時間：2024-02-21 14:39:58
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基因多態性是藥物基因組學的研究基礎。藥物效應基因所編碼的酶、受體、離子通道作為藥物作用的靶，是藥物基因組學研究的關鍵所在?；蚨鄳B性可通過藥物代謝動力學和藥物效應動力學改變來影響物的作用。
基因多態性對藥代動力學的影響主要是通過相應編碼的藥物代謝酶及藥物轉運蛋白等的改變而影響藥物的吸收、分布、轉運、代謝和生物轉化等方面。與物代謝有關的酶有很多，其中對細胞色素-P450家族與丁酰膽堿酯酶的研究較多?；蚨鄳B性對藥效動力學的影響主要是受體蛋白編碼基因的多態性使個體對藥物敏感性發生差異。
苯二氮卓類藥與基因多態性：咪唑安定由CYP3A代謝，不同個體對咪唑安定的清除率可有五倍的差異。地西泮是由CYP2C19和CYP2D6代謝，基因的差異在臨床上可表現為用藥后鎮靜時間的延長。
吸入與基因多態性：RYR1基因變異與MH密切相關，現在已知至少有23種不同的RYR1基因多態性與MH有關。氟烷性肝炎可能源于機體對在CYP2E1作用下產生的氟烷代謝產物的一種免疫反應。
神經肌肉阻滯藥與基因多態性：丁酰膽堿酯酶是水解琥珀酰膽堿和美維庫銨的酶，已發現該酶超過40種的基因多態性，其中最常見的是被稱為非典型的（A）變異體，與用藥后長時間窒息有關。
鎮痛藥物與基因多態性：μ-阿片受體是阿片類藥的主要作用部位，常見的基因多態性是A118G和G2172T?？纱蚝颓R多通過CYP2D6代謝。此外，美沙酮的代謝還受CYP3A4的作用。兒茶酚O-甲基轉移酶(COMT)基因與痛覺的產生有關。
局部與基因多態性：羅哌卡因主要由CYP1A2和CYP3A4代謝。CYP1A2的基因多態性主要是C734T和G2964A，可能影響藥物代謝速度。
一直以來麻醉科醫生較其它專業的醫療人員更能意識到不同個體對藥物的反應存在差異。的藥物基因組學研究將不僅更加合理的解釋藥效與不良反應的個體差異，更重要的是在用藥前就可以根據病人的遺傳特征選擇最有效而副作用最小的藥物種類和劑型，達到真正的個體化用藥。
能夠準確預測病人對麻醉及鎮痛藥物的反應，一直是廣大麻醉科醫生追求的目標之一。若能了解藥物基因組學的基本原理，掌握用藥的個體化原則，就有可能根據病人的不同基因組學特性合理用藥，達到提高藥效，降低毒性，防止不良反應的目的。本文對藥物基因組學的基本概念和常用的藥物基因組學研究進展進行綜述。
一、概述
二十世紀60年代對臨床麻醉過程中應用琥珀酰膽堿后長時間窒息、硫噴妥鈉誘發卟啉癥及惡性高熱等的研究促進了藥物遺傳學（Pharmacogenetics）的形成和發展,可以說這門學科最早的研究就是從麻醉學開始的。
藥物基因組學(Phamacogenomics)是伴隨人類基因組學研究的迅猛發展而開辟的藥物遺傳學研究的新領域，主要闡明藥物代謝、藥物轉運和藥物靶分子的基因多態性及藥物作用包括療效和毒副作用之間的關系。它是以提高藥物的療效及安全性為目標，研究影響藥物吸收、轉運、代謝、消除等個體差異的基因特性，以及基因變異所致的不同病人對藥物的不同反應，并由此開發新的藥物和用藥方法的科學。
1959年Vogel提出了“藥物遺傳學”,1997年Marshall提出“藥物基因組學”。藥物基因組學是藥物遺傳學的延伸和發展，兩者的研究方法和范疇有頗多相似之處，都是研究基因的遺傳變異與藥物反應關系的學科。但藥物遺傳學主要集中于研究單基因變異，特別是藥物代謝酶基因變異對藥物作用的影響；而藥物基因組學除覆蓋藥物遺傳學研究范疇外，還包括與藥物反應有關的所有遺傳學標志，藥物代謝靶受體或疾病發生鏈上諸多環節，所以研究領域更為廣泛[1,2,3]。
二、基本概念
1．分子生物學基本概念
基因是一個遺傳密碼單位，由位于一條染色體(即一條長DNA分子和與其相關的蛋白)上特定位置的一段DNA序列組成。等位基因是位于染色體單一基因座位上的、兩種或兩種以上不同形式基因中的一種。人類基因或等位基因變異最常見的類型是單核苷酸多態性(single-nucleotidepolymorphism,SNP)。目前為止，已經鑒定出13000000多種SNPs。突變和多態性?？苫Q使用，但一般來說，突變是指低于1%的群體發生的變異，而多態性是高于1%的群體發生的變異。
2．基因多態性的命名法：
(1)數字前面的字母代表該基因座上最常見的核苷酸(即野生型)，而數字后的字母則代表突變的核苷酸。例如：μ阿片受體基因A118G指的是在118堿基對上的腺嘌呤核苷酸(A)被鳥嘌呤核苷酸(G)取代，也可寫成118A/G或118A>G。
(2)對于單個基因密碼子導致氨基酸轉換的多態性編碼也可以用相互轉換的氨基酸的來標記。例如：丁酰膽堿酯酶基因多態性Asp70Gly是指此蛋白質中第70個氨基酸－甘氨酸被天冬氨酸取代。
三、藥物基因組學的研究內容
基因多態性是藥物基因組學的研究基礎。藥物效應基因所編碼的酶、受體、離子通道及基因本身作為藥物作用的靶，是藥物基因組學研究的關鍵所在。這些基因編碼蛋白大致可分為三大類:藥物代謝酶、藥物作用靶點、藥物轉運蛋白等。其中研究最為深入的是物與藥物代謝酶CYP45O酶系基因多態性的相關性[1,2,3]。
基因多態性可通過藥物代謝動力學和藥物效應動力學改變來影響藥物作用，對于臨床較常用的、治療劑量范圍較窄的、替代藥物較少的物尤其需引起臨床重視。
（一）基因多態性對藥物代謝動力學的影響
基因多態性對藥物代謝動力學
的影響主要是通過相應編碼的藥物代謝酶及藥物轉運蛋白等的改變而影響藥物的吸收、分布、轉運、代謝和生物轉化等方面[3,4,5,6]。
1、藥物代謝酶
與物代謝有關的酶有很多，其中對細胞色素-P450家族與丁酰膽堿酯酶的研究較多。
（1）細胞色素P-450（CYP45O）
物絕大部分在肝臟進行生物轉化，參與反應的主要酶類是由一個龐大基因家族編碼控制的細胞色素P450的氧化酶系統，其主要成分是細胞色素P-450（CYP45O）。CYP45O組成復雜，受基因多態性影響，稱為CYP45O基因超家族。1993年Nelson等制定出能反應CYP45O基因超家族內的進化關系的統一命名法：凡CYP45O基因表達的P450酶系的氨基酸同源性大于40%的視為同一家族（Family），以CYP后標阿拉伯數字表示，如CYP2；氨基酸同源性大于55%為同一亞族（Subfamily），在家族表達后面加一大寫字母，如CYP2D；每一亞族中的單個變化則在表達式后加上一個阿拉伯數字，如CYP2D6。
（2）丁酰膽堿酯酶
麻醉過程中常用短效肌松劑美維庫銨和琥珀酰膽堿，其作用時限依賴于水解速度。血漿中丁酰膽堿酯酶(假性膽堿酯酶)是水解這兩種藥物的酶，它的基因變異會使肌肉麻痹持續時間在個體間出現顯著差異。
2、藥物轉運蛋白的多態性
轉運蛋白控制藥物的攝取、分布和排除。P-糖蛋白參與很多藥物的能量依賴性跨膜轉運，包括一些止吐藥、鎮痛藥和抗心律失常藥等。P-糖蛋白由多藥耐藥基因（MDR1）編碼。不同個體間P-糖蛋白的表達差別明顯，MDR1基因的數種SNPs已經被證實，但其對臨床麻醉的意義還不清楚。
（二）基因多態性對藥物效應動力學的影響
物的受體（藥物靶點）蛋白編碼基因的多態性有可能引起個體對許多藥物敏感性的差異，產生不同的藥物效應和毒性反應[7,8]。
1、藍尼定受體-1（Ryanodinereceptor-1，RYR1）
藍尼定受體-1是一種骨骼肌的鈣離子通道蛋白，參與骨骼肌的收縮過程。惡性高熱（malignanthyperthermia,MH）是一種具有家族遺傳性的、由于RYR1基因異常而導致RYR1存在缺陷的亞臨床肌肉病，在揮發性吸入和琥珀酰膽堿的觸發下可以出現骨骼肌異常高代謝狀態，以至導致患者死亡。
2、阿片受體
μ-阿片受體由OPRM1基因編碼，是臨床使用的大部分阿片類藥物的主要作用位點。OPRM1基因的多態性在啟動子、內含子和編碼區均有發生，可引起受體蛋白的改變。嗎啡和其它阿片類藥物與μ-受體結合而產生鎮痛、鎮靜及呼吸抑制。不同個體之間μ-阿片受體基因的表達水平有差異，對疼痛刺激的反應也有差異，對阿片藥物的反應也不同。
3、GABAA和NMDA受體
γ-氨基丁酸A型（GABAA）受體是遞質門控離子通道，能夠調節多種物的效應。GABAA受體的亞單位（α、β、γ、δ、ε和θ）的編碼基因存在多態性（尤其α和β），可能與孤獨癥、酒精依賴、癲癇及精神分裂癥有關，但尚未見與物敏感性有關的報道。N-甲基-D-天門冬氨酸（NMDA）受體的多態性也有報道，但尚未發現與之相關的疾病。
（三）基因多態性對其它調節因子的影響
有些蛋白既不是藥物作用的直接靶點，也不影響藥代和藥效動力學，但其編碼基因的多態性在某些特定情況下會改變個體對藥物的反應。例如，載脂蛋白E基因的遺傳多態性可以影響羥甲基戊二酸單酰輔酶A（HMG-CoA）還原酶抑制劑（他汀類藥物）的治療反應。鮮紅色頭發的出現幾乎都是黑皮質素-1受體（MC1R）基因突變的結果。MC1R基因敲除的老鼠對的需求量增加。先天紅發婦女對地氟醚的需要量增加，熱痛敏上升而局麻效力減弱。
四、苯二氮卓類藥與基因多態性
大多數苯二氮卓類藥經肝臟CYP45O代謝形成極性代謝物，由膽汁或尿液排出。常用的苯二氮卓類藥物咪唑安定就是由CYP3A代謝，其代謝產物主要是1-羥基咪唑安定，其次是4-羥基咪唑安定。在體實驗顯示不同個體咪唑安定的清除率可有五倍的差異。
地西泮是另一種常用的苯二氮卓類鎮靜藥，由CYP2C19和CYP2D6代謝。細胞色素CYP2C19的G681A多態性中A等位基因純合子個體與正常等位基因G純合子個體相比，地西泮的半衰期延長4倍，可能是CYP2C19的代謝活性明顯降低的原因。A等位基因雜合子個體對地西泮代謝的半衰期介于兩者之間。這些基因的差異在臨床上表現為地西泮用藥后鎮靜或意識消失的時間延長[9,10]。
五、吸入與基因多態性
到目前為止，吸入的藥物基因組學研究主要集中于尋找引起藥物副反應的遺傳方面的原因，其中研究最多的是MH。藥物基因組學研究發現RYR1基因變異與MH密切相關，現在已知至少有23種不同的RYR1基因多態性與MH有關。
與MH不同，氟烷性肝炎可能源于機體對在CYP2E1作用下產生的氟烷代謝產物的一種免疫反應，但其發生機制還不十分清楚[7,11]。
六、神經肌肉阻滯藥與基因多態性
神經肌肉阻滯藥如琥珀酰膽堿和美維庫銨的作用與遺傳因素密切相關。血漿中丁酰膽堿酯酶(假性膽堿酯酶)是一種水解這兩種藥物的酶，已發現該酶超過40種的基因多態性，其中最常見的是被稱為非典型的（A）變異體，其第70位發生點突變而導致一個氨基酸的改變，與應用肌松劑后長時間窒息有關。如果丁酰膽堿酯酶Asp70Gly多態性雜合子(單個等位基因)表達，會導致膽堿酯酶活性降低，藥物作用時間通常會延長3～8倍；而丁酰膽堿酯酶Asp70Gly多態性的純合子(2個等位基因)表達則更加延長其恢復時間，比正常人增加60倍。法國的一項研究表明，應用多聚酶鏈反應（PCR）方法，16例發生過窒息延長的病人中13例被檢測為A變異體陽性。預先了解丁酰膽堿酯酶基因型的改變，避免這些藥物的應用可以縮短術后恢復時間和降低醫療費用[6,12]。
七、鎮痛藥物與基因多態性
μ-阿片受體是臨床應用的阿片類藥的主要作用部位。5%～10%的高加索人存在兩種常見μ-阿片受體基因變異，即A118G和G2172T。A118G變異型使阿片藥物的鎮痛效力減弱。另一種阿片相關效應—瞳孔縮小，在118G攜帶者明顯減弱。多態性還可影響阿片類藥物
的代謝。
阿片類藥物的重要的代謝酶是CYP2D6?？纱蛲ㄟ^CYP2D6轉化為它的活性代謝產物－嗎啡，從而發揮鎮痛作用。對33名曾使用過曲馬多的死者進行尸檢發現，CYP2D6等位基因表達的數量與曲馬多和O－和N－去甲基曲馬多的血漿濃度比值密切相關，說明其代謝速度受CYP2D6多態性的影響。除CYP2D6外，美沙酮的代謝還受CYP3A4的作用。已證實CYP3A4在其它阿片類藥如芬太尼、阿芬太尼和蘇芬太尼的代謝方面也發揮重要作用。
有報道顯示兒茶酚O-甲基轉移酶(COMT)基因與痛覺的產生有關。COMT是兒茶酚胺代謝的重要介質，也是痛覺傳導通路上腎上腺素能和多巴胺能神經的調控因子。研究證實Val158MetCOMT基因多態性可以使該酶的活性下降3～4倍。Zubieta等報道，G1947A多態性個體對實驗性疼痛的耐受性較差，μ-阿片受體密度增加，內源性腦啡肽水平降低[13～16]。
八、局部與基因多態性
羅哌卡因是一種新型的酰胺類局麻藥，有特有的S-(-)-S對應體，主要經肝臟代謝消除。羅哌卡因代謝產物3-OH-羅哌卡因由CYP1A2代謝生成，而4-OH-羅哌卡因、2-OH-羅哌卡因和2-6-pipecoloxylidide(PPX)則主要由CYP3A4代謝生成。CYP1A2的基因多態性主要是C734T和G2964A。Mendoza等對159例墨西哥人的DNA進行檢測，發現CYP1A2基因的突變率為43%。Murayama等發現日本人中CYP1A2基因存在6種導致氨基酸替換的SNPs。這些發現可能對藥物代謝動力學的研究、個體化用藥具有重要意義[17,18,19]。
基因多態性是藥物基因組學的研究基礎。藥物效應基因所編碼的酶、受體、離子通道作為藥物作用的靶，是藥物基因組學研究的關鍵所在。基因多態性可通過藥物代謝動力學和藥物效應動力學改變來影響麻醉藥物的作用。
基因多態性對藥代動力學的影響主要是通過相應編碼的藥物代謝酶及藥物轉運蛋白等的改變而影響藥物的吸收、分布、轉運、代謝和生物轉化等方面。與麻醉藥物代謝有關的酶有很多，其中對細胞色素-P450家族與丁酰膽堿酯酶的研究較多?；蚨鄳B性對藥效動力學的影響主要是受體蛋白編碼基因的多態性使個體對藥物敏感性發生差異。
苯二氮卓類藥與基因多態性：咪唑安定由CYP3A代謝，不同個體對咪唑安定的清除率可有五倍的差異。地西泮是由CYP2C19和CYP2D6代謝，基因的差異在臨床上可表現為用藥后鎮靜時間的延長。
吸入麻醉藥與基因多態性：RYR1基因變異與MH密切相關，現在已知至少有23種不同的RYR1基因多態性與MH有關。氟烷性肝炎可能源于機體對在CYP2E1作用下產生的氟烷代謝產物的一種免疫反應。
神經肌肉阻滯藥與基因多態性：丁酰膽堿酯酶是水解琥珀酰膽堿和美維庫銨的酶，已發現該酶超過40種的基因多態性，其中最常見的是被稱為非典型的（A）變異體，與用藥后長時間窒息有關。
鎮痛藥物與基因多態性：μ-阿片受體是阿片類藥的主要作用部位，常見的基因多態性是A118G和G2172T。可待因和曲馬多通過CYP2D6代謝。此外，美沙酮的代謝還受CYP3A4的作用。兒茶酚O-甲基轉移酶(COMT)基因與痛覺的產生有關。
局部麻醉藥與基因多態性：羅哌卡因主要由CYP1A2和CYP3A4代謝。CYP1A2的基因多態性主要是C734T和G2964A，可能影響藥物代謝速度。
