbers of genes from medicinal plant were cloning and provide a solid foundation for further research of gene structure and its biological function， and also provides conditions for explore active ingredient variation and its quality control from the perspective of molecular pharmacognosy. This paper introduces the concept of homologous gene， gene duplication and classification. We prospect the function of duplicated genes in the role of molecular mechanism research about variation in active ingredients， aiming at providing a new way for medicinal materials quality control.
, http://www.100md.com
[Key words]gene replication; functional differentiation; active ingredients; variation
doi：10.4268/cjcmm20150607
搞清药用植物活性成分变异的机制一直是中药资源和中药鉴定研究领域的热点问题，其对于药材质量控制具有重要的意义。中药材来源复杂，表现为同属多来源药材均可作为一种药材入药，如膜荚黄芪和蒙古黄芪均为药材黄芪的基原植物;同一药材不同部位也可作为不同药材使用，如葫芦科植物栝楼或双边栝楼的干燥成熟果皮可作为瓜蒌皮使用，干燥成熟种子可作为瓜蒌子使用，干燥根可作为天花粉使用;不同产地的药材，其化学成分也因所生长环境的不同而不同。
尽管入药物种或部位具有相似性，但在药效上仍然存在一定的差异。药效上的相似与差异主要由活性成分的异同来决定，而目前中药活性成分评价主要集中在化学和药理学领域，但由于植物中存在数以万记的化合物，利用化学分析手段始终不能满足对中药材所有成分进行分析，因此存在着一定的缺陷。利用药理学手段进行评价则需要选择合适、可靠的药理研究模型，工作量较大。从植物本身来看，活性成分的形成和积累与其体内基因及基因调控网络密切相关，即活性成分的异同是由基因的变异决定的。随着高通量测序技术的发展和成本的降低，已经有大量的药用植物通过RNA-seq进行了转录组研究，获得了基因序列。然而，完成转录组测序仅是功能基因组研究的第一步，更大的挑战在于搞清基因序列的遗传信息与其所执行的生物学功能。本文详细介绍了同源基因、基因重复的概念和分类，并重点展望了重复基因功能分化在药用植物活性成分变异分子机制研究中的作用，旨在为药材质量控制基础研究提供新的思路。
1同源基因的正确注释是研究药用植物活性成分变异的重要前提
研究基因序列的遗传信息与其所执行的生物学功能，首先取决于对基因序列的正确注释。目前基因注释的方法主要依赖于生物信息学分析，同源性在基因注释中是一个极其重要的概念，同源基因一般不会有完全一致的核苷酸序列，因为同源基因在出现后会独立的发生随机突变，但它们的序列组成相似，大部分未突变的核苷酸位置相同。因此，一个新的基因序列被确认后，根据同源性可从数据库中找到已知序列的同源基因，并依据进化的相关性可从已知同源基因推测新基因的功能。同源基因分为直向同源基因(orthologous gene)和共生同源基因(paralogous gene)两类。, http://www.100md.com(袁媛 于军 黄璐琦 王绪敏)