药用成分的转基因药用植物的推广及安全评价

【摘要】随着转基因技术的广泛应用以及药学研究的不断深入，转基因技术渐渐应用于提高药用植物的药用成分上，并且获得了很大的进展。本文从转基因技术应用于提高药用植物的药用成分的重要性、转基因药用植物的获得方法、转基因药用植物与作物的区别及安全性评价等方面展开讲述，并对以后的发展提出展望。

【关键词】转基因技术；药用植物；药用成分；安全性评价

中药的不良反应小，对慢性、消耗性疾病具有独特的、西药不可取代的作用，并且药用植物是我国中药宝库的重要组成部分，所以生产药用价值高、来源有限的中药活性成分，对中药现代化和可持续性发展具有重要意义。据世界卫生组织统计，发展中国家超过80%的人口使用药用植物来维持基本的健康需要，而发达国家的使用量也在逐年上升。许多药效显著、需求量大的化学药品在生产上亦依赖于直接从药用植物中进行提取，著名的如紫杉醇、青蒿素等。这种趋势使得世界各地对药用植物的需求日渐迫切。我国野生药用植物种质资源丰富，但采挖野生资源已造成许多中药资源濒于枯竭。药用植物中的活性成分，如生物碱，皂甙，黄酮类化合物，糖苷等通常含量非常低，仅使用培养方法难以显着提高活性成分的含量。所以，如果能够提高药用植物中药用成分的量，就可以在产生同等地效果下适量地减少药用植物的量。转基因技术在经济作物的抗病育种研究中已获得成功并推广应用，将其应用于中药材中，利用转基因技术提高药用植物中药用成分的研究具有良好的发展前景。

一、转基因药用植物的获得方法

（一）转基因器官培养

1.毛状根培养

药用植物与作物不同，它们的有效成分（药用成分）是植物细胞的次级代谢产物。早在1987年，Haimll等综述毛根培养的优越性，毛根培养被认为是一种非常有前途的培养方法。在感染过程中，发根农杆菌把自身Ri质粒的T-DNA上的基因转移并整合入植物基因组，这些基因表达后即产生毛状根。毛状根具有生长迅速、遗传特性稳定、激素自养等特点；克服了植物细胞培养中对外源植物生长物质的依赖性，是生产次生代谢产物较理想的培养体系，近十几年来已发展成继细胞培养后又一新的培养系统。

2.冠瘿瘤和畸状茎组织培养

根癌农杆菌Ti质粒（包括TMS基因和TMR基因）的T-DNA片段可以通过侵染根癌农杆菌的敏感植物，并整合到植物细胞基因组中，诱导冠瘿肿瘤组织和芽生茎的发生。由于冠瘿瘤具有比传统细胞培养更快的激素自主性和增殖速率的特点，因此使用冠瘿瘤组织培养不仅可以产生原植物根中所合成的活性成分，而且还能产生原植物地上部分，尤指叶子中的合成物。其组成和次级代谢产物具有很强的稳定性和合成能力，因此从冠瘿瘤的体外培养中生产有用的次生代谢产物具有良好的发展前景。冠瘿组织培养是研究植物地上部分次生代谢物形成的有用系统，它还具有在地面上大规模种植次生代谢物的潜力。

3.发状根和冠瘿组织的共培养

植物体内许多次生代谢物质的合成需要地上叶茎部分和地下部分根的共同参与，因此，单独离体培养发状根或冠瘿瘤组织不能达到生产这类代谢产物的目的，将发状根和冠瘿瘤组织共同培在一起，它们的代谢功能相互补充，仿佛完整植株的功能，则能达到此目的。

（二）转基因改良药用植物的遗传特性

在目标基因药用植物改良基因特性研究中。Hashimoto等人通过Ri质粒将天仙子胺6-羟化酶基因转移到富含天仙子胺的颠茄毛状根中，莨菪胺含量比对照增加5倍。虽然目前对于有用目的基因导入药用植物的研究报道不多，但转基因改良药用植物的遗传特性无疑是提高药用植物品质的一条途径。

（三）药用植物基因克隆

调控次级代谢产物的关键酶和它们的基因和抗性基因的定位、分离、克隆和表达将是特别引人注目的，并将成为分子生物学研究中最具挑战性和最有前途的方向之一。代谢途径调控关键酶的确定和基因克隆，不仅为利用生物技术手段操纵代谢途径及中药材品质定向调控提供科学依据，而且将为生药生源学研究打下坚实基础。在青蒿素方面，中科院植物所的叶和春研究员课题组已克隆出了青蒿素生物合成途径中的四关键酶基因，并且利用农杆菌Ti和Ri质粒转基因系统介导了目的基因的转化，获得了青蒿素含量显着增加的植物材料。

二、转基因药用植物与作物的区别

药用植物作为一种药物或药物基础，在种植和应用方面与作物有很大区别。农作物特别是粮食作物种植范围极大、人类对粮食蔬果等食物的摄取也是长期大量的食用，药用植物不同于农作物，它们在转基因植物的安全性方面与转基因作物不同，特别是在食品安全方面。大多数药品都是在患者治疗疾病时才会使用，并且在服用植物药物之前，要么经过分离提取获得了药用植物的有效部位，要么需要通過复杂的炮制、煎制等过程，在这些过程中，即使有少量的外源基因表达成分，也已经被大大稀释，对人的影响可谓是微乎其微。药用植物种植面积相对农作物来说是非常小的，外源基因的迁移等问题相对来说也更容易得到控制。

三、转基因药用植物安全评价

虽然转基因食品安全性评价原则已经基本上在世界上建立一系列评价方法已经建立，中国也建立了相应的规章制度和管理方法。然而，作为一种特殊用途的中药植物，它不同于提供营养的食物。转基因食品除了安全问题外，还存在转基因对中药质量和功效的影响。考虑到中药的特殊性和目前缺乏对中药基因工程新品种评价的研究背景，我们应该在逐步建立和完善针对转基因中药的安全性评价和管理办法的同时，系统地开展和加强对中药基因工程新品种评价的基础研究，为建立系统的中药基因工程新品种的评价方法提供依据。由于缺乏独特的基因改造中药评估系统，转基因食品（农作物）等效原则可作为参考。在具体实施过程中，在该领域发布之前和之后，系统的基础应该进行初步的研究。使用了分子生物学，中药化学分析，化学成分功能分析，毒理学分析，药理学和药效学分析以及基因组学，蛋白质组学，代谢组和功能等生物信息学等多学科分析技术。为了全面揭示外源基因对药材质量的影响，早期将特定药用植物的安全性评价方法和标准作为开发转基因中药的任务。

在具体的实施过程中，我们可以从实验室的基础研究开始。在该领域的发布之前，对转基因中药的安全性研究应该在释放之前进行。加大相关研究和投入，建立科学、系统的方法和标准，评价转基因中药的安全性和有效性，才能使转基因中药的健康发展和中医药研究有所进展。

四、展望

植物细胞的成熟和基因工程将从根本上解决药用植物原料稀缺问题，实现植物药业的可持续发展。目前，植物基因工程的一个热点是使用转基因植物作为生物反应器来高效表达和生产天然产物。随着表达效率的提高和受體植物的不断扩大以及可利用的大量克隆基因出现，转基因技术必将为中药材的传统遗传属性的研究带来新的动力。同时，随着新型生物反应器的发展和高效细胞培养技术的建立和完善，天然药物生物技术成果的商业化和产业化将大大加快。

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作者简介：邓宗碧（1996.03—），女，汉族，重庆人，本科，研究方向：事植物育种。