藥用植物化學(xué)成分定向選育路徑實(shí)現(xiàn)！廬山植物園團(tuán)隊(duì)破解化學(xué)定向育種難題，定向篩選淫羊藿優(yōu)質(zhì)化學(xué)型種質(zhì)資源

近日，江西省、中國(guó)科學(xué)院廬山植物園程春松博士團(tuán)隊(duì)在藥用植物定向育種領(lǐng)域取得重大突破。該團(tuán)隊(duì)歷時(shí)四年，通過(guò)跨緯度資源收集、同質(zhì)園栽培和多維度分析，成功建立淫羊藿化學(xué)型定向選育體系，篩選出 E02、E26 兩個(gè)優(yōu)質(zhì)化學(xué)型種質(zhì)資源，為解決藥用植物 "按癥選種" 難題提供了全新方案。相關(guān)研究成果日前已發(fā)表于中科院一區(qū)國(guó)際權(quán)威期刊 《Industrial Crops & Products》。

淫羊藿作為我國(guó)傳統(tǒng)名貴中藥材，藥用歷史逾千年，其提取物在心血管疾病防治、免疫調(diào)節(jié)、骨健康維護(hù)等方面具有顯著功效，是制藥工業(yè)的核心原料之一。近年來(lái)，隨著市場(chǎng)需求持續(xù)攀升（年需求量達(dá) 2 萬(wàn)噸），野生淫羊藿資源過(guò)度采挖導(dǎo)致儲(chǔ)量銳減，而人工栽培品種普遍存在活性成分含量不穩(wěn)定、品質(zhì)參差不齊等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了中藥產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。"如何針對(duì)不同病癥的用藥需求，精準(zhǔn)篩選具有特定化學(xué)成分優(yōu)勢(shì)的種質(zhì)資源，是藥用植物育種領(lǐng)域長(zhǎng)期未能解決的關(guān)鍵問(wèn)題。" 程春松研究員介紹。

為破解這一難題，團(tuán)隊(duì)自 2021 年起啟動(dòng)淫羊藿定向化學(xué)選育研究，創(chuàng)新性地采用 "跨緯度資源收集 + 同質(zhì)園栽培 + 表型 - 化學(xué)關(guān)聯(lián)分析" 的技術(shù)路徑。研究團(tuán)隊(duì)跨越 1000 余公里、5 個(gè)緯度帶，從我國(guó)不同產(chǎn)區(qū)系統(tǒng)收集 34 份淫羊藿種質(zhì)資源，將其移栽至廬山植物園同質(zhì)園進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化栽培。該同質(zhì)園海拔 1021 米，模擬淫羊藿原生林下生態(tài)環(huán)境，控制光照、土壤、水分等關(guān)鍵因子，確保所有種質(zhì)在統(tǒng)一環(huán)境中完成完整生長(zhǎng)周期，最大限度排除環(huán)境干擾，凸顯遺傳本質(zhì)差異。

在為期一年的栽培觀測(cè)中，團(tuán)隊(duì)對(duì)每份種質(zhì)的 7 項(xiàng)核心表型性狀進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)定，包括第一節(jié)間長(zhǎng)度、葉柄尺寸、葉片大小等形態(tài)指標(biāo)，同時(shí)運(yùn)用高效液相色譜（HPLC-DAD）技術(shù)，對(duì) 13 種關(guān)鍵活性成分進(jìn)行定量分析。結(jié)果顯示，34 份種質(zhì)在表型和化學(xué)成分上均呈現(xiàn)顯著差異：第一節(jié)間長(zhǎng)度跨度從 6.17 厘米到 21.13 厘米，葉片面積最大相差 12 倍；活性成分中，淫羊藿苷 C 含量最高達(dá) 72.63 毫克 / 克，木蘭花堿最高為 2.66 毫克 / 克，且多數(shù)種質(zhì)主要富集淫羊藿苷 A、B、C，木蘭花堿，淫羊藿苷和寶藿苷 I 等 6 種核心活性成分。