一直以來麻醉科醫生較其它專業的醫療人員更能意識到不同個體對藥物的反應存在差異。麻醉藥的藥物基因組學研究將不僅更加合理的解釋藥效與不良反應的個體差異，更重要的是在用藥前就可以根據病人的遺傳特征選擇最有效而副作用最小的藥物種類和劑型，達到真正的個體化用藥。
能夠準確預測病人對麻醉及鎮痛藥物的反應，一直是廣大麻醉科醫生追求的目標之一。若能了解藥物基因組學的基本原理，掌握用藥的個體化原則，就有可能根據病人的不同基因組學特性合理用藥，達到提高藥效，降低毒性，防止不良反應的目的。本文對藥物基因組學的基本概念和常用麻醉藥的藥物基因組學研究進展進行綜述。
一、 概述
二十世紀60年代對臨床麻醉過程中應用琥珀酰膽堿后長時間窒息、硫噴妥鈉誘發卟啉癥及惡性高熱等的研究促進了藥物遺傳學（Pharmacogenetics）的形成和發展，可以說這門學科最早的研究就是從麻醉學開始的。
藥物基因組學(Phamacogenomics)是伴隨人類基因組學研究的迅猛發展而開辟的藥物遺傳學研究的新領域，主要闡明藥物代謝、藥物轉運和藥物靶分子的基因多態性及藥物作用包括療效和毒副作用之間的關系。它是以提高藥物的療效及安全性為目標，研究影響藥物吸收、轉運、代謝、消除等個體差異的基因特性，以及基因變異所致的不同病人對藥物的不同反應，并由此開發新的藥物和用藥方法的科學。
1959年Vogel提出了“藥物遺傳學”，1997年Marshall提出“藥物基因組學”。藥物基因組學是藥物遺傳學的延伸和發展，兩者的研究方法和范疇有頗多相似之處，都是研究基因的遺傳變異與藥物反應關系的學科。但藥物遺傳學主要集中于研究單基因變異，特別是藥物代謝酶基因變異對藥物作用的影響；而藥物基因組學除覆蓋藥物遺傳學研究范疇外，還包括與藥物反應有關的所有遺傳學標志，藥物代謝靶受體或疾病發生鏈上諸多環節，所以研究領域更為廣泛[1，2，3]。
二、基本概念
1．分子生物學基本概念
基因是一個遺傳密碼單位，由位于一條染色體(即一條長DNA分子和與其相關的蛋白)上特定位置的一段DNA序列組成。等位基因是位于染色體單一基因座位上的、兩種或兩種以上不同形式基因中的一種。人類基因或等位基因變異最常見的類型是單核苷酸多態性(single-nucleotide polymorphism，SNP)。目前為止，已經鑒定出13 000 000多種SNPs。突變和多態性?？苫Q使用，但一般來說，突變是指低于1%的群體發生的變異，而多態性是高于1%的群體發生的變異。
2．基因多態性的命名法：
(1)數字前面的字母代表該基因座上最常見的核苷酸(即野生型)，而數字后的字母則代表突變的核苷酸。例如：μ阿片受體基因A118G指的是在118堿基對上的腺嘌呤核苷酸(A)被鳥嘌呤核苷酸(G)取代，也可寫成118A/G或118A>G。
(2)對于單個基因密碼子導致氨基酸轉換的多態性編碼也可以用相互轉換的氨基酸的來標記。例如：丁酰膽堿酯酶基因多態性Asp70Gly是指此蛋白質中第70個氨基酸－甘氨酸被天冬氨酸取代。
三、藥物基因組學的研究內容
基因多態性是藥物基因組學的研究基礎。藥物效應基因所編碼的酶、受體、離子通道及基因本身作為藥物作用的靶，是藥物基因組學研究的關鍵所在。這些基因編碼蛋白大致可分為三大類:藥物代謝酶、藥物作用靶點、藥物轉運蛋白等。其中研究最為深入的是麻醉藥物與藥物代謝酶CYP45O酶系基因多態性的相關性[1，2，3]。
基因多態性可通過藥物代謝動力學和藥物效應動力學改變來影響藥物作用，對于臨床較常用的、治療劑量范圍較窄的、替代藥物較少的麻醉藥物尤其需引起臨床重視。
（一）基因多態性對藥物代謝動力學的影響
基因多態性對藥物代謝動力學的影響主要是通過相應編碼的藥物代謝酶及藥物轉運蛋白等的改變而影響藥物的吸收、分布、轉運、代謝和生物轉化等方面[3，4，5，6]。
1、藥物代謝酶
與麻醉藥物代謝有關的酶有很多，其中對細胞色素-P450家族與丁酰膽堿酯酶的研究較多。
（1）細胞色素P-450（CYP45O）
麻醉藥物絕大部分在肝臟進行生物轉化，參與反應的主要酶類是由一個龐大基因家族編碼控制的細胞色素P450的氧化酶系統，其主要成分是細胞色素P-450（CYP45O）。CYP45O組成復雜，受基因多態性影響，稱為CYP45O基因超家族。1993年Nelson等制定出能反應CYP45O基因超家族內的進化關系的統一命名法：凡CYP45O基因表達的P450酶系的氨基酸同源性大于40%的視為同一家族（Family），以CYP后標阿拉伯數字表示，如CYP2；氨基酸同源性大于55%為同一亞族（Subfamily），在家族表達后面加一大寫字母，如CYP2D；每一亞族中的單個變化則在表達式后加上一個阿拉伯數字，如CYP2D6。
（2）丁酰膽堿酯酶
麻醉過程中常用短效肌松劑美維庫銨和琥珀酰膽堿，其作用時限依賴于水解速度。血漿中丁酰膽堿酯酶(假性膽堿酯酶)是水解這兩種藥物的酶，它的基因變異會使肌肉麻痹持續時間在個體間出現顯著差異。
2、藥物轉運蛋白的多態性
轉運蛋白控制藥物的攝取、分布和排除。P-糖蛋白參與很多藥物的能量依賴性跨膜轉運，包括一些止吐藥、鎮痛藥和抗心律失常藥等。P-糖蛋白由多藥耐藥基因（MDR1）編碼。不同個體間P-糖蛋白的表達差別明顯，MDR1基因的數種SNPs已經被證實，但其對臨床麻醉的意義還不清楚。
（二）基因多態性對藥物效應動力學的影響
麻醉藥物的受體（藥物靶點）蛋白編碼基因的多態性有可能引起個體對許多藥物敏感性的差異，產生不同的藥物效應和毒性反應[7，8]。
1、藍尼定受體-1（Ryanodine receptor-1，RYR1）
藍尼定受體-1是一種骨骼肌的鈣離子通道蛋白，參與骨骼肌的收縮過程。惡性高熱（malignant hyperthermia，MH）是一種具有家族遺傳性的、由于RYR1 基因異常而導致RYR1存在缺陷的亞臨床肌肉病，在揮發性吸入麻醉藥和琥珀酰膽堿的觸發下可以出現骨骼肌異常高代謝狀態，以至導致患者死亡。
2、阿片受體
μ-阿片受體由OPRM1基因編碼，是臨床使用的大部分阿片類藥物的主要作用位點。OPRM1基因的多態性在啟動子、內含子和編碼區均有發生，可引起受體蛋白的改變。嗎啡和其它阿片類藥物與μ-受體結合而產生鎮痛、鎮靜及呼吸抑制。不同個體之間μ-阿片受體基因的表達水平有差異，對疼痛刺激的反應也有差異，對阿片藥物的反應也不同。
3、GABAA 和 NMDA受體
γ-氨基丁酸A型（GABAA）受體是遞質門控離子通道，能夠調節多種麻醉藥物的效應。GABAA受體的亞單位（α、β、γ、δ、ε和θ）的編碼基因存在多態性（尤其α和β），可能與孤獨癥、酒精依賴、癲癇及精神分裂癥有關，但尚未見與麻醉藥物敏感性有關的報道。N-甲基-D-天門冬氨酸（NMDA）受體的多態性也有報道，但尚未發現與之相關的疾病。
（三）基因多態性對其它調節因子的影響
有些蛋白既不是藥物作用的直接靶點，也不影響藥代和藥效動力學，但其編碼基因的多態性在某些特定情況下會改變個體對藥物的反應。例如，載脂蛋白E基因的遺傳多態性可以影響羥甲基戊二酸單酰輔酶A（HMG-CoA）還原酶抑制劑（他汀類藥物）的治療反應。鮮紅色頭發的出現幾乎都是黑皮質素-1受體（MC1R）基因突變的結果。MC1R基因敲除的老鼠對麻醉藥的需求量增加。先天紅發婦女對地氟醚的需要量增加，熱痛敏上升而局麻效力減弱。
四、苯二氮卓類藥與基因多態性
大多數苯二氮卓類藥經肝臟CYP45O代謝形成極性代謝物，由膽汁或尿液排出。常用的苯二氮卓類藥物咪唑安定就是由CYP3A代謝，其代謝產物主要是1-羥基咪唑安定，其次是4-羥基咪唑安定。在體實驗顯示不同個體咪唑安定的清除率可有五倍的差異。
地西泮是另一種常用的苯二氮卓類鎮靜藥，由CYP2C19和CYP2D6代謝。細胞色素CYP 2C19的G681A多態性中A等位基因純合子個體與正常等位基因G純合子個體相比，地西泮的半衰期延長4倍，可能是CYP2C19的代謝活性明顯降低的原因。A等位基因雜合子個體對地西泮代謝的半衰期介于兩者之間。這些基因的差異在臨床上表現為地西泮用藥后鎮靜或意識消失的時間延長[9，10]。
五、吸入麻醉藥與基因多態性
到目前為止，吸入麻醉藥的藥物基因組學研究主要集中于尋找引起藥物副反應的遺傳方面的原因，其中研究最多的是MH。藥物基因組學研究發現RYR1基因變異與MH密切相關，現在已知至少有23種不同的RYR1基因多態性與MH有關。
與MH不同，氟烷性肝炎可能源于機體對在CYP2E1作用下產生的氟烷代謝產物的一種免疫反應，但其發生機制還不十分清楚 [7，11]。
六、神經肌肉阻滯藥與基因多態性
神經肌肉阻滯藥如琥珀酰膽堿和美維庫銨的作用與遺傳因素密切相關。血漿中丁酰膽堿酯酶(假性膽堿酯酶)是一種水解這兩種藥物的酶，已發現該酶超過40種的基因多態性，其中最常見的是被稱為非典型的（A）變異體，其第70位發生點突變而導致一個氨基酸的改變，與應用肌松劑后長時間窒息有關。如果丁酰膽堿酯酶Asp70Gly多態性雜合子(單個等位基因)表達，會導致膽堿酯酶活性降低，藥物作用時間通常會延長3～8倍；而丁酰膽堿酯酶Asp70Gly多態性的純合子(2個等位基因)表達則更加延長其恢復時間，比正常人增加60倍。法國的一項研究表明，應用多聚酶鏈反應（PCR）方法，16例發生過窒息延長的病人中13例被檢測為A變異體陽性。預先了解丁酰膽堿酯酶基因型的改變，避免這些藥物的應用可以縮短術后恢復時間和降低醫療費用[6，12]。
七、鎮痛藥物與基因多態性
μ-阿片受體是臨床應用的阿片類藥的主要作用部位。5%～10%的高加索人存在兩種常見μ-阿片受體基因變異，即A118G和G2172T。A118G變異型使阿片藥物的鎮痛效力減弱。另一種阿片相關效應—瞳孔縮小，在118G攜帶者明顯減弱。多態性還可影響阿片類藥物的代謝。
阿片類藥物的重要的代謝酶是CYP2D6?？纱蛲ㄟ^CYP2D6轉化為它的活性代謝產物－嗎啡，從而發揮鎮痛作用。對33名曾使用過曲馬多的死者進行尸檢發現，CYP2D6等位基因表達的數量與曲馬多和O－和N－去甲基曲馬多的血漿濃度比值密切相關，說明其代謝速度受CYP2D6多態性的影響。除CYP2D6外，美沙酮的代謝還受CYP3A4的作用。已證實CYP3A4在其它阿片類藥如芬太尼、阿芬太尼和蘇芬太尼的代謝方面也發揮重要作用。
有報道顯示兒茶酚O-甲基轉移酶(COMT)基因與痛覺的產生有關。COMT是兒茶酚胺代謝的重要介質，也是痛覺傳導通路上腎上腺素能和多巴胺能神經的調控因子。研究證實Val158Met COMT基因多態性可以使該酶的活性下降3～4倍。Zubieta等報道，G1947A多態性個體對實驗性疼痛的耐受性較差，μ-阿片受體密度增加，內源性腦啡肽水平降低[13～16]。
八、局部麻醉藥與基因多態性
羅哌卡因是一種新型的酰胺類局麻藥，有特有的S-(-)-S對應體，主要經肝臟代謝消除。羅哌卡因代謝產物3-OH-羅哌卡因由CYP1A2代謝生成，而4-OH-羅哌卡因、2-OH-羅哌卡因和2-6-pipecoloxylidide (PPX)則主要由CYP3A4代謝生成。CYP1A2的基因多態性主要是C734T和G2964A。Mendoza等對159例墨西哥人的DNA進行檢測，發現CYP1A2基因的突變率為43%。Murayama等發現日本人中CYP1A2基因存在6種導致氨基酸替換的SNPs。這些發現可能對藥物代謝動力學的研究、個體化用藥具有重要意義[17，18，19]。
2教學手段與方法的改良
傳統的基因工程教學方法在水產類高等學校中多以板書結合多媒體的方法來講解概念、原理以及性質等內容，其過程相對機械、枯燥，使得學生難以理解所學內容。對此，筆者通過多媒體教學與自制模型演示相結合的方法取代原有的傳統教學。由于基因工程的很多內容相對抽象，僅僅通過文字、圖片和語言來表述是難以講解透徹的。現代的多媒體教學技術具有圖文聲像隨意組合、靈活多變的特點，為學生創造了良好的學習情境。通過功能強大的各種計算機軟件把一些很難理解的內容做成動畫影片，化難為易、化靜為動、變抽象為形象，使學生對上課產生興趣，促進學生對知識學習的渴望。同時，利用自制的模型講解課程中的重點以及難點。例如:在介紹限制酶的切割位點時，讓學生手持模型，分別角色扮演限制酶和基因序列，在排列位置的互換中了解3種切口的方式以及位置。這樣的教學方法不僅形象，也讓學生在互動中快速、深刻地記憶知識要點。另外，通過當下研究的前沿話題為例，先提出一個問題，引導學生運用其他課程所學過的或者自身所積累的知識來聯想、分析、討論，自己設計解答此問題的方法或實驗流程。然后老師再參與其中，在討論和修改方法以及實驗流程的過程中，引出所要講授的新的概念和知識要點。
例如介紹表達物質(蛋白質)的鑒定時，老師會先提出問題:基因克隆表達出的物質是什么?這些物質是由什么組成的?鑒定這些物質可以使用什么方法?然后引導學生回顧生物學中心法則，得出基因表達物質為蛋白質，蛋白質是由氨基酸組成等所學過的知識，由此學生可歸納出氨基酸測序法等鑒定蛋白質的方法。最后老師再在此基礎上補充出WesternBlot法、生物質譜技術等新的鑒定方法。這樣的講課方式讓學生回到課堂上的主角位置，在復習了以往的知識要點的同時也加深了學生對新知識的理解與記憶，在一定程度上啟發了學生如何去發現問題和解決問題。此外，基因工程是一門實踐性很強的課程，在講授理論課的同時，實驗課的安排也是非常重要的。設計好與理論課相配套的實驗課程，可以使學生加深對基因工程學理論的學習和理解，達到理論和實踐相結合的目的。對此，各大高校均在基因工程實驗課上進行了改革創新，但有一點總被忽略，那就是實驗研究對象。目前，國內大多數高?；蚬こ虒嶒炚n所使用的研究對象均為果蠅等無脊椎模式生物。這種情況對于普通高校而言是可行的，但是對于擁有特色學科的水產類高校而言，研究對象也應具有其專業特點。所以本實驗課所使用的研究對象是斑馬魚這種海洋模式生物。研究對象的改變雖微不足道，但是能讓學生更好地理解自己所學專業的特色，在實踐操作中加深對所屬專業的熱愛。
3成績考核
中國傳統的應試教育產生了“高分決定一切”的迂腐思想。隨著國家教育體系改革的不斷推進，學生對于專業知識的掌握與否，已經不能僅從一張考卷成績的高低來反映，考核成績的結構應向多元化的方向發展。基因工程的最終考核成績主要包括兩部分:平時成績占40%，其中課堂出勤率10%、課堂討論10%、課堂小考10%以及實驗報告10%;期末考試成績占60%。這樣的考核體系改變了過去注重結果忽略過程的做法，讓學生在平時將知識一點一滴地積累起來。同時，也讓授課教師能夠及時得到教學效果的反饋信息，進一步提高教學水平。
abstractthe discovery of small rna was expounded,the characteristics,function and mechanism of action were introduced,and the prospect of the research was made for the small rna study.
