药用植物分子育种研究方向探讨
发布时间：2022-01-17 00:57
培育优良高抗药用植物新品种是保障优质药材生产的前提,运用现代分子生物学和遗传学技术的分子育种省时省力,能够实现快速精准育种。该文从遗传背景和育种目标等方面比较了药用植物与农作物育种特性的差异,总结了药用植物分子育种的策略,重点阐述了以高通量测序技术和目标基因挖掘为基础的四阶式育种。针对药用植物分子育种的发展现状以及面临的问题,提出当前技术条件下药用植物分子育种的最优技术途径是四阶式育种,发展方向是基因编辑育种。
【文章来源】：中国中药杂志. 2020,45(11)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图1 分子辅助选择育种和传统育种在杂交选育(A)和系统选育(B)中的比较
因此作者总结出了药用植物分子育种策略(图2),以黄花蒿育种为例,首先针对生产实际需求制定育种目标,如提高青蒿素的含量,或黄花蒿的抗虫抗病等;继而检索是否有与这些性状相关的基因被克隆,如果没有相关基因被克隆,则查找黄花蒿种内种质资源,如在提高青蒿素含量的育种目标下,查找黄花蒿种质资源中青蒿素含量较高的资源,这些资源在生产上没有往往没有广泛利用,主要原因是除了育种目标性状具有一定的优势外,还存在其他明显的缺点,如生物量不够大,筛选到相应种植资源后,可以采用杂交育种等方式,将多种资源的优势性状聚合到同一个品系当中,该过程中可以开发与目标性状紧密连锁的分子标记,辅助单株的选择,加快育种过程;如果在种内种质资源中没有相关性状的信息,则需要通过分子遗传学的手段,在物种内研究相关性状基因或筛选相关种质资源,直至达到上述条件之一,才能突破分子育种的瓶颈;如果有目标性状相关基因被克隆,且该基因来源于育种目标物种,如在提高黄花蒿生物量育种过程中,检索到来自黄花蒿的能够提高叶片大小进而提高黄花蒿生物量的基因,则可以使用转基因/遗传修饰技术进行育种,也可以使用如上所述的分子标记辅助选择育种,有目标基因信息,开发分子标记的过程会更加简单高效;如果目标性状相关的基因不是来自育种的物种,则可以通过实验验证在育种物种中该基因是否仍然具有功能,以决策是否可能通过转基因/遗传修饰来实现育种目标。3 药用植物分子育种发展方向
基因编辑技术有望在药用植物育种中发挥巨大作用。杂交和选育只能是对已有的资源进行组合,不能创制出新的基因,人工诱导突变能够创制出新的基因,但是由于创造突变位置是随机的,不能定向改造植物,也受到了一定的限制。近年来快速发展的基因编辑技术克服了这些缺点,能够定向的产生新的突变,创造出新的基因和表型。经过不断的发展,基因编辑技术在改造基因功能上的形式越来越多(图3),基因编辑技术可以在基因的特定位置随机产生小的插入/缺失,在蛋白质翻译过程中产生移码,不能正确形成蛋白质(图3A);在特定位置进行碱基替换,从而改变功能蛋白的特定氨基酸,产生更高效的酶(图3B);在启动子区域进行编辑,可以该表基因的表达模式,从而影响表型变化(图3C);删除特定区段的DNA 序列,可以是单个基因,甚至也可以是整条染色体(图3D);或是在特定未定敲入一段外源基因,实现全新的功能(图3E)。这些不同的编辑模式在药用植物的育种中都有着巨大的应用潜力。提高药用植物的有效成分含量是药用植物分子育种的主要目标之一,越来越多的药用植物有效成分的代谢途径被解析,这为基因编辑育种提供了理论基础。很多结构相近的化合物具有相同的前体,经过不同途径产生不同次生代谢物(图3F)。人类育种的目标是提高对人类健康有益的次生代谢物的含量,因此,减少合成途径的中间产物向其他代谢途径流失,也能在一定程度提高目标代谢物的含量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于网络分析细辛毒理学[J]. 高皓,贾党生,郝俊霞,毕开顺,李佐静. 中国实验方剂学杂志. 2019(10)
[2]细辛不同药用部位马兜铃酸的含量测定[J]. 侯帅红,李晶晶,韩林涛,黄芳,汪琼,李亚敏,戴王强,周祯祥. 湖北中医药大学学报. 2018(06)
[3]不同年限及不同干燥方法的辽细辛中主要成分的含量测定[J]. 张晓婉,黄健,宋冬梅,董育瑄,王晶,路金才,贾凌云. 中国现代中药. 2018(09)
[4]青蒿(黄花蒿)分子育种现状及研究策略[J]. 马婷玉,向丽,张栋,师玉华,丁丹丹,沈晓凤,陈士林. 中国中药杂志. 2018(15)
[5]药用植物DNA标记辅助育种（一）:三七抗病品种选育研究[J]. 董林林,陈中坚,王勇,魏富刚,张连娟,徐江,尉广飞,王瑞,杨娟,刘伟林,李西文,余育启,陈士林. 中国中药杂志. 2017(01)
