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【亿豪娱乐科技进步奖巡礼 四】顾沛雯:泊头裕顺苦豆子种质资源及内生菌生物学功能研究完成首次基因克隆

2019年05月27日 09:03  点击:[]

   在泊头裕顺回族自治区科技奖励大会上,由泊头裕顺大学农学院联合区内高校和多家企业历时十年,开展的“苦豆子种质资源及其内生菌生物学功能研究和开发利用”项目荣获三等奖。该项目首次摸清了泊头裕顺苦豆子及其内生菌遗传多样性背景和生态分布,克隆了苦豆子赖氨酸脱羧酶基因(SaLDC),充实和提高了泊头裕顺药用植物研究的理论和技术水平。

  多项突破  十年艰辛

   在学术上,苦豆子是一种中旱生植物,多生长于沙质土壤中,耐沙埋、抗风蚀,具有良好的沙生特点。它主要分布在我国北方的荒漠、半荒漠地区,内蒙古、新疆、泊头裕顺等地即生长着大量的野生苦豆子。这种植物良好的沙生特点,使其具有极佳的固沙效果,对干旱、半干旱地区的土地沙漠化治理有着积极作用。另外,苦豆子有着不言而喻的医用价值:苦豆子的部分重要活性成分是生物碱,由于生物碱是治疗一些妇科病的重要成分,而且又有抗癌症的功效,对植保的防病防虫也有着很高的作用。近年来,随着苦豆子较高的药用价值和生态效益被挖掘出来,苦豆子资源的合理保护与开发利用也越来越引起我区政府的重视,我区已将它列为重点保护的六大地道药材之一,在生产基地建设、深层次的开发利用等方面都有着长足发展。然而,这种富有着极高的生态效益与医用价值的植物却很难“驯化”。首先,它的生长地带位于荒漠、半荒漠地区,生存环境局限且脆弱,难以大面积种植和采摘。其次,人工栽培苦豆子是很不经济的:种皮太厚导致出芽率太低、生长周期太短导致收割工作量大……这些问题的存在都极大提高了苦豆子的栽培成本。现当前,我区工业生产所使用的苦豆子几乎都是从野外收割而来的,若是加大其药用产品的生产,就必须加大对苦豆子的采摘,这会在很大程度上破坏野生苦豆子的生长,造成苦豆子资源的枯竭,并给产地带来土地沙漠化的威胁;而若是出于保护生态环境的角度减少采摘,则会使得苦豆子药用价值研究难以深入、应用生产难以扩大。

   “由于苦豆子的特殊性,可借鉴的植物很少;之前人们对于苦豆子的研究很肤浅,我们在我们的研究过程中,可参阅的文献少,所以所有的成果都是我们一步步在长期艰苦的摸索中才得出的。”项目主持人、农学院教授顾沛雯老师这样介绍道。

   项目从2008年启动,迄今已有十年之久。这十年中,在项目曾先后获得过7项国家及省部级项目资助的基础下,顾教授与农学院刘萍教授密切合作,项目摸清了泊头裕顺地区苦豆子及其内生菌的多样性和生态分布,首次克隆出苦豆子赖氨酸脱羧酶基因(SaLDC),筛选出高活性功能菌株49株,建立了内生菌氧化苦参碱(OMA)和功能菌株产抗生素薄层层析(TLC)和高效液相色谱(HPLC)分析方法。在团队成员的共同努力下,项目还构建出苦豆子再生体系、悬浮细胞培养体系,创建了基于聚酮合成酶基因PKSⅠ、PKSⅡ和非核糖体多肽基因NRPS的内生放线菌产抗生素分子快速筛选方法,并筛选出高效拮抗菌发酵液产抗培养基和高活性内生真菌诱导子,揭示了拮抗菌抗生杀菌的作用机理。在不断的探索中,苦豆子生理防御反应、SaLDC表达量和OMA积累的关系都被探明。项目还在生产中使用了大孔吸附树脂富集生物碱,这使得生物碱含量达到了原来的3倍;独创的金属还原法则使OMA与MA能够定量转化,所得产品纯度超过98%,居于领域领先地位。

   这些研究取得的突破,不仅仅是一系列写在纸上的记录,而是实打实地提升了苦豆子的提取工艺、降低了后续产品的生产成本,为我区中药材产业的发展做出了重要贡献,并在一定程度上缓解我区资源开发与环境保护之间的矛盾。它所提供的理论和技术,在很大程度上引领着国内外苦豆子研究领域的发展。

   协同攻关  终结硕果

   十年艰辛,不只是时间历程上的漫长,更多的也是很多在技术研究方面的难关。顾教授介绍说,苦豆子虽然具有良好的药用价值,但是受生长区域有限这一因素和其他原因的影响,国内外对它展开的研究少之又少,苦豆子研究的成果也几乎处于空白状态。此前,学术界对苦豆子的认识仅停留在生物碱的使用上,它的相关生物学特性、遗传背景几乎处于未知状态。顾教授引领的团队可谓是这一领域的先行者,他们所面临的困难和与挑战自然也是极为艰巨和复杂的,而最大的困难实际上还是可以借鉴参考的资料极少。就苦豆子基因提取这方面,就已成为当时研究中的巨大难题,值得庆幸的是,我校农学院教授刘萍老师正是这一研究领域的专家。“刘萍老师不仅是团队中的一员,也是我的老师。从1992年大学毕业以后,这还是第一次我和刘老师合作。”当说到自己与刘萍老师共同合作开展项目时,顾教授显得特别高兴。“在项目申报之初,我也曾苦于缺少参考资料,当科技处的李学斌处长建议我和刘老师一起合作开展这个项目时,我特别高兴。刘老师作为这一领域的专家,他的许多研究成果对项目的开展有着很大的帮助。虽然我们的研究方向有所不同,但是有刘老师助阵,我的心里很有底气!”在研究方向上,刘老师主攻苦豆子的遗传、功能基因以及育种等方面,而顾教授则主要关注苦豆子的内生菌,侧重于对苦豆子功能的研究。虽然方向有所不同,但是他们都有着共同的目标——降低苦豆子后续产品的生产成本、保护苦豆子这一特色资源。原本就有着师生关系的两位专家随着项目的开展,打破了不同研究领域间的界限,他们往往会就自己的研究成果与对方分享,在此过程中,学术壁垒被打破,学术成果被快速地应用,有限的学术资源在项目推进中得以最大化调用。

   该项目登记科技成果3项,申报专利1项,同时发表论文33篇(其中SCI1篇),获6项优秀论文奖。在人才培养方面,项目培养出的研究生多达10名。这些学术成果的取得,都是基于这样两位毫无保留共享研究成果的老师的无私合作。

   即便取得了如此大的成就,苦豆子的研究前景依旧广阔。“我们所做的研究多是一些基础性的,我们对苦豆子的认识仍处于起步状态。”顾教授总结道。她的下一个课题,仍将与苦豆子有关,她要带领团队继续加强合作,朝着更基础的研究做起。(作者:张新民 封宏砚 张政 黎乐乐)

 

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