key wordssmall rna小rna是一類新發現的長度為21~25個核苷酸的小分子rna,它普遍存在于多細胞生物中,占整個基因組基因總數的2%左右。小rna是最為重要的調控rna分子,它可直接調控某些基因的開關,從而控制細胞的生長發育,并決定細胞分化的組織類型。根據小rna的生長、結構和功能大約可分為3類:小干涉rna(small interfering rna,sirna)、微rna(micrornas,mirnas)和其他小rna。小rna在生物進化過程中高度保守,并已被證實參與和調控包括時序發育、細胞凋亡、神經元發育、激素分泌等在內的多種生理過程[1]。小rna自1998年被發現以來,至今已有飛速的發展,目前在種類、特征、分子機制等方面的研究都有了突破性的進展,研究前景十分廣闊。
1小rna的發現
1998年,生物學家發現,在果蠅和其他真核生物中導入外源雙鏈rna分子,可以使內源基因相應序列基因的mrna降解,從而引發同源基因轉錄后基因沉默,這種基因表達的抑制作用稱為rna干擾。小干涉rna在rna干擾途徑的中間產生,最終可導致靶mrna降解產生rna干擾作用[2]。
mirnas是sirna(small interfering rna)之后發現的一種調節mrna穩定的rna。多數微rna具有高度保守性、時序性和組織特異性。線蟲的lin-4[3]和let-7[4]是最早被發現的微rna,它們參與調控線蟲的發育時序,后來將類似的rna統稱為微rna。微rna具有重要的調控功能,與生物體的階段性發育密切相關。隨著研究的深入,已發現微rna在生命起源和早期進化、基因復雜性、疾病機理等方面的研究中具有更為深遠的意義。
近年來,德國、英國、美國3個實驗室[5-7]利用生物信息學、cdna文庫及分子克隆技術,在不同生物體細胞中克隆到包括lin-4和let-7在內的約150個21～25個核苷酸的非編碼小分子rna。這些rna具有極強的調控作用,與生物體的階段性發育密切相關,并意識到這是一個極為廣闊的小分子rna世界。
2小rna的特征
截至目前,人們認為小rna具有以下幾個特點:一是小rna是長21～25個核苷酸的單鏈,非編碼蛋白的短序列rna,本身不具有開放閱讀框及蛋白質編碼基因的特點,而是由獨立的轉錄單位表達成熟的小rna,有5′磷酸和3′羥基。二是具有高度的保守性。小rna在進化過程中保持著“謹慎”的態度。一些小rna的基因在進化中呈保守的趨勢,在不同生物間行使同一功能,這些基因稱為直向同源基因。三是在不同組織、不同發育階段中,小rna的水平有顯著差異,一些小rna呈時間發育特異性。四是小rna絕大多數位于已知基因序列的外圍,還有一些是成簇的,且簇生排列的基因往往協同表達。五是成熟的小rna由dicer酶從折疊的發夾狀前體約60個核苷酸的一條臂上切割得來。
3小rna的功能
小rna有組織特異性,可能在調控基因表達及個體發育中起著重要作用,動物基因組中小rna的豐富性和表達模式的多樣性,表明它們廣泛參與基因表達調控[8],還可能以多種調節途徑發揮作用[9]。小rna序列、結構、豐度和表達方式的多樣性使其可能作為蛋白質編碼rna的調節子,對基因表達、細胞周期調控及至個體發育產生重要影響。生物個體中的一群小rna,可通過自身的rna干擾機制在生命過程的各個階段關閉或調控基因表達水平,從而控制細胞的多種生命活動,尤其在發育過程中。
4小rna的作用機制
小rna能通過risc以2種后轉錄的機制之一來調節基因表達。當mirna進入到細胞質中的risc復合物,如果成熟的mirna識別并與目的mrna序列高度互補配對,那么mirna能使rna在互補區特異斷裂,并且斷裂位點與小干涉 rna的相同,即在與mirna第10、第11個殘基配對的mrna的核苷酸處;如果mirna與目的mrna的配對不是很精確,那么mirna將抑制其翻譯過程從而調控目的基因的表達。在mrna斷裂之后mirna還保持完整,并且能繼續識別和降解其他的mrna。近幾年人們對mirna的形成和作用機制已經基本研究清楚,只是一些細節有待研究。
5研究展望
盡管小分子rna的研究飛速發展,但在基因調控的機制研究和在功能基因組學應用方面還存在許多問題,如risc的組成、risc和dicer自身的調控等,小分子rna與轉錄因子的關系,小分子rna對發育的調控機制等。隨著這些問題的解決,對功能基因組學的研究將更加快速和深入。
6參考文獻
[1] berezikov e,guryev v,van de belt j,et al.phylogenetic sha-dowing and computational identification of human microrna genes[j].cell,2005,120(1):21-24.
[2] liqardi c,wei q,paterson b m,et al. rnai as random degra-dative pcr sirna primers convert mrna into ds rna that are degraded to generate new si rnas[j].cell,2001,107(3):297-300.
[3] lee r c,feinbaum r l,ambros v.the c.elegans heterochronic gene lin-4[j].cell,1993,75(5):843-854.
[4] reinhart b j,slack f j,basson m,et al.the 21-nucleotide let-7 rna regulates developmental timing in caenohabditis elegans[j].nature,2000,403(6772):901-906.
[5] lagos-quintana m,rauhut r,lendeckel w,et al.identific-ation of novel genes coding for small expressed rnas[j].science,2001,294(5543):853-858.
[6] lau n c,lim l p,weinstein e g,et al.an abundant class of tiny rnas with probable regulatory roles in caenorhabditis elegans[j].science,2001,294(5543):858-862.
中藥資源是我國中醫藥事業發展的基礎，采用創新的理論和方法尋找和發現中藥新資源是中藥資源可持續利用研究的熱點和重點。肖培根提出的藥用植物親緣學從理論上總結藥用植物的生物親緣關系，化學成分和療效（傳統療效和藥理活性）間的相關性[1-4]，該學科的建立對于開發中藥植物資源具有重要指導意義[5-7];系統發育基因組學方法可用于藥物發現和開發的相關問題研究，可在組學水平拓展藥用親緣學的領域，由此衍生出藥用基因組親緣學的新概念。本文作者基于藥用親緣學的長期研究積累，提出這一新概念。本文簡述藥用親緣學的知識譜系，研究方法和范式轉換，展望藥用基因組親緣學的理論和實踐價值。選擇《中國藥典》2010年版收錄最多的毛茛科為例，可以對藥用基因組親緣學進行深入的概念驗證和實證研究。結合傳統藥物學知識積累（包括中藥藥性和功效知識）和藥理研究揭示的生物活性，在基因組，轉錄組和代謝組水平探討毛茛科及其重要族屬的系統發育和進化關系，揭示藥用植物基因型和代謝表型，以及近緣種遺傳多樣性和化學多樣性的內在關聯。通過毛茛科示范研究，豐富藥用親緣學研究的內涵，開放地吸收有關領域的新知識和新技術，促進中藥資源學科的成長。
近年隨著高通量測序技術的迅猛發展，生物系統發育研究中開始采用基因組數據，因此出現一些新術語，如系統發育基因組學（phylogenomics，基因組系統學/基因組親緣學）[8]， pharmacophylogenomics[9]，轉錄組親緣學（phylotranscriptomics）[10]等。系統發育基因組學是進化和基因組學的交叉學科，是將基因組數據用于進化關系重建的綜合分析;藥用親緣學研究藥用生物（特別是藥用植物）的生物親緣關系，化學成分和療效（傳統療效和藥理活性）間的相關性;系統發育基因組學方法可用于藥物發現和開發的相關問題研究，在組學水平拓展了藥用親緣學的領域（圖1）。系統學（親緣學）是生命科學各分支和交叉學科的根基所在，在中藥資源學、中藥鑒定和質量評價、中藥藥性、中藥毒理和民族藥等中藥學相關領域起到提綱挈領的作用。提出藥用基因組親緣學新概念，是因應學科交融的大勢所趨，期望在中醫藥理論指導下，運用多學科新理念、新方法和創新的技術手段進行跨學科綜合研究，推動中藥資源學科理論建構和實踐應用，更好地服務于中醫藥現代化事業。
RAD.限制酶切位點相關的DNA; SNP.單核苷酸多態性; SSR.簡單重復序列; EST.表達序列標簽。
圖1 可用于藥用親緣學親緣關系推斷的組學數據
Fig.1 Omics data that could be used in the pharmacophylogeny inference
1 系統發育基因組學
系統發育基因組學是生物進化和基因組學的交叉學科，是將基因組數據用于進化關系重建的綜合分析，因此需要系統發育研究方法和基因組學技術的緊密配合。系統發育研究是比較分析單個基因或少數幾個基因序列[11-12]，也常結合其他類型數據，例如形態學、細胞學和植物化學[13-14]數據。系統發育基因組學基于全基因組測序時代之前的分子系統學研究，通過比較全基因組序列或至少大部分基因組序列來全面獲取對進化關系重建有用的信息[15]。目前該領域研究包括以下幾方面。
1.1 基因功能預測和進化推演 現存植物已鑒明的307 700種，估測上限45萬種，提示植物多樣性的潛在空間巨大。在進化史上均經歷多次全基因組倍增（WGD），倍增基因拷貝在基因組中通常以保守的同線塊（syntenic block）形式存在。在植物進化過程中，基因組大小變化是一種相對頻繁的事件，這些變化一般并不與基因多少及順序變化相關聯?；驍盗考绊樞虻谋Ｊ匦苑Q為同線性?；蚪M倍增顯著影響新性狀起源（圖2），近年來植物次生代謝路徑多樣化與WGD有關的例子越來越多。倍增基因拷貝可以解釋萜類和硫代葡糖苷[16]等多基因路徑合成的次生代謝產物的多樣化過程。次生代謝基因的串聯倍增及隨后發生的亞功能化和新基因化過程進一步增加了次生代謝產物的遺傳多樣性和化學多樣性，增強了植物適應生態環境變遷的能力，顯示了植物次生代謝產物化學空間在藥物發現方面的巨大潛力。被子植物（有花植物）中已發現次生代謝產物超過20萬種，可能大部分源自復雜性狀的快速創新。
實線粗箭頭.同源多倍體效應;虛線箭頭.異源多倍體效應;細箭頭.2類多倍體共有效應;符號.效應的方向。
圖2 多倍體化對植物基因組和表型的影響
Fig. 2 Effects of polyploidization on the plant genome and the phenotype
通過比較核苷酸多樣性估計值和dN/dS考查甾體糖生物堿次生代謝基因經受的選擇限制[17]，可解釋次生代謝多樣性。高通量的SNP芯片分型可能發現有信息SNPs，其不同組合可區分次代物含量高中低的不同代謝表型，對道地藥材研究具參考價值。禾本科苯并嗪類（Bx）基因倍增后發生重排，導致Bx1和2的新拷貝在禾本科共同祖先的一個染色體末端成簇[18]。成簇有利于相關基因共分離，末端染色體的定位既便于基因重排，也便于有關合成基因的進一步征募。這些事件對于后續的Bx生合基因簇的進化至關重要。系統發育分析提示雙子葉和單子葉植物的Bx生物合成途徑彼此獨立進化，即趨同進化。氰苷的生物合成途徑也存在類似的進化現象[19]。對次生代謝產物生物合成途徑的深入研究有助于育種方案的理性設計，優化藥用化合物的生產，實現基于生物技術的生產流程優化。
研究多基因家族的進化時， 基因樹比物種樹更有助于了解成員基因的進化歷史和基因倍增過程。通過對基因樹和物種樹沖突進行解釋，可推測進化機制，包括快速輻射分化、雜交/基因漸滲、不完全譜系分選、水平基因轉移、旁系同源基因、基因倍增/丟失以及基因重組等。這些進化機制也可部分地解釋近緣物種的化學表型多樣性，有助于推測藥用化合物的來源和轉化路徑。對于次生代謝產物生物合成基因家族和轉錄調控基因家族均可在系統發育框架內挖掘分析全基因組有關序列。
1.2 構建和厘清物種進化關系 例如基于桔?？?8個種葉綠體基因組的基因排列順序構建系統樹[20]，從全新的角度闡述了桔梗科18個屬間的系統發育關系。采用高通量測序平臺獲得天南星科32屬線粒體基因組序列[21]，發現線粒體系統樹支持率低且與葉綠體系統樹不一致?；谌~綠體全基因組序列的系統樹表明水芋屬Calla和落檐屬Schismatoglottis在一個主枝基部聚在一起，得到形態學和細胞學證據支持。植物線粒體DNA的基因順序可能進化較快，但是核苷酸序列的進化速率僅為動物的1%。葉綠體DNA核苷酸序列的進化速率比線粒體快3～4倍，目前在種間進化關系研究中應用最多，例如對菊分支植物（asterids）[22]、人參[23]、銀杏[24]、金殼果科[25]、金虎尾目[26]的研究。但是葉綠體全基因組數據不足以解決經歷快速分化的類群，例如姜目[27]。結合大量核基因組數據全面分析十分必要。單拷貝基因在被子植物基因組中比較常見，肖培根研究組基于29個已測序基因組的高質量數據實現了單拷貝基因的大規模識別和進化表征[28]。發現基因組倍增區塊（duplicate block）數量和單拷貝基因數量呈顯著負相關。17%單拷貝基因位于細胞器基因組，GO注釋屬于結合（binding）和催化活性類別的較多。真雙子葉植物基因組中，單拷貝基因比非單拷貝基因具有更強的密碼子偏性。RNA-seq數據證實了部分單拷貝基因相對高的表達水平。與其他植物不同，禾本科基因組中單拷貝基因的密碼子有效數量（Nc）與密碼子第三位G+C含量（GC3）呈顯著負相關。Ka和Ks值提示進化上單拷貝基因比非單拷貝基因更保守。對可變剪接的選擇約束（selective constraint），單拷貝基因弱于低拷貝數基因家族（1～10旁系同源基因）成員，但是強于高拷貝數基因家族（>10旁系同源基因）成員。聯用各基因組共有的單拷貝基因序列得到分辨力佳的系統樹。加上內含子序列提高了分支支持率，但是得到的系統樹與未加時不一致。建樹時包括內含子序列可能更適合較低的分類學水平。單拷貝基因和非單拷貝基因經受的進化約束明顯不同，有些表現出物種特異性，尤其在真雙子葉和單子葉植物間。
