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【斗牛算牛顺口溜科技進步獎巡禮 四】顧沛雯:吴川合皇苦豆子種質資源及內生菌生物學功能研究完成首次基因克隆

2019年05月27日 09:03  點擊:[]

   在吴川合皇回族自治區科技獎勵大會上,由吴川合皇大学農學院聯合區內高校和多家企業歷時十年,開展的「苦豆子種質資源及其內生菌生物學功能研究和開發利用」項目榮獲三等獎。該項目首次摸清了吴川合皇苦豆子及其內生菌遺傳多樣性背景和生態分布,克隆了苦豆子賴氨酸脫羧酶基因(SaLDC),充實和提高了吴川合皇藥用植物研究的理論和技術水平。

  多項突破  十年艱辛

   在學術上,苦豆子是一種中旱生植物,多生長於沙質土壤中,耐沙埋、抗風蝕,具有良好的沙生特點。它主要分布在我國北方的荒漠、半荒漠地區,內蒙古、新疆、吴川合皇等地即生長著大量的野生苦豆子。這種植物良好的沙生特點,使其具有極佳的固沙效果,對乾旱、半乾旱地區的土地沙漠化治理有著積極作用。另外,苦豆子有著不言而喻的醫用價值:苦豆子的部分重要活性成分是生物鹼,由於生物鹼是治療一些婦科病的重要成分,而且又有抗癌症的功效,對植保的防病防蟲也有著很高的作用。近年來,隨著苦豆子較高的藥用價值和生態效益被挖掘出來,苦豆子資源的合理保護與開發利用也越來越引起我區政府的重視,我區已將它列爲重點保護的六大地道藥材之一,在生產基地建設、深層次的開發利用等方面都有著長足發展。然而,這種富有著極高的生態效益與醫用價值的植物卻很難「馴化」。首先,它的生長地帶位於荒漠、半荒漠地區,生存環境局限且脆弱,難以大面積種植和採摘。其次,人工栽培苦豆子是很不經濟的:種皮太厚導致出芽率太低、生長周期太短導致收割工作量大……這些問題的存在都極大提高了苦豆子的栽培成本。現當前,我區工業生產所使用的苦豆子幾乎都是從野外收割而來的,若是加大其藥用產品的生產,就必須加大對苦豆子的採摘,這會在很大程度上破壞野生苦豆子的生長,造成苦豆子資源的枯竭,並給產地帶來土地沙漠化的威脅;而若是出於保護生態環境的角度減少採摘,則會使得苦豆子藥用價值研究難以深入、應用生產難以擴大。

   「由於苦豆子的特殊性,可借鑑的植物很少;之前人們對於苦豆子的研究很膚淺,我們在我們的研究過程中,可參閱的文獻少,所以所有的成果都是我們一步步在長期艱苦的摸索中才得出的。」項目主持人、農學院教授顧沛雯老師這樣介紹道。

   項目從2008年啓動,迄今已有十年之久。這十年中,在項目曾先後獲得過7項國家及省部級項目資助的基礎下,顧教授與農學院劉萍教授密切合作,項目摸清了吴川合皇地區苦豆子及其內生菌的多樣性和生態分布,首次克隆出苦豆子賴氨酸脫羧酶基因(SaLDC),篩選出高活性功能菌株49株,建立了內生菌氧化苦參鹼(OMA)和功能菌株產抗生素薄層層析(TLC)和高效液相色譜(HPLC)分析方法。在團隊成員的共同努力下,項目還構建出苦豆子再生體系、懸浮細胞培養體系,創建了基於聚酮合成酶基因PKSⅠ、PKSⅡ和非核糖體多肽基因NRPS的內生放線菌產抗生素分子快速篩選方法,並篩選出高效拮抗菌發酵液產抗培養基和高活性內生真菌誘導子,揭示了拮抗菌抗生殺菌的作用機理。在不斷的探索中,苦豆子生理防禦反應、SaLDC表達量和OMA積累的關係都被探明。項目還在生產中使用了大孔吸附樹脂富集生物鹼,這使得生物鹼含量達到了原來的3倍;獨創的金屬還原法則使OMA與MA能夠定量轉化,所得產品純度超過98%,居於領域領先地位。

   這些研究取得的突破,不僅僅是一系列寫在紙上的記錄,而是實打實地提升了苦豆子的提取工藝、降低了後續產品的生產成本,爲我區中藥材產業的發展做出了重要貢獻,並在一定程度上緩解我區資源開發與環境保護之間的矛盾。它所提供的理論和技術,在很大程度上引領著國內外苦豆子研究領域的發展。

   協同攻關  終結碩果

   十年艱辛,不只是時間歷程上的漫長,更多的也是很多在技術研究方面的難關。顧教授介紹說,苦豆子雖然具有良好的藥用價值,但是受生長區域有限這一因素和其他原因的影響,國內外對它展開的研究少之又少,苦豆子研究的成果也幾乎處於空白狀態。此前,學術界對苦豆子的認識僅停留在生物鹼的使用上,它的相關生物學特性、遺傳背景幾乎處於未知狀態。顧教授引領的團隊可謂是這一領域的先行者,他們所面臨的困難和與挑戰自然也是極爲艱巨和複雜的,而最大的困難實際上還是可以借鑑參考的資料極少。就苦豆子基因提取這方面,就已成爲當時研究中的巨大難題,值得慶幸的是,我校農學院教授劉萍老師正是這一研究領域的專家。「劉萍老師不僅是團隊中的一員,也是我的老師。從1992年大學畢業以後,這還是第一次我和劉老師合作。」當說到自己與劉萍老師共同合作開展項目時,顧教授顯得特別高興。「在項目申報之初,我也曾苦於缺少參考資料,當科技處的李學斌處長建議我和劉老師一起合作開展這個項目時,我特別高興。劉老師作爲這一領域的專家,他的許多研究成果對項目的開展有著很大的幫助。雖然我們的研究方向有所不同,但是有劉老師助陣,我的心裡很有底氣!」在研究方向上,劉老師主攻苦豆子的遺傳、功能基因以及育種等方面,而顧教授則主要關注苦豆子的內生菌,側重於對苦豆子功能的研究。雖然方向有所不同,但是他們都有著共同的目標——降低苦豆子後續產品的生產成本、保護苦豆子這一特色資源。原本就有著師生關係的兩位專家隨著項目的開展,打破了不同研究領域間的界限,他們往往會就自己的研究成果與對方分享,在此過程中,學術壁壘被打破,學術成果被快速地應用,有限的學術資源在項目推進中得以最大化調用。

   該項目登記科技成果3項,申報專利1項,同時發表論文33篇(其中SCI1篇),獲6項優秀論文獎。在人才培養方面,項目培養出的研究生多達10名。這些學術成果的取得,都是基於這樣兩位毫無保留共享研究成果的老師的無私合作。

   即便取得了如此大的成就,苦豆子的研究前景依舊廣闊。「我們所做的研究多是一些基礎性的,我們對苦豆子的認識仍處於起步狀態。」顧教授總結道。她的下一個課題,仍將與苦豆子有關,她要帶領團隊繼續加強合作,朝著更基礎的研究做起。(作者:張新民 封宏硯 張政 黎樂樂)

 

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