通過(guò)相關(guān)性分析，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了重要表型 - 化學(xué)關(guān)聯(lián)規(guī)律：第一節(jié)間長(zhǎng)度與淫羊藿苷 C、木蘭花堿含量呈顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)分別為 0.52 和 0.59），其中 E02 種質(zhì)在高含量這兩種成分的同時(shí)，第一節(jié)間長(zhǎng)度達(dá)到 21.13 厘米，為最長(zhǎng)。這一發(fā)現(xiàn)表明，第一節(jié)間長(zhǎng)度可作為快速篩選高含量目標(biāo)成分淫羊藿種質(zhì)的直觀指標(biāo)，解決了傳統(tǒng)育種中 "成分檢測(cè)復(fù)雜、篩選效率低" 的痛點(diǎn)。

基于 6 種核心活性成分的含量特征，團(tuán)隊(duì)采用改良 Z 值法將 34 份種質(zhì)劃分為極高、中等、極低三種化學(xué)型。其中，E02 和 E26 種質(zhì)表現(xiàn)尤為突出：E26 的淫羊藿苷 C、木蘭花堿及總活性成分含量均居首位，E02 則在淫羊藿苷 C 含量上排名第二，同時(shí)淫羊藿苷含量位列前茅，二者均屬于 "多成分高含量" 的優(yōu)質(zhì)化學(xué)型。此外，團(tuán)隊(duì)還篩選出針對(duì)特定成分的優(yōu)勢(shì)種質(zhì)，如 E20（高淫羊藿苷）、E19（高寶藿苷 I）等，為不同病癥的精準(zhǔn)用藥提供了種質(zhì)支撐。

更值得關(guān)注的是，團(tuán)隊(duì)對(duì)這些優(yōu)勢(shì)種質(zhì)進(jìn)行了連續(xù)三年的成分穩(wěn)定性驗(yàn)證，證實(shí)其高含量特征在異地栽培中保持穩(wěn)定，克服了藥用植物種質(zhì) "易地退化" 的行業(yè)難題。"這些優(yōu)質(zhì)種質(zhì)可直接作為核心育種材料，定向培育出符合制藥企業(yè)特定成分需求的新品種。" 團(tuán)隊(duì)核心成員程琪慶博士表示，該研究首次實(shí)現(xiàn)了淫羊藿基于化學(xué)型的精準(zhǔn)分類(lèi)與定向篩選，為中藥種質(zhì)資源的高效利用提供了范例。

此次研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、江西省 "雙千計(jì)劃" 等項(xiàng)目支持，不僅為淫羊藿產(chǎn)業(yè)提供了優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源和標(biāo)準(zhǔn)化育種技術(shù)，更建立了 "資源收集 - 環(huán)境均一  表型化學(xué)關(guān)聯(lián) - 化學(xué)型分類(lèi)" 的藥用植物定向育種范式。該方法可廣泛應(yīng)用于其他藥用植物的種質(zhì)創(chuàng)新，對(duì)保護(hù)野生藥用植物資源、提升中藥產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、推動(dòng)中藥產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化具有重要意義。

目前，團(tuán)隊(duì)已啟動(dòng)優(yōu)勢(shì)種質(zhì)的分子機(jī)制研究，進(jìn)一步解析活性成分高含量的遺傳基礎(chǔ)，并計(jì)劃與企業(yè)合作開(kāi)展育種推廣，加快優(yōu)質(zhì)品種的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。"未來(lái)我們將繼續(xù)拓展跨區(qū)域種質(zhì)收集范圍，結(jié)合多組學(xué)技術(shù)，培育更多針對(duì)性強(qiáng)、品質(zhì)穩(wěn)定的藥用植物新品種，為中醫(yī)藥傳承創(chuàng)新發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的種質(zhì)保障。" 程春松博士表示。