藥用植物多樣性是藥用植物與環境形成的生態復合體以及與此相關的各種生態過程的總和，有遺傳多樣性、化學多樣性、居群多樣性、藥用物種多樣性、根際微生物多樣性和生態系統多樣性等多個層次。對于物種不均勻分化程度較強的地區， 在解釋氣候生態因子與藥用植物多樣性之間的關聯時， 要充分考慮進化過程的影響。如中國西南地區的“天空之島”[29]，在第四紀形成了豐富的藥用植物資源，許多藥用族屬仍處于激烈分化過程中，例如毛茛科鐵線蓮屬、烏頭屬、翠雀屬等。全葉綠體基因組數據是細胞器尺度的超級條形碼，可用其研究分布于不同地理位置的同一物種（例如道地藥材）的種內變異[30]和地理親緣學。但葉綠體基因組只相當于一個基因座，葉綠體基因組和核基因組在居群水平的應用可為研究道地藥材起源，種內分化時間和分化強度提供線索。種內譜系關系的確立可重現居群的進化歷史，是更細致的系統發育重建。
1.3 預測和追溯側向基因轉移 側向（水平）基因轉移在微生物進化中廣泛存在的事實從根本上動搖了生命之樹的假定形態[31]。已發現很多原核和真核生物間的側向基因轉移，相當多藥用植物和其內生細菌/真菌具有相似的次代物生物合成路徑，其隱含的系統發育基因組學規律有待揭示，這將有助于藥用植物和其內生菌互作的研究，為開發植物藥資源提供參考。
郝大程等：藥用親緣學論綱――知識譜系，認識論和范式轉換
2 轉錄組親緣學及其他
全基因組測序花費高，對于重復序列占比大，雜合度高和非二倍體基因組，序列正確拼接組裝十分困難[32]。顯然大規模比較轉錄組研究更具可行性。轉錄組測序（RNA-seq）數據基于表達的mRNA，不包括內含子信息，沒有重復序列和倍性的干擾。初始的轉錄組親緣學概念指多物種的基因共表達分析[10]，物種間進化距離分析可基于轉錄組信息。顯然轉錄組親緣學也可應用于藥用植物研究，例如從19種植物（包括虎杖、紅豆杉、銀杏、人參等藥用植物）轉錄組數據中提取50個單拷貝直系同源基因[33]，可用于系統樹構建和進化分析。從紫菜屬P. umbilicalis和P. purpurea的454焦磷酸測序獲得482個編碼紅藻植物門頭發菜綱紫菜屬Porphyra膜轉運蛋白的EST序列[34]，發現存在內共生和與原生藻菌有關的水平基因轉移。此研究提供了海洋藻類鈉偶聯的轉運系統的分子特征和共調控機制。重建陸生植物和藻類的起源和進化過程是植物系統發育的基本課題，對于理解關鍵適應性性狀的產生十分重要。由于物種快速多樣化導致一些進化關系分辨不清，少數幾個分子標志明顯不夠，基因組尺度的數據顯著增加了有信息位點數量。中藥資源和中藥鑒定是應用性很強的領域，盡管考慮的是中藥材，但應避免一葉障目不見泰山的尷尬，全面挖掘中藥資源和物種的準確界定都離不開其所在族屬完全物種取樣的分子系統學研究[35]。轉錄組代表能表達的那部分在功能上活躍的基因組，測序費用的大幅降低和生信分析方法的改進使得密集物種取樣的轉錄組親緣學研究成為可能。例如從92種streptophyte綠藻轉錄組數據和11種陸生植物基因組序列中提取共有的直系同源基因[36]，用其中852個核基因（1 701 170個序列聯配位點）構建系統進化樹，發現陸生植物和綠藻Zygnematophyceae為姊妹關系（圖3），地錢（liverwort）和地衣（moss）組成的分支與維管植物分支為姊妹關系，而角苔（hornwort）與所有非角苔陸生植物為姊妹關系，從而證偽了之前關于早期陸生植物進化的假說。轉錄組親緣學加深對基本植物性狀進化的認識，包括藥用植物化學多樣性和相關生合路徑的進化。
圖3 獲支持證據最多的陸生植物系統發育假說
Fig.3 Land plant phylogenetic hypothesis that has most lines of evidence
盡管只被應用了極短的時間尺度，人工選擇已經極大地改變了馴化植物的形態、生理、植化、生活史。比較RNA-seq數據可用于解析種植番茄和5個近緣野生物種間基因序列和基因表達差異[37]。基于序列差異發現>50個基因經受正選擇，數千個基因的表達水平有顯著差異，許多是由于選擇壓力所導致。許多快速進化基因與環境應答和應激耐受有關。野生和種植品系間光反應共表達網絡的大規模變化進一步強調了環境輸入量對于基因表達進化的重要性。人工定向雜交和間接有利于非同義替換的馴化和改良過程已經極大地改變了番茄轉錄組。比較轉錄組有助于深入了解人工選擇和自然選擇對野生和種植品系的普遍效應，基于轉錄組的親緣樹構建有助于定量研究各近緣物種的起源時間和進化歷程，這對藥用物種研究的重要性是不言而喻的。
類似地，基于蛋白質組數據進行系統發育分析，有蛋白質組親緣學（phyloproteomics）[38]，但尚未用于植物研究。表觀基因組親緣學（phyloepigenomics）[39]在表觀遺傳修飾層面考查物種親緣關系，用于藥用植物研究將有新穎發現。宏基因組親緣學（phylometagenomics）[40]將可用于研究藥用植物根際微生物和植物內生菌等。系統發育基因組學對計算能力和分析方法提出了新的挑戰，故有計算基因組系統學。
3 藥用植物親緣學與藥用基因組親緣學
直系同源基因是在物種形成過程中由共同祖先基因演變來的分布于不同物種的基因，在藥物發現過程中有助于動物模型的選擇和分析流程的建立。葛蘭素公司的Searls[9]首次使用pharmacophylogenomics一詞，認為充分利用基因組數據挖掘直系同源基因，能更好地預測藥靶基因功能。比較實驗動物和人的基因組，不僅可找到保守功能元件，包括蛋白編碼基因和非編碼序列，而且能發現基因功能的遷移，從而使研究者充分認識物種間遺傳差異，避免選用不適當的動物模型和藥物篩選方案[15]。
Searls提出的pharmacophylogenomics是針對藥靶的研究，而本文作者提出藥用基因組親緣學，是在基因組及其相關的轉錄組和代謝組水平系統研究藥用植物的植物親緣關系-化學成分-療效（傳統療效及藥理活性）間的相關性的新興邊緣學科。藥用基因組親緣學在藥用植物領域可以有多方面的應用：①基于基因組信息構建不同尺度的生命之樹， 明確藥用植物類群間的系統發育和親緣關系;②利用基因組數據估算分化時間并重建地理分布區， 推測現存藥用植物/道地藥材的起源和空間分布格局及其形成機制;③基于時間樹， 結合生態、環境因素及代謝創新性狀， 探討藥用植物的多樣化進程和成因;④揭示藥用植物多樣性的來源和格局， 基于生物多樣性探討藥用化合物（例如次級代謝產物）多樣性，促進生合途徑解析和創新藥物發現;⑤預測藥用植物多樣性動態變化， 提出相應的保護性開發策略，促進人工栽培和分子育種。可見針對藥用植物的基因組親緣研究的內容完全不同于Searls原初的概念，只是暫借用pharmacophylogenomics作為藥用基因組親緣學英譯。
本文作者擬整合形態分類數據、代謝組和化學分類數據、基因組和轉錄組數據、藥理活性數據和傳統藥物學知識，探索以毛茛科藥用植物科屬為重點的藥用親緣學。毛茛科藥用植物在中藥學中的應用源遠流長，我國42屬約720種毛茛科植物中，有30屬約220種可供作藥用（《中國植物志》27卷24頁）。黃連、附子、烏頭、升麻、川木通等的原植物均屬毛茛科。民間廣泛使用的麻布七、水黃連、鐵破鑼、虎掌草、月下參、驢蹄草、星果草、白頭翁等中草藥也屬于毛茛科。據作者統計在《中國藥典》2010年版正文收錄10個法定種，附錄收錄另10種，另外在可見的地方標準中至少收錄了另外的20種[41]，共計40種，高于菊科、豆科等大科的收錄數量，居所有植物科中的第一位。毛茛科大部分族屬在我國均有悠久的藥用歷史，其防治疾病的科學價值經歷了時間的考驗。但目前對毛茛科的組學研究，尤其是基因組和轉錄組研究十分稀缺，對毛茛亞科多物種屬的近緣種間親緣關系了解較為粗淺，對唐松草亞科的一些多物種屬，如唐松草屬[14]、人字果屬[42]，了解更少。這一現狀也為進行藥用基因組親緣學的實證研究提供了很多課題。
人字果屬約16種，分布于亞洲東部和喜馬拉雅山區。我國9種，分布于秦嶺以南的亞熱帶地區，均由肖培根和王文采在1960年代正式命名（1979《中國植物志》27卷472頁）。據不完全調查，本屬至少7種在分布地區的民間用作草藥，具有確切的功效[43]。例如耳狀人字果全草止咳化痰、消炎，蕨葉人字果根狀莖消腫解毒，縱肋人字果全草健脾化濕、清熱明目，人字果根狀莖清熱解毒、消腫。但是此屬在毛茛科中是研究較少的，其藥用價值值得深入挖掘?；?個分子標記和形態特征得到的系統樹提示，人字果屬與扁果草屬和擬扁果草屬聚為一支，而與耬斗菜屬、天葵屬、擬耬斗菜屬進化距離較遠[44]。從預實驗結果看，人字果屬的化學成分獨具特色。擬選擇耳狀人字果、蕨葉人字果、縱肋人字果和人字果4種，進行酶切位點相關DNA測序（RAD-Seq）。只有分別帶有接頭1和接頭2的酶切位點周邊的DN段會得到有意義的擴增，即為RAD標簽（圖4）[45]。將所有RAD標簽序列連起來即代表物種的簡化基因組，可用于同屬物種或同種各居群的基因組親緣關系推斷。在進化史近期發生快速輻射分化的同屬物種，往往由于有限幾個分子標記的系統發育信號不足和/或基因樹沖突，使得其親緣關系難以辨清。人字果屬和鐵線蓮屬以及毛茛目其他多屬均有此問題。以RAD-Seq為代表的簡化基因組測序能提供關于物種基因組進化和雜交的全局觀點，且無需事先知曉物種基因組的完整序列?；诖颂剿鞯目茖W問題：4種人字果的基因組親緣關系是什么;粉背葉人字果（進行轉錄組測序）與這4種人字果的親緣關系;化學分類與分子分類是否一致;如何從起源和進化角度解釋;本屬與唐松草亞科其他屬的藥用親緣關系。
圖4 RAD-Seq技術路線
Fig.4 Schematic representation of RAD-Seq pipeline
在藥用親緣學框架下進行中藥資源研究的一個代表性例證是關于烏頭屬的親緣學研究[46-47]。毛莨科烏頭屬全世界約有300余種，其中超過半數分布在中國。發現牛扁亞屬是以牛扁堿和C18-二萜生物堿為主的類群，由于其毒性中等，因而可從中尋找鎮痛、抗炎等新藥前體[46]。烏頭亞屬下唐古特烏頭系和圓葉烏頭系是以內酯型二萜生物堿為主的類群，毒性較小，是新藥尋找的重點研究類群。褐紫烏頭系則以C20-二萜生物堿如光翠雀堿和宋果靈為主，雜有高度進化的烏頭堿型二萜生物堿如烏頭堿等成分?；瘜W分類上不支持其獨立成為一個分支。顯柱烏頭系是以含大茴香酸酯基的烏頭堿型二萜生物堿以及塔拉薩敏和查斯曼寧胺醇類為主的類群，是塊根較大的“大烏頭”的主要來源，具大毒。烏頭系以含15-羥基的單酯、雙酯或多酯以及胺醇類烏頭堿型二萜生物堿為主，且酯基中無大茴香酸酯基，此系是草烏的主要植物來源，具大毒。顯柱烏頭系，烏頭系，興安烏頭系和蔓烏頭系可能代表烏頭亞屬進化的類群。從二萜生物堿化學成分來看，露蕊烏頭亞屬與烏頭屬另外2個亞屬差別很大，結合分子系統發育研究，形態學和細胞學結果，支持其為一單獨屬，介于翠雀屬和烏頭屬之間[15，48]?；诩毎撕腿~綠體DNA序列的分子系統樹將形態極相近的九系分為2個群[47，49]， 一為甘青烏頭系， 圓葉烏頭系， 保山烏頭系和短柄烏頭系，均非單系群而是彼此交織;另一為烏頭系， 興安烏頭系， 顯柱烏頭系， 蔓烏頭系和準噶爾烏頭系，亦均非單系群， 化學分類數據支持此分群。為了烏頭資源的可持續利用和發現高效低毒的新化合物， 有必要將近年涌現的高通量技術用于烏頭研究?；蚪M學和轉錄組學技術將在促進烏頭生物活性化合物研究中發揮關鍵作用。
毛茛科是一個比較原始的真雙子葉植物類群，已知代表性藥用化合物包括芐基異喹啉生物堿、毛茛苷、三萜皂苷、二萜生物堿等。作者結合近年植物化學研究進展，對毛茛科所含主要化學成分類型和分布進行了系統歸納總結。毛茛苷和木蘭花堿在一些屬（例如毛茛屬、鐵線蓮屬、驢蹄草屬等）共存，而非交替出現[2]。結合了療效數據[50]的藥用親緣分析[7， 51]， 支持基于分子標記和形態數據提出的分類系統[44]。毛茛科可分為5個亞科： 毛茛亞科、唐松草亞科、黃連亞科、黃毛茛亞科、白根葵亞科。毛茛亞科可分為10族。鐵線蓮屬與白頭翁屬和銀蓮花屬均屬于銀蓮花族，均含較多五環三萜皂苷;鐵線蓮屬還含有黃酮、花青素、木質素、香豆素、生物堿等[52-53]，其中五環三萜皂苷已用于化學分類研究。升麻族中，類葉升麻屬和升麻屬的療效和化學成分相近， 因此兩屬的親緣關系也近[54]。由于它們果實的形態差異以及細胞學特征不同， 考慮這兩屬為升麻族植物的一個分支， 且類葉升麻屬較升麻屬更為進化。從化學分類學的角度來看， 鐵破鑼屬含有特殊鐵破鑼皂苷可以成為一個獨立的分支?；诩毎薎TS序列的系統發育樹支持以上分析[49，55]。黃三七屬既和鐵破鑼屬一樣含有五環三萜和鐵破鑼型環阿爾廷烷四環三萜類， 又和升麻屬、類葉升麻屬一樣含有吲哚生物堿， 因此認為它是鐵破鑼屬和升麻屬、類葉升麻屬之間的過渡類型[54]?？蓮拿喛聘髯暹x擇10個代表種（貓爪草、小木通、美花草、星果草、驢蹄草、升麻、鐵筷子、黑種草、北烏頭、金蓮花），進行高通量轉錄組測序，從組裝的Unigene中找到單拷貝直系同源基因（>400），聯用這些基因序列構建系統進化樹，結合化學和形態分類，藥理活性和傳統藥物學資料，考察轉錄組數據在藥用親緣關系推斷中的可用性。近年藥用親緣研究還涉及小檗科[56]，百合科貝母屬[57]， 冬青科冬青屬[58]，五味子科[59]和唇形科鼠尾草屬[60]等。這些研究均需要在組學層面繼續深化。
4 結論與展望
中國文明醫藥智慧肇始于原始文化，當時即有博物學知識的積累，包括對人居環境周邊的生態和動植物的基本認識，“神農嘗百草，一日而遇七十毒”，這里便蘊含著中藥資源學和藥用親緣學的萌芽。梳理中藥資源學知識譜系，1980年肖培根提出的藥用植物親緣學是年輕的成員，結合形態分類、化學分類、療效特征研究藥用植物，有可能發現自然界隱藏著的決定論的規律。技術哲學家唐?伊德認為，技術的居間調節作用改變了人類直接經驗到的世界[61]，使得客觀對象的新特征能顯現出來，提供給人類一種新的視野。高精尖的實驗技術仿佛沒有極限，基因組學，代謝組學和相關技術的涌現不斷刷新著對于中藥資源和藥用親緣關系的認識，并正在促成研究范式轉換。新范式的形成將成為藥用基因組親緣學由概念走向成熟理論和實踐應用的標志。
藥用植物親緣學研究藥用植物的植物親緣關系，化學成分和療效（傳統療效和藥理活性）間的相關性[4]，交叉性和涉及多學科是其特點，故這門學科的成長需要開放地吸收有關領域的新知識和新技術。藥用親緣學的研究領域廣泛，其背后更廣闊的背景是中國文明天人合一的古老智慧和中藥傳統文化積淀的博物學資源。藥用親緣學不是封閉的單一學科，而是圍繞藥用植物親緣關系展開多維度透視的交叉學科群，其研究范式開放，知識譜系不斷延伸，呈現快速發展態勢。藥用基因組親緣學（pharmacophylogenomics）擴展了藥用親緣學研究的內涵，可視為藥用親緣學的升級版，將有力推動藥用植物資源的開發和可持續利用[62]，并期待其引領中藥資源實踐導向的交叉學科創新。
[參考文獻]
[1] 肖培根.藥用植物形態，化學成分與療效之間的相關性[J].藥學通報， 1978（13）：1.
[2] 肖培根.中國毛茛科藥用植物形態化學成分和療效相關性的初步研究[J].植物分類學報， 1980（18）：143.
[3] 肖培根，徐克學，宋曉明.大黃屬植物的外形，成分與瀉下作用間聯系性的多元分析[J].中西醫結合雜志， 1982 （4）： 231.