[6]三七总皂苷对脑出血大鼠神经功能及脑含水量的影响[J]. 赵雪松,樊永平,陈志刚,高芳. 世界中医药. 2016(07)
[7]细辛功效应用历史概况[J]. 曹兰秀,周永学,顿宝生. 陕西中医学院学报. 2009(03)
本文编号：3593737
【文章来源】：中国中药杂志. 2020,45(11)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图1 分子辅助选择育种和传统育种在杂交选育(A)和系统选育(B)中的比较
因此作者总结出了药用植物分子育种策略(图2),以黄花蒿育种为例,首先针对生产实际需求制定育种目标,如提高青蒿素的含量,或黄花蒿的抗虫抗病等;继而检索是否有与这些性状相关的基因被克隆,如果没有相关基因被克隆,则查找黄花蒿种内种质资源,如在提高青蒿素含量的育种目标下,查找黄花蒿种质资源中青蒿素含量较高的资源,这些资源在生产上没有往往没有广泛利用,主要原因是除了育种目标性状具有一定的优势外,还存在其他明显的缺点,如生物量不够大,筛选到相应种植资源后,可以采用杂交育种等方式,将多种资源的优势性状聚合到同一个品系当中,该过程中可以开发与目标性状紧密连锁的分子标记,辅助单株的选择,加快育种过程;如果在种内种质资源中没有相关性状的信息,则需要通过分子遗传学的手段,在物种内研究相关性状基因或筛选相关种质资源,直至达到上述条件之一,才能突破分子育种的瓶颈;如果有目标性状相关基因被克隆,且该基因来源于育种目标物种,如在提高黄花蒿生物量育种过程中,检索到来自黄花蒿的能够提高叶片大小进而提高黄花蒿生物量的基因,则可以使用转基因/遗传修饰技术进行育种,也可以使用如上所述的分子标记辅助选择育种,有目标基因信息,开发分子标记的过程会更加简单高效;如果目标性状相关的基因不是来自育种的物种,则可以通过实验验证在育种物种中该基因是否仍然具有功能,以决策是否可能通过转基因/遗传修饰来实现育种目标。3 药用植物分子育种发展方向
基因编辑技术有望在药用植物育种中发挥巨大作用。杂交和选育只能是对已有的资源进行组合,不能创制出新的基因,人工诱导突变能够创制出新的基因,但是由于创造突变位置是随机的,不能定向改造植物,也受到了一定的限制。近年来快速发展的基因编辑技术克服了这些缺点,能够定向的产生新的突变,创造出新的基因和表型。经过不断的发展,基因编辑技术在改造基因功能上的形式越来越多(图3),基因编辑技术可以在基因的特定位置随机产生小的插入/缺失,在蛋白质翻译过程中产生移码,不能正确形成蛋白质(图3A);在特定位置进行碱基替换,从而改变功能蛋白的特定氨基酸,产生更高效的酶(图3B);在启动子区域进行编辑,可以该表基因的表达模式,从而影响表型变化(图3C);删除特定区段的DNA 序列,可以是单个基因,甚至也可以是整条染色体(图3D);或是在特定未定敲入一段外源基因,实现全新的功能(图3E)。这些不同的编辑模式在药用植物的育种中都有着巨大的应用潜力。提高药用植物的有效成分含量是药用植物分子育种的主要目标之一,越来越多的药用植物有效成分的代谢途径被解析,这为基因编辑育种提供了理论基础。很多结构相近的化合物具有相同的前体,经过不同途径产生不同次生代谢物(图3F)。人类育种的目标是提高对人类健康有益的次生代谢物的含量,因此,减少合成途径的中间产物向其他代谢途径流失,也能在一定程度提高目标代谢物的含量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于网络分析细辛毒理学[J]. 高皓,贾党生,郝俊霞,毕开顺,李佐静. 中国实验方剂学杂志. 2019(10)
[2]细辛不同药用部位马兜铃酸的含量测定[J]. 侯帅红,李晶晶,韩林涛,黄芳,汪琼,李亚敏,戴王强,周祯祥. 湖北中医药大学学报. 2018(06)
[3]不同年限及不同干燥方法的辽细辛中主要成分的含量测定[J]. 张晓婉,黄健,宋冬梅,董育瑄,王晶,路金才,贾凌云. 中国现代中药. 2018(09)
[4]青蒿(黄花蒿)分子育种现状及研究策略[J]. 马婷玉,向丽,张栋,师玉华,丁丹丹,沈晓凤,陈士林. 中国中药杂志. 2018(15)
[5]药用植物DNA标记辅助育种（一）:三七抗病品种选育研究[J]. 董林林,陈中坚,王勇,魏富刚,张连娟,徐江,尉广飞,王瑞,杨娟,刘伟林,李西文,余育启,陈士林. 中国中药杂志. 2017(01)
[6]三七总皂苷对脑出血大鼠神经功能及脑含水量的影响[J]. 赵雪松,樊永平,陈志刚,高芳. 世界中医药. 2016(07)
[7]细辛功效应用历史概况[J]. 曹兰秀,周永学,顿宝生. 陕西中医学院学报. 2009(03)
本文编号：3593737
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