[4] 陳四保，彭勇，陳士林，等.藥用植物親緣學[J].世界科學技術――中醫藥現代化， 2005， 7（6）： 97.
[5] 曹佳，王耘.基于化學成分關系藥物網的親緣植物藥藥性研究[J].中國中藥雜志， 2013， 38（3）：453.
[6] 楊洪軍，唐仕歡，黃璐琦，等.基于親緣關系的中藥藥性研究[J].中國中藥雜志， 2008， 33（24）：2983.
[7] 彭勇，陳四保，陳士林，等.毛茛科植物藥用親緣學的初步探討[J].中國中藥雜志， 2006， 31（13）：1124.
[8] Eisen J A， Fraser C M. Phylogenomics： intersection of evolution and genomics[J]. Science， 2003， 300（5626）：1706.
[9] Searls D B. Pharmacophylogenomics： genes， evolution and drug targets[J]. Nat Rev Drug Discov， 2003， 2（8）：613.
[10] Kohonen P， Nera K P， Lassila O. Avian model for B-cell immunology――new genomes and phylotranscriptomics [J]. Scand J Immunol， 2007， 66（2/3）：113.
[11] Hao D C， Huang B L， Yang L. Phylogenetic relationship within the genus Taxus inferred from protein-coding genes and non-protein-coding DNA sequences [J]. Biol Pharm Bull， 2008， 31： 260.
[12] Hao D C， Xiao P G， Huang B L， et al. Interspecific relationships and origins of Taxaceae and Cephalotaxaceae revealed by partitioned Bayesian analyses of chloroplast and nuclear DNA sequences [J]. Plant Syst Evol， 2008， 276： 89.
[13] 郝大程，肖培根，彭勇，等.紅豆杉藥物資源的生物學和化學研究進展及趨勢分析[J].藥學學報， 2012， 47（7）： 827.
[14] 朱敏，肖培根.中國唐松草屬植物的化學系統學初探[J].植物分類學報， 1991， 29（4）： 358.
[15] 郝大程，肖培根，劉明，等.從藥用親緣學到藥用基因組親緣學：分子系統發育，進化與藥物發現[J].藥學學報， 2014， 49（10）： 1387.
[16] Hofberger J A， Lyons E， Edger P P， et al. Whole genome and tandem duplicate retention facilitated glucosinolate pathway diversification in the mustard family[J]. Genome Biol Evol， 2013， 5： 2155.
[17] Manrique-Carpintero N C， Tokuhisa J G， Ginzberg I， et al. Sequence diversity in coding regions of candidate genes in the glycoalkaloid biosynthetic pathway of wild potato species[J]. Genes Genom Genet， 2013， 3： 1467.
[18] Dutartre L， Hilliou F， Feyereisen R. Phylogenomics of the benzoxazinoid biosynthetic pathway of Poaceae： gene duplications and origin of the Bx cluster [J]. BMC Evol Biol， 2012， 12： 64.
[19] Takos A M， Knudsen C， Lai D， et al. Genomic clustering of cyanogenicglucoside biosynthetic genes aids their identification in Lotus japonicus and suggests the repeated evolution of this chemical defence pathway[J]. Plant J， 2011， 68： 273.
[20] Cosner M E， Raubeson L A， Jansen R K. Chloroplast DNA rearrangements in Campanulaceae： phylogenetic utility of highly rearranged genomes [J]. BMC Evol Biol， 2004， 4： 27.
[21] Henriquez C L， Arias T， Pires J C， et al. Phylogenomics of the plant family Araceae [J]. Mol Phylogenet Evol， 2014， 75： 91.
[22] Qian J， Song J， Gao H， et al. The complete chloroplast genome sequence of the medicinal plant Salvia miltiorrhiza [J].PLoS ONE， 2013， 8（2）：e57607.
[23] Zhao Y， Yin J， Guo H， et al. The complete chloroplast genome provides insight into the evolution and polymorphism of Panax ginseng [J]. Front Plant Sci， 2015， 5：696.
[24] Wu C S， Chaw S M， Huang Y Y. Chloroplast phylogenomics indicates that Ginkgo biloba is sister to cycads [J]. Genome Biol Evol， 2013， 5： 243.
[25] Malé P J， Bardon L， Besnard G， et al. Genome skimming by shotgun sequencing helps resolve the phylogeny of a pantropical tree family [J]. Mol Ecol Resour， 2014， 14（5）：966.
[26] Xi Z， Ruhfel B R， Schaefer H， et al. Phylogenomics and a posteriori data partitioning resolve the Cretaceous angiosperm radiation Malpighiales[J]. Proc Natl Acad Sci USA， 2012， 109： 17519.
[27] Barrett C F， Specht C D， Leebens-Mack J， et al. Resolving ancient radiations： can complete plastid gene sets elucidate deep relationships among the tropical gingers （Zingiberales） [J]. Ann Bot， 2014， 113： 119.
[28] Han F M， Peng Y， Xu L， et al. Identification， characterization， and utilization of single copy genes in 29 angiosperm genomes [J]. BMC Genomics， 2014，15：504.
[29] 何鍇，蔣學龍.中國西南地區的“天空之島”：Ⅰ系統地理學研究概述[J].科學通報， 2014，59（12）： 1055.
[30] Whittall J B， Syring J， Parks M， et al. Finding a （pine） needle in a haystack： chloroplast genome sequence divergence in rare and widespread pines [J]. Mol Ecol， 2010， 19（S1）： 100.
[31] Koonin E V， Wolf Y I. Evolution of microbes and viruses： a paradigm shift in evolutionary biology [J].Front Cell Infect Microbiol， 2012， 2： 119.
[32] 陳士林，孫永珍，徐江，等.本草基因組計劃研究策略[J].藥學學報， 2010， 45（7）： 807.
[33] 郝大程，馬培，穆軍，等.中藥植物虎杖根的高通量轉錄組測序及轉錄組特性分析[J].中國科學：生命科學， 2012， 42 （5）： 398.
[34] Chan C X， Zuner S， Wheeler G， et al. Analysis of porphyra membrane transporters demonstrates gene transfer among photosynthetic eukaryotes and numerous sodium-coupled transport systems [J]. Plant Physiol， 2012， 158： 2001.
[35] 黃璐琦，袁媛，袁慶軍，等.中藥分子鑒定發展中的若干問題探討[J].中國中藥雜志，2014，39（19）：3663.
[36] Wickett N J， Mirarab S， Nguyen N， et al. Phylotranscriptomic analysis of the origin and early diversification of land plants [J]. Proc Natl Acad Sci USA， 2014， 111（45）：E4859.
[37] Koenig D， Jiménez-Gómez J M， Kimura S， et al. Comparative transcriptomics reveals patterns of selection in domesticated and wild tomato[J]. Proc Natl Acad Sci USA， 2013， 110（28）：E2655.
[38] Villar M， Popara M， Mangold A J， et al. Comparative proteomics for the characterization of the most relevant Amblyomma tick species as vectors of zoonotic pathogens worldwide [J]. J Proteomics， 2013， 105： 204.
[39] Martin D I， Singer M， Dhahbi J， et al. Phyloepigenomic comparison of great apes reveals a correlation between somatic and germline methylation states [J]. Genome Res， 2011， 21： 2049.
[40] Brindefalk B， Ettema T J， Viklund J， et al. A phylometagenomic exploration of oceanic alphaproteobacteria reveals mitochondrial relatives unrelated to the SAR11 clade [J]. PLoS ONE， 2011， 6： e24457.
[41] 林瑞超.中國藥材標準名錄[M].北京：科學出版社， 2011.
[42] 朱敏，肖培根. 芐基異喹啉生物堿在木蘭亞綱等植物類群中的分布[J].植物分類學報， 1991， 29（2）： 142.
[43] 陳四保，彭勇，陳士林，等.耬斗菜族藥用植物化學成分及資源利用概況[J].中草藥， 2001， 32（11）：附3.
[44] Wang W， Lu A M， Ren Y， et al. Phylogeny and classification of Ranunculales evidence from four molecular loci and morphological data [J]. Persp Plant Ecol Evol Syst， 2009， 11： 81.
[45] 岳桂東，高強，羅龍海，等.高通量測序技術在動植物研究領域中的應用[J].中國科學：生命科學， 2012， 42（2）： 107.
[46] 肖培根，王鋒鵬，高峰，等.中國烏頭屬植物藥用親緣學研究[J].植物分類學報， 2006， 44（1）：1.
[47] Hao D C， Gu X J， Xiao P G， et al. Recent advances in the chemical and biological studies of Aconitum pharmaceutical resources [J]. J Chin Pharm Sci， 2013， 22（3）：209.
[48] Wang W， Liu Y， Yu S X， et al. Gymnaconitum， a new genus of Ranunculaceae endemic to the Qinghai-Tibetan Plateau [J]. Taxon， 2013， 62： 713.
[49] Hao D C， Gu X J， Xiao P G. Medicinal plants： chemistry， biology and omics[M]. Oxford： Elsevier-Woodhead， 2015.
[50] 肖培根，王立為，仇桂生，等.中國藥用植物傳統療效的計算機統計分析：I木蘭亞綱[J].中西醫結合雜志， 1986， 6（4）： 253.
[51] 彭勇，陳四保，劉勇，等.毛茛科扁果草亞科藥用植物親緣學的探討[J].中國中藥雜志， 2006， 31（14）：1210.
[52] Hao D C， Gu X J， Xiao P G， et al. Chemical and biological research of Clematis medicinal resources [J]. Chin Sci Bull， 2013， 58： 1120.
[53] 孫鳳，楊得坡.鐵線蓮屬植物的化學成分研究進展[J].中國中藥雜志， 2009， 34（20）：2660.
[54] 高Z春，彭勇，楊夢蘇，等.毛茛科升麻族植物藥用親緣學初探[J].植物分類學報， 2008， 46（4）： 516.
[55] Hao D C， Gu X J， Xiao P G， et al. Recent advances in chemical and biological studies on Cimicifugeae pharmaceutical resources [J]. Chin Herb Med， 2013， 5： 81.
[56] 彭勇，陳四保，劉勇，等. 廣義小檗科植物藥用親緣學的研究[J]. 植物分類學報， 2006，44（3）： 241.
[57] Hao D C， Gu X J， Xiao P G， et al. Phytochemical and biological research of Fritillaria medicinal resources [J]. Chin J Nat Med， 2013， 11： 330.
[58] Hao D C， Gu X J， Xiao P G， et al. Research progress in the phytochemistry and biology of Ilex pharmaceutical resources [J]. Acta Pharm Sin B， 2013， 3： 8.
[59] 許利嘉，劉海濤，彭勇，等.五味子科藥用植物親緣學初探[J].植物分類學報， 2008， 46（5）： 692.
前言：工業化進程的加快，帶來了比較嚴重的環境污染問題，不僅影響了經濟的可持續發展，還給人們的健康造成了很大的威脅，因此，做好環境保護和污染治理工作，是可持續發展理念下社會各界普遍關注的問題。利用宏基因組技術，開展環境保護和污染修復，能夠取得良好的效果，而且不會對環境產生二次破壞。
1 宏基因組技術概述
宏基因組的概念最早出現了1998年，用以定義土壤細菌的混合基因組，經過了十數年的發展和演變，現在的宏基因組指的是環境中全部微生物遺傳物質的綜合，也稱環境基因組或者元基因組。宏基因組的主要研究流程，是從自然環境中會，直接提取總DNA，經純化及部分酶切后，接入到合適的載體中，確保其能夠在適當的環境下轉化為宿主菌，進而形成全新的DNA文庫，結合功能檢索和序列分析等，可以針對獲得的克隆子進行篩選，得到目的產物。這里針對其主要流程進行簡單分析[1]。
（1）環境樣本提取：環境樣本的質量是宏基因組技術應用的關鍵所在，在環境樣本中，存在大量的有機和無極顆粒，微生物占據的比例很小，而且其一般都是與顆粒緊密依附，想要在充分保證目的基因完整的前提下，完全提取樣本中的DNA，對于相關技術有著極高的要求。在當前的技術條件下，比較常見的兩種樣品提取方法包括原味裂解法和異位裂解法。
（2）載體選擇：載體的選擇關系著基因組轉入宿主細胞的效率和效果，一般常見的載體包括了有質粒、福斯黏粒、細菌人工染色體、哺乳動物人工染色體等，在進行選擇的過程中，主要參照對象是目的基因的大小以及是否有利于實現目的基因的擴增和表達等。每一種載體都有著各自的優勢和不足，在實際研究過程中，技術人員應該結合具體的需求，對載體進行合理選擇。
（3）宿主菌選擇：目的基因在連接載體之后，需要轉化成宿主菌，然后才能夠進行陽性克隆子的篩選工作，得到各種酶和生物活性物質，從這個角度分析，想要實現重組基因的高效克隆和表達，宿主菌的選擇是非常重要的前提條件，在進行選擇的過程中，必須考慮轉化效率、穩定性以及載體在宿主菌中的表達性等。
（4）宏基因組文庫篩選：宏基因組文庫的構建，主要目的是從中獲取豐富的基因資源，實現對于生物活性物質的挖掘。不過，在環境樣品中，微生物的種類極其繁雜，文庫的容量巨大，如何對功能基因進行有效篩選，是研究人員必須深入探索的問題。就目前來看，經過長期的發展，宏基因組文庫的篩選方案有幾種，包括序列驅動篩選、功能驅動篩選、底物誘導基因表達篩選以及化合物結構篩選等。如果想要獲取更多的信息，可以同時應用多種篩選方法，通過優勢互補，提升宏基因組文庫的篩選效率[2]。
2 宏基因組技術在環境保護和污染治理中的應用
對于環境的保護和污染的治理，一直都是社會各界普遍關注的問題，最近幾年，伴隨著微生物學的發展，生物修復技術逐漸成為了污染修復的熱門技術，主要是利用細菌、真菌以及一些微生物、植物等，通過自然代謝，對環境中的污染物進行清除，利用生物的分解能力，實現污染修復的目的。
2.1降解基因及功能菌株的挖掘
相關研究表明，在環境中可供培養的微生物僅僅占據為微生物總量的1%-10%，而僅僅依照這些資源來對新的物種和基因進行發掘，顯然是遠遠不夠的。結合宏基因組技術，可以從環境樣本中進行基因組DNA的提取和克隆，從而實現了直接從自然界獲取遺傳信息，因此理論上能夠獲取任意序列的基因，既可以借此發現新物種，也可以合成新的物質。從這個角度分析，在環境保護和污染治理中應用宏基因組技術，具有較高的可行性。
很多環境污染，尤其是水體污染，溫度相對較低，并不適合常規微生物的生存，傳統的生物修復技術無法起到良好的效果。應用宏基因組技術，可以篩選出一些在低溫條件下具備良好生存能力和生物活性的微生物，實現污染的治理和修復，如海洋石油降解、重金屬低溫修復等。同樣，在高溫、酸堿等極端環境中，宏基因組技術的應用同樣能夠起到良好的污染修復效果。就目前而言，在環境科學領域，遺傳工程是最活躍一個分支，可以將宏基因組中分離出的基因元件組編織成具備降解污染物功能的基因簇，取代原本的化工物，或者直接針對環境中的污染物質進行降解。必須注意一點，基因工程菌在實際應用前，需要做好功能穩定性、遺傳穩定性以及生態安全性的檢驗，確認無誤后才能用于污染治理[3]。
2.2生物種群多樣性的分析
在全球環境變化研究中，生物的多樣性和變化性一直都是備受關注的課題，針對微生物種群的多樣性及相關群落結構進行研究，是現代環境監測與評價的一個重要手段。宏基因組技術的應用，能夠幫助研究人員充分了解環境樣品中微生物的多樣性，結合其中的總DNA提取方法，可以了解微生物與被污染環境的互作關系，明確污染程度，實現對于環境的監控和評價。例如，Treusch等研究人員從森林土壤以及沙地生態系統中提取DNA，構建出了3個大片段Fosmid基因文庫，對古細菌多樣性進行了明確揭示；黃立南等人采用擴展性rDNA限制性酶切片段分析法，針對廣州市北郊的李坑垃圾填埋場滲濾液中存在的古細菌群落進行了研究和分析，從中初步獲取了垃圾填埋內部古細菌群落的結構和多樣性的信息。
伴隨著研究的不斷深入，證實了環境的變化會對生物物種產生影響，同時，處于隔離狀態的單一物種會主動對環境變化作出響應，不過其與存在各類互作關系時的結果有著很大的差異性。只有在基因組水平上，對環境脅迫銀族以及微生物群落的組成關系進行深入研究，才能對生物、環境以及生態之間的相互關系進行明確，了解其動態變化，為環境的保護、檢測、預警、評價及治理提供可靠依據[4]。
3 結語
總而言之，利用宏基因組技術，可以獲取生物多樣性的相關信息，這些信息在環境監測和評價中發揮著重要作用，不過，考慮到宏基因組技術研究實踐尚短，存在著大量亟待解決的技術難題，加上其本身的研究涉及范圍光、工程量巨大，應該對各種資源進行整合，構建環境樣品宏基因組共享數據庫，推動多個學科的交叉融合，使得宏基因組技術在環境保護和污染治理方面的作用能夠得到最大限度的發展。
參考文獻
[1]張薇，高洪文，張化永.宏基因M技術及其在環境保護和污染修復中的應用[J].生態環境，2008，17（4）：1696-1701.
【關鍵詞】 江西省 梔子 種質資源
梔子 Gardenia jasminoides Ellis又名黃梔子、紅梔子、山梔，為茜草科多年生常綠灌木，喜溫暖濕潤、陽光充足的環境，較耐旱，忌積水［1］。以果實入藥，具瀉火除煩、清熱利尿、涼血解毒的功效，用于熱病心煩、黃疸尿赤、熱淋澀痛、血熱吐衄、目赤腫痛、火毒瘡瘍；外治扭挫傷痛［2］?，F代研究表明梔子還有利膽作用、止血作用、鎮靜、降溫作用、抗病原微生物作用、抗炎作用、降血壓作用等［3］。除藥用外，梔子還是重要的天然黃色素原料，被廣泛應用于食品、化工等行業。目前純天然黃色素在食品業、染色業中所占比例僅為10%， 而國內每年以20%～30%的需求速度增長，市場價格長期趨勢穩中有漲，因此目前種植梔子的前景比較看好［4］。
1 調查方法
江西是梔子的主產區之一，目前人工種植面積超過26 667 ha。贛中丘陵主要為紅壤，較適合發展梔子種植產業。本次調查是在前期文獻調研的基礎上，結合梔子的生物學特性和生態特性，以研究人員深入到各個縣、市為主，依靠當地農業部門以及藥材部門為輔的方法進行實地考察，并對目前江西省梔子種植規模較大的地區如新干、金溪、豐城、樟樹等地進行重點考察。
2 調查結果
在調查中發現了江西省梔子主要用途有兩個，一是以新干縣、永豐縣、進賢縣、臨川市等為代表的其梔子主要供提取色素用，二是以金溪、豐城、樟樹為代表的梔子加工為藥材供藥用。由于近年來大規模的人工種植，病蟲害明顯增多，梔子的抗性呈下降趨勢，產量、質量也隨之下降，從而嚴重影響了江西梔子產業化的發展。因此，開展梔子種質資源調查，收集優良種質，對開展梔子品種選育工作有重要意義，對人工栽培種植梔子出現的許多問題也能在一定程度上進行改善；并且通過調查加強對我省野生梔子資源的保護。
2.1 江西梔子種質分布情況在調查中發現，梔子在江西省是典型的野生廣布種，基本上每個縣市均有野生分布。通過對豐城、玉山等99個縣(區)、市的調查，發現除南昌市東湖區、西湖區、青云譜區、青山湖區外基本上每個縣（區）均有野生梔子分布；同時也了解到其中31個縣、市進行了梔子的人工種植。人工種植梔子主要集中在以下幾個地區，吉安市的新干縣、永豐縣、峽江縣、吉安縣、泰和縣、永新縣一帶，其中又以新干縣和永豐縣為多，面積在約6 667 ha；撫州地區的金溪縣、臨川市、南城縣一帶，其中又以金溪縣和臨川市規模較大，面積達約10 667 ha；宜春市則主要集中在樟樹市、豐城市一帶，面積達約5 300 ha，其它地方如上高、高安等縣市也有一定的規模；九江市的武寧縣，上饒市的婺源縣，南昌市的進賢縣，也有一定的種植規模，但大多處于初產期。調查過程中我們采集了356份梔子種質樣品，供實驗室研究用。在調查中也發現了江西省在種植梔子時出現了許多問題，有的地方野生梔子資源遭到了嚴重的破壞。
2.2 梔子種質資源類型從本次調查所收集的梔子種質資源來看，江西省的梔子種質資源可以從葉型、果實顏色、果實大小、果實形狀、果實成熟期、宿萼長度及開張程度、樹形等方面來進行分類，約有25種不同的類型。
2.2.1 葉的類型江西梔子種質的葉型主要有：長卵形葉、卵形葉和披針形葉等3種類型。
2.2.2 果實顏色類型江西梔子成熟果實的表面顏色主要有紅色、黃色、紅黃色、紫紅色4種類型。
2.2.3 果實大小類型江西梔子的果實根據其鮮果的重量大小可分為大果、中果、小果3種基本類型。
2.2.4 果實形狀類型江西梔子的果實外形主要有卵圓形、圓形和長形3種基本類型。
2.2.5 果實成熟期根據果實成熟的時期可以分為早熟、中熟和遲熟3種基本類型。
2.2.6 宿萼長度類型根據鮮果的宿萼長度與果實長度的比值來劃分，江西梔子的宿萼長度類型有長萼、中萼和短萼3種類型。
2.2.7 宿萼的開張程度根據鮮果的宿萼的開張程度可以分為開張、平行和閉合3種類型。
2.2.8 樹形的開張程度根據成年樹樹冠與地面的夾角可以分為直立、開張和匍匐3種基本類型。
3 種質資源開發現狀和存在的問題
3.1 資源豐富，但加工技術落后，開發利用度低江西省的梔子資源比較豐富，特別是在前幾年隨著市場對梔子的需求量的增大，在江西的一些地方進行了大規模的梔子種植，種植規模在26 667 ha以上，且野生資源分布廣，資源蘊藏量大。但在調查中發現，許多個體戶對梔子的認識不足，加工技術落后，開發利用度較小，部分種植戶采用原始的土法加工，操作不規范，如蒸的時間長短不一致，從而導致梔子生熟不一致；如干燥過程中溫度過高，導致藥材品相不好等，這樣嚴重地影響了梔子藥材的質量。還有部分地方種植的梔子僅供提取色素用，而對于其中的環烯醚萜苷類化合物如梔子苷等成分未加之提取，白白地浪費了。由此可見種植個體戶對梔子有效成分的了解不夠，他們的知識水平還有待進一步的提高。因此隨著市場對梔子的需求量逐漸達到飽和，價格也在逐漸趨于穩定并呈下滑趨勢，如今年梔子鮮果的價格僅0.7～0.8元，遠遠低于前幾年，從而導致許多個體戶對梔子種植熱情明顯不足，管理就顯得很不關心，甚至有的地方出現了荒蕪現象。
3.2 科學管理水平不足在調查中發現許多個體戶的管理水平非常缺乏，從而在種植梔子時顯得心有余而力不足，而且許多地方雖然大面積的種植梔子，但是管理的人員不僅少而且對專業知識了解很少。另外由于天氣的影響對梔子的影響也很大，但種植戶也不能運用先進的科學技術去減少天氣帶來的負效應，未能做到未雨綢繆。只能靠天吃飯，年景好多收，年景差少收。
3.3 破壞生態平衡由于市場需求的逐漸飽和，而種植面積的逐漸增多，使得梔子的價格有下滑趨勢，從而在許多地方種植戶為了降低生產的成本，在病蟲害防治過程中使用了一些不符合藥材規范化種植的農藥，影響了藥材的質量，也對當地的生態平衡產生了負面的影響。
3.4 收獲季節顯得雜亂無章在調查中研究人員發現在許多地方由于是大面積的種植，而目前梔子的采收主要依賴于人工，隨著大量的農民工外出務工，農村勞動力明顯不足，因此許多種植戶為了能夠順利的完成采收任務，往往提前開始采收，從而使大量尚未成熟的梔子也被采收了，影響了梔子的質量，從而對梔子上市產生了負面的影響。還有許多采藥人員為了達到完成采收任務，對梔子的采收不按科學方法進行，導致梔子葉和嫩梢遭受損傷，從而嚴重影響來年的梔子生產。
4 梔子種質資源開發利用的前景與措施
4.1 加強考察，提高梔子種質資源的開發利用度江西省的藥材種植業在全國有較大的影響，如江西梔子、枳殼、車前等藥材的種植規模居全國之首。因此在對種植藥材的利用度方面要更加重視，因為這在一定程度上不僅影響了當地的經濟發展，也影響我國整體經濟的發展。在調查中，我省的許多地方對梔子的開發利用度甚微，因此農、林、醫藥單位應充分運用現代化技術加大對梔子種植技術的研究，從而提高對該種質資源的利用度。
4.2 加強投入，注重藥用植物種質資源的研究與利用考察、收集和保護梔子種質資源，其目的在于研究和充分利用其優異性狀或優異基因，以期更好服務于梔子種植業。近年來，國內藥材種植業的發展一定程度受制于沒有較多突破性新品種的問世，而現有品種退化現象非常明顯，其關鍵在于沒有對藥用植物現有的種質資源進行系統的收集、整理和評價，從而影響了優良品種的選育工作。因此加大力度，全面開展藥材種植業種質資源的基礎研究，重點開展藥用植物種質的結構基因組學、功能基因組學、比較基因組學和進化基因組學及生物信息學等方面的研究，發掘和利用現有的優異基因，進行品種選育，從而培育出更多優質高產抗性強的新品種，服務于藥材種植業生產。
4.3 加大力度，重視梔子種質資源遺傳多樣性的保護
在引進新品種或進行大面積種植的同時保留當地野生植物原有的生態環境，使其不致因環境惡化或人為破壞而隨自然棲息地的消失而滅絕，并且只有在原有生態條件下保存這些植物，才能使它們在與環境條件的相互作用下，不斷產生變異，從而演化出適應惡劣條件的基因，為人類不斷發掘和利用這些基因提供來源。梔子在江西具有豐富的野生資源，蘊藏了大量的優良基因，但是這些優良基因尚未進行系統的收集、整理和評價，對于其中的優良基因尚未獲取，因此加強對其的保護就勢在必行。而要真正保存這些優良基因，首先就應保護其原有的生態環境。
4.4 加強宣傳、教育、學習，提高種植個體戶的整體素質
從調查中發現，許多種植戶對梔子的認識不夠，在資源利用上浪費嚴重，此外部分種植戶為了獲取更大的利益，盲目擴大種植規模，破壞了當地的地表植被，導致水土流失比較明顯。因此各地政府，以及相關單位應該抓好對當地人民的文化素質水平的建設、提高他們的環保意識等，讓人民對現代科學技術有一定的認識，并運用先進的科學技術發展梔子種植業。
參考文獻
［1］孔令武，孫海峰.現代實用中藥栽培養殖技術［M］.北京：人民衛生出版社，2000，12:310.
中圖分類號：TS41+1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2012）23-5248-05
Review and Prospect of Metabonomics in the Research of Tobacco Aroma Composition
FENG Ji，YU Jun，CAI Chang-chun
（Research Center of Tobacco Biotechnology Engineering， Hubei Tobacco Research Institute， Wuhan 430030， China）
Abstract： Metabonomics， developed from the late 20th century， is a new discipline comprehensively researching on all metabolites in organisms. It is to analyze qualitatively and quantitatively and reveal the mechanism of metabolism in organisms. Although metabonomics has been developing rapidly in recent decades， the application of metabonomics on research of tobacco （Nicotiana tabacum） aroma composition is still in the primary stage. The technical methods and progress on aroma composition in tobacco were reviewed； and the prospects of the application of metabonomics on the research of tobacco aroma composition were looked forward.
Key words： tobacco（Nicotiana tabacum）； metabonomics； aroma composition； crossed research
隨著煙草基因組測序的完成（測序品種為野生種絨毛狀煙草Nicotiana tomentosiformis、林煙草N. sylvestris和栽培種紅花大金元N. tabacum），人們逐漸從煙草結構基因組學（以建立高分辨率的遺傳和物理圖譜為主）向煙草功能基因組學、轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學過渡。代謝組學（Metabonomics）是繼轉錄組學和蛋白質組學之后發展起來的一門新興學科，是系統生物學的重要組成部分。代謝組學的概念來源于代謝組，而要了解代謝組則必須先了解代謝（Metabolism）和代謝物（Metabolite）。代謝是指生物體內所發生的用以維持生命的一系列有序的化學反應總稱。在代謝過程產生或消耗的小分子物質（分子質量1 000 u以內）叫做代謝物，不包括生物大分子物質。因此，代謝物的分析是從分子水平上研究生物體生命活動的一個重要突破口。代謝組學是以組群指標分析為基礎，以高通量檢測和數據處理為手段，以信息建模與系統整合為目標，對某一生物或細胞在一特定生理時期內所有代謝物進行定性和定量分析的一門新學科[1]。
煙草中的香味物質是以煙草植株體內初生代謝前體物為原料，經一系列酶的催化作用發生生理生化反應所形成的一類次生代謝產物。目前從煙葉組織中已鑒定出的代謝物有3 000多種，其中與香味有關的代謝物有700余種[2]。這些香味物質的分子里含有羥基、巰基等特定致香功能基團，使煙葉組織散發出令人愉悅舒爽的香味。按照特定致香功能基團不同，煙草香味物質可分為有機酸類、酚類、脂質類、甾醇類、萜類、雜環類等代謝物[3]。如此種類繁多的煙草香味代謝物給研究帶來了一定的困難。然而利用代謝組學的技術手段，將這數百種不同種類的香味物質作為一個整體研究對象，通過高通量的分析儀器進行檢測，對所獲得的大量數據進行相應的整合處理，從中了解和掌握煙草中所有香味物質代謝變化規律，可有效地判斷和預測煙草香味物質的代謝變化，為培育不同香型煙草品種服務。因此，將代謝組學研究技術應用于煙草香味物質研究中是十分必要的[4]。
1 代謝組學的技術原理
代謝組學研究技術具有高靈敏度、高通量和無偏向性等特點。近紅外光譜（Near infrared spectroscopy，NIR）分析技術是近年來代謝組學研究領域快速發展的一種高效分析技術，該技術是將一束不同波長的紅外射線照射到標準樣品上，某些特定波長的紅外射線被樣品吸收而形成該樣品的紅外吸收光譜，然后利用近紅外光譜所反映的樣品基團、組成或物態等信息構建校正模型，以此來實現對未知樣品的定性或定量分析。在煙草香味物質研究中，研究人員收集數百份具有代表性樣品的光譜數據，以此建立相應指標的近紅外模型用于測定煙草重要香味成分。研究結果表明，近紅外光譜分析技術作為一種簡便、高效、低消耗的綠色分析技術用于測定煙草中重要香味物質成分是可行的[5，6]。然而，該技術需要大量有代表性樣品建立模型，同時需要根據儀器的改變或標準樣品變化不斷更新模型，這些因素大大縮小了近紅外光譜分析技術的使用范圍。
色譜法是另一種高效的分析手段，具有高分辨能力、高靈敏度和高分析速度等特點，是分析復雜混合代謝物的主要手段[7]。但是在進行定性和定量分析時，由于色譜法主要依據保留的出峰值，很難對那些未知復雜的代謝物做出定性分析，因此需要借助于其他儀器進行輔助分析。而質譜分析法是一種將分子電離成不同的帶電荷離子，然后按質荷比將其分離和檢測，從而推斷分子結構的分析方法[8]。雖然質譜分析法具有很強的結構分析和鑒定能力，但是這種方法只能夠對單一的組分給出良好的定性結果，對那些復雜混合的代謝物不具備分離解析能力。因此，色譜與質譜聯用技術既可以發揮色譜法和質譜法各自的優勢，同時也相互彌補了各自的不足。氣相色譜與質譜聯用技術（Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）于1957年首次得以實現[9]，并且得到迅速的發展。該方法主要適合于復雜的混合代謝物中未知組分的定性分析，判斷代謝物的分子結構。這種方法靈敏度高，分析速度快，重復性好，但不足之處是對樣品中難揮發或是極性較大的代謝物進行分析之前，需要將樣品經過衍生化處理。液相色譜與質譜聯用技術（Liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）可以很好地解決這個問題[10]。與GC-MS相比，LC-MS更適合于分析那些沸點高、分子大、熱穩定差或極性強的代謝物。在已知的植物代謝物中大約70%的代謝物是不揮發的，因此LC-MS比GC-MS有更加廣闊的應用前景。但是LC-MS和GC-MS各有所長，應相互補充。目前在煙草的香味物質分析研究中，GC-MS的應用較廣泛，大部分煙草香味物質是由GC-MS分析技術檢測出來的[11]。
2 代謝組學在煙草香味物質研究中的應用
2.1 煙草香味物質成分的鑒定
在20世紀五六十年代，科研人員就著手對煙草香味物質成分進行分離檢測，但由于分離檢測技術手段的限制，相關研究未能取得實質性突破，人們對煙草香味物質的認識始終停留在初級水平。隨著氣相色譜、液相色譜、質譜等代謝組學研究技術的發展和普及，使得科研人員能夠在高通量水平上對煙草香味物質成分進行分離、鑒定以及相應研究。1976年，Lloyd等[12]借助蒸餾萃取技術從烤煙煙葉和煙絲中提取出香精和精油，并將它們分成若干組分，利用GC-MS技術并結合近紅外、核磁共振等技術，對香精和精油中香味物質進行了研究，分離鑒定出羧酸類、醇類、醛類、脂類等共計12類323種代謝物（香精中含有195種，精油中含有228種），其中275種是在烤煙中首次發現的，132種未在其他類型煙草中被發現。Demole[13，14]等采用水蒸氣蒸餾、溶劑提取和真空蒸餾技術對白肋煙中的揮發性和半揮發性香味物質進行提取，通過GC-MS技術對提取物進行檢測分析，共鑒定193種代謝物，其中81種代謝物首次在煙草中被鑒定，確定大馬酮和二氫大馬酮為重要的香味物質。Schumacher[15]以馬里蘭煙為研究材料，利用GC-MS技術對其提取液進行檢測分析，鑒定出142種馬里蘭煙香味物質，并將這些香味物質與烤煙、白肋煙的香味物質進行比較分析。
我國對煙草香味物質成分分離檢測研究起步較晚，但近20年我國科研人員檢測煙草香味物質成分的研究也取得了較大的進展，分離鑒定出一批與煙草香氣有關的代謝物。劉百戰等[16]借助頂空分離法從不同部位、成熟度及顏色的云南烤煙中提取香味物質，并利用毛細管氣相色譜技術對提取液進行測定分析，共檢測到14種香味物質。謝劍平等[17]采用蒸餾萃取技術從國產（湖北鶴峰、重慶奉節）和進口（巴西、津巴布韋和馬拉維）白肋煙煙葉中提取出香味物質，用GC-MS技術對提取液中的酸性、堿性和中性香味物質進行了分析，總共鑒定出200種香味物質，其中有30種代謝物在煙草香味物質研究中尚未報道。吳新華等[18]采用超高效液相色譜-電噴霧串聯四極桿質譜（UPLC-ESI-MS/MS）技術并在多反應離子監測（MRM）模式下，分離測定了7種煙草的香味物質。
利用代謝組學技術對煙草香味物質成分的鑒定研究，在很大程度上提高了對煙草香味物質的認識，證實了不同香型煙草間的香味物質成分存在顯著的差異[19]。代謝組學研究技術為煙草香味物質研究提供了一種準確客觀的檢測技術，為今后深入研究不同煙草類型間、不同品種間、不同地方種植同一品種間主要香味物質的差異及其形成原因提供了可能的手段。
2.2 不同基因型煙草香味物質的比較
在影響煙草香味物質合成與積累的因素中，基因型是最重要的因素，它可通過煙草體內基因表達調控直接影響煙葉的香味[20]。如煙草品種的基因型存在缺陷，無論采取怎樣的栽培技術和其他措施，其體內不產生或合成較少香味物質，導致該煙草的香氣質和量上都存在不足。因此，要獲得香氣品質優良的煙草品種，必須鑒別區分不同基因型煙草材料之間的香味物質差異，對評價篩選優良特色煙草材料有重要作用。常愛霞等[21]利用蒸餾萃取以及GC-MS技術對特香型烤煙、香料煙和烤煙3種類型的煙葉進行了揮發性致香成分的檢測分析，發現特香型烤煙與烤煙的差異相對較小，而與香料煙存在著較大差異。汪耀富等[22]采用GC-MS技術對中國推廣種植的5個不同基因型烤煙品種的香味物質含量進行了比較分析，證明不同基因型烤煙葉片間香味物質的含量差異較大。席元肖等[23]應用LC和GC-MS技術，對中國18個產區68個產煙縣的初烤煙葉樣品的香味物質進行代謝組學分析。結果表明香型烤煙的葉黃素、類胡蘿卜素、新綠原酸、蕓香苷等共13種香味物質的含量顯著較高；濃香型烤煙的綠原酸、香葉基丙酮、苯乙醛、苯甲醛、巨豆三烯酮等共7種香味物質的含量顯著較高；中間香型烤煙大部分香味物質含量居中。因此，基因型對目標香型烤煙品種的選育有十分關鍵的影響。
2.3 不同生態環境煙草香味物質的比較
煙草中香味物質合成與積累易受外界環境影響，光照、溫度、水分、海拔、氣候等因素是影響煙草香味物質的重要因素[24]。因此，監測不同環境中的煙草香味物質的變化，可以了解不同的外界環境對煙草體中香味物質合成與積累的影響。楊興有等[25]使用NIR、HPLC和GC-MS分析技術對不同光照處理過的烤煙材料進行分析。研究結果顯示，中性香味物質總量隨光照減弱而明顯增加，但當光照減弱到一定程度，中性香味物質又開始減少。水分是煙草生長發育不可或缺的條件，但降水量和土壤中水分含量對煙草煙葉香味物質的影響卻是相反。例如采用HPLC分析技術對煙草葉片的香味物質進行分析，研究發現增加田間灌水量能顯著提高煙草葉片產生香味物質，而降雨則能淋洗大量煙葉表面脂溶性香氣物質[26，27]。楊虹琦等[28]采用HPLC分析技術對來自于云南、貴州、福建、河南、黑龍江5省共10個地區的煙葉材料進行分析。研究表明，隨著緯度的降低和海拔高度的升高，烤煙中類胡蘿卜素含量逐漸升高。
2.4 不同栽培與調制方式煙草香味物質的比較
不同栽培措施對煙草中香味物質合成與積累影響較大，只有根據各煙區自身的環境條件，找到合適的栽培方式，最大限度地發揮各煙區的自然優勢，使各煙區煙葉具有不同風格特色的香味。例如煙草種植密度和葉片數影響著煙葉中性香味物質的含量。因此，趙銘欽等[29]采用GC-MS分析技術在延邊煙區對種植密度和留葉數不同的煙草進行檢測分析。結果表明，不同種植密度和留葉數對煙葉中性致香物質含量的影響不同，其中當密度為120 cm×50 cm、留葉數為18片/株時，煙葉中性香味物質含量最高，香氣質量較好，適宜在延邊煙區生產中推廣應用。
煙葉調制過程是香味物質前體物降解、香味物質形成和轉化的主要時期。因此探索優化調制過程中的條件，最大限度促使煙葉內香味物質前體物大量轉化，使得更多的特色香味物質彰顯出來。Weeks等[30]運用GC-MS技術分析發現煙葉在調制過程中香味物質新植二烯含量顯著增加，但陳化時間過長，其含量則下降，表明新植二烯可發生進一步代謝反應。宮長榮等[31]利用GC-MS技術研究不同烘烤條件下的煙葉香味物質含量，認為以低溫慢烤煙葉中香氣物質損失較少，內在品質較好。
2.5 代謝組學與其他學科的交叉應用
隨著各個學科研究的深入，科學家們逐漸認識到基因組、表達組和蛋白質組水平上的變化不一定能夠對煙草香味物質產生實質的影響。而煙草體代謝產生的代謝產物才是煙草體中新陳代謝的最終結果，能夠準確反映煙草體中狀態，因此只有將各個學科所獲得的相關信息聯系起來，才能從整體水平研究煙草香味物質對環境變化的響應[32]。任何單一方面的研究對煙草香味物質的理解都是不全面的，因此煙草代謝組學與其他學科的交叉研究是必然趨勢。
將代謝輪廓分析與遺傳學、基因組學結合在一起展開研究，是煙草代謝組學與遺傳學、基因組學交叉領域新興的研究方向。常愛霞等[33]采用蒸餾萃取和GC-MS分析技術，對有特殊香氣大白筋599和具有一般香氣的G28烤煙煙葉進行全面代謝輪廓分析，共檢測到67種香味物質，其中55種為二者共有，且大白筋599有25種香味物質含量高于G28。剩下12種香味物質為品種特有，其中8種為大白筋599所特有，4種為G28所特有。進一步的遺傳分析表明大白筋599的特異香味物質是由單顯性基因所控制。另外，有人采用代謝組學與基因組學研究方法對香料煙香味物質進行研究，發現香料煙特征性香味物質是雪松-琥珀香，該代謝物受一個位于A染色體上的基因控制[34]。
由于煙草中大多數香味物質的含量較低，通過育種工程增加某類物質的含量需要漫長時間且效果也不明顯，無法在短期內快速有效地改善煙草的香味品質。因此，通過基因工程技術將某些特定的基因導入煙草基因組內或使用農桿菌轉化煙草而獲得轉基因植株，可以快速有效提高煙草的香味品質[35]。李雪君等[36]采用GS-MS分析技術，對轉法呢基焦磷酸合酶（Farnesyldiphosphatesynthase，FPS）基因煙草株系（K-4、K-6、K-17、K-35）和未轉基因對照的烤后煙葉中類胡蘿卜素含量及萜烯類香味物質含量進行分析，研究發現與未轉基因對照相比，轉基因煙草株系烤后煙葉中8種類胡蘿卜素降解產物及茄酮、新植二烯含量都有不同程度的提高，結果表明外源FPS基因在煙草中的表達對煙草香味物質的合成具有促進作用，有利于煙葉品質的提高。
結合細胞生物學研究方法，利用植物細胞培養技術獲得高產細胞系，通過調節培養基、激素、光照、溫度、脅迫因子等培養條件對培養的細胞系進行處理，最終應用代謝組學研究技術得到穩定可靠的試驗數據。Chappeil等[37]采用GC-MS分析技術對處理過的煙草懸浮細胞和未處理對照的細胞培養液進行分析，結果認為向煙草懸浮細胞中加入真菌細胞壁碎片后會導致細胞培養液中香味物質倍半萜產物的積累增加。
3 展望
代謝組學是進行煙草香味物質研究的主要手段之一，目前在煙草香味物質的檢測分析以及相關基因功能的研究等方面取得了很大的成功。但從總體來看，代謝組學在煙草香味物質研究中的應用仍然處于發展階段，在方法學和應用兩方面均面臨著極大的挑戰。
在方法學研究方面，煙草香味物質的復雜性使得研究人員對分析技術的靈敏度、分辨率、動態范圍和通量提出了更高的要求[38]。代謝組學研究的深入得益于分析技術的不斷發展，如高分辨質譜、超高效液相色譜與質譜聯用、毛細管液相色譜與質譜聯用和多維核磁共振技術等的使用，為代謝組學在煙草香味物質研究中的應用提供了更加廣闊的空間。但是由于缺乏可通用的標準數據庫，一定程度上限制了這些技術在煙草香味物質研究中的應用范圍。因此完善的煙草香味物質數據庫的構建及相應研究的標準化等越來越受到關注。在應用方面，如何從大量的煙草香味物質中找出特異性的香味物質（特別是低豐度的香味物質）是煙草代謝組學發展的瓶頸。能否克服此瓶頸是決定此技術能否廣泛應用的一個重要因素。
由于煙草代謝組學存在著這些制約因素，將煙草代謝組學與其他學科整合交叉研究，并且相互驗證，是學科發展的必然趨勢。目前的研究均是將其他組學兩兩結合起來研究，如將其他學科全部結合成為一個有機體對煙草香味物質進行研究，將會使煙草香味物質的研究提升到一個前所未有的深度。如“煙草基因組計劃”（我國《煙草行業中長期科技發展規劃綱要（2006-2020年）》中確定的9個科技重大專項之一）將大規模開展煙草基因組測序和全基因組序列圖譜的繪制、揭示基因表達調控的機制、闡明蛋白質組分的表達及功能模式、探索代謝產物變化規律及構建相應的代謝調控網絡等，以實現煙草基因組、轉錄組、蛋白質組和代謝組等數據的整合，建立全面系統的煙草生物信息學數據庫，提高對煙草復雜生物學調控網絡的認識，這也是未來煙草香味物質研究的重要趨勢[39，40]。
參考文獻：
[1] FIEHN O， KOPKA J， DORMANN P， et al. Metabolite profiling for plant functional genomics[J]. Nat Biotechnol，2000，18（11）：1157-1161.
[2] 劉彩云，劉洪祥，常志隆，等.煙草香氣品質研究進展[J].中國煙草科學，2010，31（6）：75-78.
[3] 劉 宇，顏合洪.煙草致香物質的研究進展[J]. 作物研究，2006， 20（S1）：470-474.
[4] HALL R D. Plant metabolomics： from holistic hope， to hype， to hot topic[J]. New Phytol，2006，169（3）：453-468.
[5] 王 玉，王保興，武 怡，等.煙葉重要香味物質的近紅外快速測定[J].光譜實驗室，2007，24（2）：69-72.
[6] 蔣錦鋒，李 莉，趙明月.應用近紅外檢測技術快速測定煙葉主要化學成分[J].中國煙草學報，2006，12（2）：8-12.
[7] YANG J， XU G W， ZHENG Y F， et al. Diagnosis of liver cancer using HPLC—based metabonomics avoiding false-positive result from hepatitis and epatocirrhosis diseases[J]. Chromatogr B， 2004，813（1-2）：59.
[8] DETTMER K， ARONOV P A， HAMMOCK B D. Mass spectrometry-based metabolomics[J]. Mass Spectrom Rev，2007，26（1）：51-78.
[9] HOLMES J C， MORRELL F A. Oscillographic mass spectrometric monitoring of gas chromatography[J]. Appl Spectrosc，1957，11（2）：86-87.
[10] WAGNER S，SCHOLZ K，SIEBER M，et al. Tools in metabonomics： an integrated validation approach for LC-MS metabolic profiling of mercapturic acids in human urine[J]. Anal Chem，2007，79（7）：2918-2926.
[11] 馬挺軍，曾會明.煙草香味物質的研究進展[J]. 農產品加工·創新版，2010（6）：55-57.
[12] LLOYD R A，MILLER C W，ROBERTS D L，et al. Flue-cured tobacco flavor. I. Essence and essential oil components[J]. Tobacco Science，1976，20：43-51.
[13] DEMOLE E， BERTHET D. A chemical study of Burley tobacco flavour （Nicotiana tabacum L.）. II. Medium-volatile， free acidic constituents[J]. Helvetica Chimic Acta，1972，55（6）：1898-1910.
[14] DEMOLE E， BERTHET D. A chemical study of Burley tobacco flavor（Nivotiana tabacum L.）.Ⅰ.Volatile to medium-volatile constituents[J]. Helvetica Chimic Acta，1972，55（6）：1866-1882.
[15] SCHUMACHER J N. Flavor composition of Maryland tobacco[J]. Beitr Tabakforsch Int，1984，12（5）：279-284.
[16] 劉百戰，冼可法.不同部位、成熟度及顏色的云南烤煙中某些中性香味成分的分析研究[J].中國煙草學報，1993，1（3）：46-53.
[17] 謝劍平，趙明月，吳 鳴，等.白肋煙重要香味物質組成的研究[J].煙草科技，2002 （10）：3-16.
[18] 吳新華，朱瑞芝，王 凱，等.超高效液相色譜-電噴霧串聯質譜法快速分析煙草中7種潛香物質[J].質譜學報，2010，31（2）：88-93.
[19] 宗 浩，楊 程，陳 剛，等.不同烤煙品種香型風格與多酚類物質含量差異分析[J]. 中國農學通報，2011，27（30）：241-245.
[20] 賈燕超，劉培玉，楊鐵釗，等.不同生態區烤煙基因型間煙葉基礎香味物質的差異分析[J]. 江西農業學報，2011，23（1）：31-34.
[21] 常愛霞，賈興華，郝廷亮，等.特香型烤煙揮發性致香物質的測定與分析[J].中國煙草科學，2002，23（1）：1-5.
[22] 汪耀富，高華軍，劉國順，等.不同基因型烤煙葉片致香物質含量的對比分析[J].中國農學通報，2005，21（5）：117-120.
[23] 席元肖，宋紀真，李 鋒，等.不同香型烤煙香氣前體物及香味成分含量的差異分析[J].浙江農業科學，2011（2）：355-361.
[24] 劉紅恩，許安定，謝會川，等.煙葉品質與生態環境的關系研究進展[J].湖北農業科學，2011，50（9）：1731-1734.
[25] 楊興有，劉國順.成熟期光強對烤煙理化特性和致香成分含量的影響[J].生態學報， 2007，27（8）：3450-3456.
[26] 溫永琴，徐麗芬，陳宗瑜，等.云南烤煙石油醚提取物和多酚類與氣候要素的關系[J]. 湖南農業大學學報（自然科學版），2002，28（2）：103-105.
[27] SEVERSON R F，ARRENDALE R F， CHORTYK O T， et al. Quantitation of the major cuticular components from green leaf of different tobacco types[J]. J Agric Food Chem，1984， 32（3）：566-570.
[28] 楊虹琦，周冀衡，楊述元，等.不同產區烤煙中主要潛香型物質對評吸質量的影響研究[J]. 湖南農業大學學報（自然科學版），2005，31（1）：11-14.
[29] 趙銘欽，韓 靜，劉友杰，等.種植密度和留葉數對延邊烤煙中性致香物質含量及評吸質量的影響[J]. 浙江農業學報，2009，21（2）：178-182.
[30] WEEKS W W， SISSON V A， CHAPLIN J F. Differences in aroma， chemistry， solubilities， and smoking quality of cured flue-cured tobaccos with aglandular and glandular trichomes[J]. J Agric Food Chem，1992，40（10）：1911-1916.
[31] 宮長榮，汪耀富，趙銘欽，等.烘烤過程中煙葉香氣成份變化的研究[J]. 煙草科技，1995（5）：31-33.
[32] 朱 超，梁瓊麟，王義明，等.代謝組學的整合化發展及其新進展[J].分析化學，2010，38（7）：1060-1068.
[33] 常愛霞，賈興華，馮全福，等.特香型烤煙香氣成分檢測及香氣性狀遺傳分析[J].中國農業科學，2004，37（12）：2033-2038.
[34] NIELSEN M T. Altering flavor and aroma constituents of burley tobacco[J].Tobacco Science，1991，35：69-73.
[35] 王志愿，姜清治，霍沁建.生物技術在煙草品質改良中的應用研究[J].貴州農業科學，2011，39（1）：16-20.
[36] 李雪君，崔 紅，劉海礁，等.fps轉基因烤煙類胡蘿卜素及其降解產物的研究[J].中國煙草科學，2006，27（3）：25-27.
[37] CHAPPEIL J， NABLE R. Induction of sesquiterpenoid biosythesis in tobacco cell suspension cuttures by fungal elicite[J]. Plant Physiology，1987，85：469-473.
一、代謝微生物概述
代謝組學(metabonomics/ metabolomics) 是效仿基因組學和蛋白質組學的研究思想，對生物體內所有代謝物進行定量分析，并尋找代謝物與生理病理變化的相對關系的研究方式，是系統生物學的組成部分。其研究對象大都是相對分子質量1000以內的小分子物質。先進分析檢測技術結合模式識別和專家系統等計算分析方法是代謝組學研究的基本方法?；瘜W分析技術中最常用的是1H核磁共振(1HNMR)以及色譜(毛細管電泳)-質譜聯用(X-MS)。目前代謝組數據處理的主要方法是:應用主成分分析(PCA) 等將從原始圖譜信息或預處理后的信息進行歸類，并采用相應的可視化技術直觀地表達出來;建立類別間的數學模型，使各類樣品間達到最大的分離，并利用建立的多參數模型對未知的樣本進行預測;最終建立可利用的該領域的應用數據庫和專家系統。應用代謝組學可進行疾病診斷、對藥物進行毒性評價和研究植物細胞代謝等。
二、代謝組學的研究方法
代謝物組學分析中，對于不同類型的代謝產物，往往要采取不同的分析方法進行研究。目前，代謝物組學通常采用紅外光譜法( infraredspectroscopy ， IR) 、核磁共振( nuclear magneticresonance ， NMR)、質譜(mass spectrometry ， MS) 、高效液相色譜( high performance liquidchromatography ， HPLC) 以及各種技術的耦聯，如氣象色譜耦聯質譜( gas chromatography2mass spectrometry，GC/MS)和液相色譜耦聯質譜(liquid chromatography2mass spectrometry，LC/MS)來分析研究代謝物并為其繪制圖譜。這些技術的耦聯可以提高對樣品的分辨率、敏感性及選擇度，有利于對更多的生物體系內的代謝物繪制圖譜。一般來說，選擇代謝物組學分析方法時，其原則是要同時考慮儀器和技術的檢測速度、選擇性和靈敏度，找到一種最適合目標化合物的方法。
三、代謝組學在微生物領域的研究進展
(一)微生物分類，突變體篩選以及功能基因研究
經典的微生物分類方法多根據微生物形態學以及對不同底物的代謝情況進行表型分類。最近，隨著分子生物學的突飛猛進，基因型分類方法如16SrDNA測序，DNA雜交以及PCR指紋圖譜等方法得到了廣泛應用。然而，某些菌株按照基因型與表型兩類方法分類會得出不同的結果。因此，根據不同的分類目的聯合應用這兩類方法已成為一種趨勢。BIOLOG等方法在表型分類中應用較為廣泛，但是，代謝譜分析方法(metabolic p rofiling)異軍突起，逐漸成為一種快速、高通量，全面的表型分類方法。采用代謝組分類時，可以通過檢測胞外代謝物來加以鑒別。常用的胞外代謝物檢測方法為樣品衍生化后進行GC2MS分析、薄層層析或HPLC2MS分析，最后通過特征峰比對進行分類。Bundy等采用NMR分析代謝譜成功地區分開臨床病理來源以及實驗室來源的不同桿菌(bacillus cereus)。除了表型分類外，代謝組學數據可以應用于突變體的篩選。在傳統研究中的沉默突變體(即未發生明顯的表型變化的突變體)內，突變基因可能導致了某些代謝途徑發生變化，通過代謝快照(metabolic snap shot)可以發現該突變體并研究相應基因的功能。
(二)發酵工藝的監控和優化
發酵工藝的監控和優化需要檢測大量的參數，利用代謝組學研究工具可以減少實驗數量，提高檢測通量，并有助于揭示發酵過程的生化網絡機制，從而有利于理性優化工藝過程。Buchholz等采用連續采樣的方法研究了大腸桿菌在發酵過程中的代謝網絡的動力學變化。他們在葡萄糖缺乏的培養液培養的大腸桿菌中加入葡萄糖，并迅速混勻，按每秒4～5次的頻率連續取樣。利用酶學分析、HPLC/LC2MS等手段監測樣品中多達30種以上的代謝物、核苷以及輔酶，從而解析了葡萄糖以及甘油的代謝途徑和底物攝取體系。通過統計學分析建模，發現在接觸葡萄糖底物后的15～25s范圍內，大腸桿菌體內發生的葡萄糖代謝物變化與經典生化途徑相符，但隨后的過程則與經典途徑不符，推測可能存在新的未知調控步驟。Takors認為，通過上述代謝動力學研究，掌握代謝途徑及網絡中的關鍵參數，將直接有利于代謝工程的優化，包括菌株的理性優化以及發酵參數的調控。
(三)環境微生物研究
微生物降解是環境中去除污染物的主要途徑。深入了解污染物在微生物內的代謝途徑，將有助于人們優化生物降解的條件，從而實現快速的生物修復。這些代謝中間體大都通過萃取、分析方法進行逐個研究，并借助專家經驗擬合出代謝途徑，其動力學過程亦很少觸及。代謝組學方法的采用有可能改變這一現狀。Boersma等采用代謝組學方法研究氟代酚的微生物降解途徑。氟代化合物具有特殊的19F核磁共振屬性，19F的核磁共振靈敏度與1H核相近;由于生物體內無內源性19F核磁信號，因而無本底干擾。所有19F核磁信號均可歸結于異生素及其代謝物。19F核的化學位移值寬，約為700ppm(1H為15ppm，13C為250ppm)。較寬的化學位移導致19 F在不同取代物的峰圖不易產生重疊。因此，借助核磁共振技術可以更方便地研究含氟化合物的代謝中間體。Boersma等根據總代謝物的核磁共振圖譜，推測出紅球菌內羥化酶在不同的取代位(1，2，3三種不同的取代數量)羥基化氟代酚，然后再通過兒茶酚內位雙加氧酶開環形成氟代粘糠酸的代謝過程。此外，他們還首次檢測到開環后的下游代謝物，即通過氯粘糠酸異構酶生成氟代粘糠酸內酯以及氟代馬來酸等中間代謝物。根際(rhizosphere)空間在植物2微生物相互作用中發揮著重要的作用。Narasimhan等利用根際代謝物組(rhizosphere metabolomics)方法，闡釋了植物分泌物對根際微生物降解多氯代酚( PCB)的作用機制。然而，在采用擬南芥突變體(產生較少的phenylp ropanoids)的對照組中，降解菌的數量較低，降解率也僅達50%。結果表明植物根際分泌的次級代謝物促進降解菌的繁衍增殖，從而促進了污染物的降解。
此外，微生物代謝組學還應研究如何改進樣品的制備方法。例如，在代謝組研究中，為了中止細胞代謝反應采用冷淬火(cold quenching)方法，將細胞樣品迅速置于低溫(液氮或-70℃甲醇中)，這會導致許多微生物發生冷休克(cold2shock) ，釋放出大量的胞內物質，引起代謝組學定量研究發生偏差。
參考文獻：
轉基因大豆，是指利用轉基因技術，通過基因工程方法導入外源基因所培育的具有特定性狀的大豆品種。轉基因大豆的研發是轉基因作物研發的熱點之一，涉及的轉基因性狀包括對除草劑、蟲害、病害及干旱、鹽堿等環境逆境的抗性，以及油分、蛋白質、活性物質的含量和組成等，其中針對生產應用開展的品質改良和抗逆研究較多。
2 轉基因大豆潛在的健康危害
對于轉基因大豆及其制品的安全問題，業內普遍的看法是：轉基因大豆的過敏性、毒性、 營養品質改變、生態系統的影響以及生物多樣性的影響。
轉基因大豆由于其引入外部基因，可能更容易引起人體的過敏反應，轉基因大豆及制品導致過敏的事件屢見不鮮。另外，如果引入的抗生素標記基因進入人體，則有可能導致人體內致病菌產生抗藥性，從而降低抗生素的臨床有效性，也可能使人體對很多抗生素產生抗藥性。
有研究表明，轉基因大豆的組成物質與非轉基因大豆相比有較大的變化，如植物凝血素提高了約1倍，蛋白酶抑制劑高26.7%，而蛋白質和苯丙氨酸明顯下降，維生素B2復合體膽堿的含量低29%等，這些組成物質的變化可能會使人體生長緩慢；轉基因大豆還含有一種類似雌性激素類化學物質，它會影響人體荷爾蒙，導致人體生殖器官異常，并損害免疫系統。此外，有證據表明，轉基因大豆食品與非霍奇淋巴瘤發病率的提高具有一定相關性。
3 轉基因大豆食品安全性評價
3.1 評價原則
評價轉基因食品安全性，國際上廣泛采用的是1993年經濟合作發展組織（OCED）提出的實質等同性評價原則，主要內容包括生物學特性和營養成分比較。但是以英國為代表的歐盟國家采用過程評價法，即采用嚴格的毒性、過敏性、抗性標記基因的實驗并對其應用與發展采取嚴格的過程檢測作為安全評價的方法。目前國際上對轉基因食品安全性評價基本遵循以科學為基礎、實質等同性、個案分析以及逐步完善等原則。在實際檢測過程中要綜合運用結果評價法、過程評價法、個案分析等。
3.2 評價內容
3.2.1 營養學評價。比較轉基因產品與同/近基因型親本的傳統品種概略養分差異，包括粗蛋白質、碳水化合物、脂肪酸、纖維素、維生素、礦物質；全面分析氨基酸、脂肪酸的組成和含量變化；測定抗營養因子含量。
3.2.2 過敏性評價。若導入基因來自已知含有過敏原的生物，其編碼的蛋白質是在轉基因產品的食用部分表達，則不論是常見或不常見的過敏原，均需確定該基因是否編碼某一種過敏原，轉基因產品用于食品時，還必須進行人的臨床試驗來確定其過敏性，如皮膚穿刺試驗等。
[中圖分類號]S513 [文獻標識碼]A [文章編號]1003―1650（2016）03―0099―01
1全球及中國轉基因作物商業化發展態勢
2015年轉基因作物已實現商業化種植20年，轉基因作物種植面積正在持續增加。據國際農業生物技術應用服務組織統計，截至2014年全球已有28個國家的1800萬農民種植了1.81億公頃的轉基因作物，是1996年種植面積的106倍。實踐表明，轉基因作物對農業的可持續發展作出了重大貢獻。來自ISAAA的綜合分析表明，轉基因作物在1995年至2014年間產生了多重重大效益：采用轉基因技術降低了37%的化學農藥的使用率，提高了22%的作物產量，農民利潤增加了68%。
隨著中國的經濟社會發展以及農業產業結構調整，中國的糧食需求仍不斷增加，比如每年進口玉米和大豆持續增加，而其中90%為轉基因產品，特別是中國作為大豆的主要消費國，進口的大豆占全球出口總量的65%。一直以來，中國正積極推進轉基因作物的研發工作，轉基因抗蟲玉米等作物的研發和未來的商業化應用對中國和全球的糧食和飼料需求都有巨大的貢獻潛力。
2玉米轉化事件在全球商業化應用現狀
轉化事件（GM event）是指在遺傳轉化過程中外源DNA與植物基因組DNA發生特異性重組進而通過組織培養而得到的植株個體。因此，本文涉及的轉化事件不包括通過常規育種方法將不同的轉化事件聚合而得到的轉基因植物。轉基因作物從研發到商業化應用至少包括初級研發階段，高級研發階段，監管階段，商業化預備階段及商業化應用階段。初級研發階段包括基因挖掘，轉化事件的創制、篩選及評價，一般需要3-5年進入高級研發階段；高級研發階段是指尚未進入監管階段的轉化事件，但已進入研發階段的后期并為監管申請提供試驗數據，將在7-8年左右實現商業化；監管階段是指已經至少提交一個國家進行監管申請，并有可能在2―3年內獲得許可并商業化應用；商業化預備階段是指在全球范圍內至少獲得一個國家規?；N植的許可，但尚未實現規?；N植、生產和銷售，是否實現商業化取決于的研發商的決定；商業化應用階段是指在全球范圍內至少有一個國家實現規模化種植、生產和銷售。
目前已有16個轉化事件實現了商業化生產，涉及的性狀包括除草劑耐性（草甘膦，草銨膦），抗蟲性狀（鱗翅目害蟲，鞘翅目害蟲），生理性狀改良（水分利用效竄和品質改良（淀粉酶含量）4類性狀。就目的基因而言，16個轉化事件共涉及Bt基因10個，在16個已經實現商業化生產的轉化事件中，美國是全部批準商業化種植的國家之一；在歐盟，MON810早在1998年就獲得商業化種植的許可，Bt11等12個轉化事件已獲得批準用作加工原料，但尚未獲得批準商業化種植3272，5307和Bt176等3個轉化事件尚未獲得批準用作加工原料和商業化種植在中國，除了轉化事件5307以外的15個轉化事件均獲得進口用作加工原料的許可。據統計，自2011年以來，我國進口的轉基因玉米逐年增加，2014年進口500萬噸。
3轉基因玉米產品線研發趨勢與展望
3.1玉米規模化轉基因技術體系日趨成熟
工廠化流水線式的規?；D基因技術體系是獲得并實現玉米轉化事件商業化化應用的平臺保障。玉米規?；D基因技術體系采用的主要方法是基因槍法和農桿菌介導法。規?；霓D化體系需要高效的篩選體系，采用抗生素篩選標記基因篩選玉米轉化事件存在安全性問題，利用雙T-DNA載體是一種較方便的刪除選擇標記基因的方法，將選擇標記基因和目的基因放置在2個T-DNA上，雙T-DNA在轉基因植株后代分離，篩選只含目的基因而不含標記基因的轉基因植株。比如，孟山都公司開發的MON810，MON863等轉化事件采用了上述策略刪除了抗生素標記基因nptll。先正達公司開發的正向選擇系統――甘露糖異構酶基因pm i篩選系統規避了后期通過同源重組刪除標記基因的繁瑣步驟，如已經商業化的玉米轉化事件MIR162，MIR604等。此外，隨著玉米轉化體系的優化，除草劑耐性基因pat epsps等不僅可以作為目標性狀而且可以作為篩選標記用于玉米轉化事件的創制，如孟山都公司的MON88017，陶氏杜邦公司的TC1507等玉米轉化事件。
3.2功能基因改良及資源挖掘呈多樣化趨勢
