濒危药用植物川贝母研究团队
中医药作为我国传统文化璀璨宝库中不可或缺的瑰宝，是中华民族五千年悠久文化深厚积淀的结晶，同时也是当今世界上保存最为完好的传统医学体系之一。中药材构成了中医药事业薪火相传与蓬勃发展的坚实物质基础，而道地药材更是我国传统优质药材中的典范与精华。长期以来，由于认知局限与无序开采利用，众多中药材资源面临枯竭，据统计，已有超过280种珍稀濒危中药材被列入国家重点保护名录、红皮书及限制进出口名录之中，这些药材不仅涵盖了如玳瑁、麝香、虎骨等珍稀名贵品种，还涉及黄连、川贝母、羌活等广泛应用的大宗药材。这些珍稀濒危中药材以其独特的药效活性，在多种疾病的治疗中展现出显著疗效，然而，受多重因素制约，其获取难度日益加大，对其深入的科学研究与临床应用构成了严峻挑战。
近年来，随着科技的飞速发展，药用植物的保护与可持续利用领域取得了诸多令人瞩目的成果。从遗传资源的妥善保存、种质资源的科学评估，到人工栽培技术的突破性进展，再到现代分子生物学、代谢组学、基因组学等前沿技术在植物保护中的创新应用，研究者们在濒危药用植物的研究与保护工作方面取得了显著成就。这些进步不仅为濒危药用植物的保护与繁育提供了强有力的理论支撑与技术保障，也为挖掘其在现代药物开发中的巨大潜力开辟了新的路径。
步入2024年，我们目睹了一批具有代表性的濒危药用植物研究进展，涵盖了基因组学技术的革新、栽培技术的优化升级，以及新型生物活性成分的发现等多个方面。这些成果不仅为濒危药用植物的保护提供了坚实的理论依据与技术支撑，更为传统中医药资源的可持续利用探索了新的方向。在此，本公众号梳理了本年度在濒危药用植物领域发表的论文，基于科研成果的重要性与创新性两大标准，评选出我们心目中的“2024年濒危药用植物十大研究进展”。此评选旨在弘扬创新精神，鼓励原创研究。以下排名不分先后，仅为一家之言，我们诚挚邀请各位读者留言讨论，共同交流！
Nature plants-中科院昆明植物研究所黄胜雄教授和成都中医药大学陈士林院士团队发表完整的黄芪苷生物合成途径
doi:10.1038/s41477-024-01827-4
中科院昆明植物研究所黄胜雄教授和成都中医药大学陈士林院士团队在《Nature plants》期刊发表了题为“Total biosynthesis of the medicinal triterpenoid saponin astragalosides”的研究，在黄芪苷的生物合成上取得了重大进展，首次系统阐明了完整的黄芪苷生物合成途径，并且在本氏烟草中重建，成功实现黄芪甲苷 IV （AG IV）的异源合成。本氏烟草的AG IV产量相比药用黄芪（三年生黄芪产量为0.146 mg/g干重）更高，达到2.224 mg/g植物干重。为阐释黄芪等药用植物中复杂天然产物的形成机制提供了系统解决方案,也为后续开展三萜类化合物的代谢工程改造、实现其可持续利用奠定了重要基础。
发表期刊：Nature plants
通讯作者/关键作者：黄胜雄教授，陈士林院士；徐冰艳，黄建萍，彭国情，曹文颖
主要作者单位：中科院昆明植物研究所；成都中医药大学
Journal of Hazardous Materials-中国中医科学院中药研究所李西文研究员团队发表川贝母对镉独特的“耐受”和“解毒”机制
doi:10.1016/j.jhazmat.2024.134611
中国中医科学院中药研究所李西文研究员团队在《Journal of Hazardous Materials》期刊发表了题为“Physiological, cytological and multi-omics analysis revealed the molecular response of Fritillaria cirrhosa to Cd toxicity in Qinghai-Tibet Plateau”的研究，以濒危高原药用植物川贝母为研究对象，基于生理学、细胞学以及多组学分析技术，全面揭示了川贝母在镉（Cd）胁迫下的复杂应答机制和解毒策略。研究表明，川贝母通过两大关键途径——谷胱甘肽代谢途径和细胞壁生物合成途径，协同应对Cd的毒害。特别是细胞壁的显著加厚（叶片增加167.89%，鳞茎增加445.78%）有效阻止了Cd的渗透和转运，从而减轻了Cd对细胞器和膜结构的损伤。该研究成果为理解川贝母及其他濒危药用植物在逆境胁迫下的适应机制提供了新的视角，也为未来药用植物的分子育种和抗逆栽培策略的设计奠定了基础。除此之外，该研究团队在2024年还在Industrial Crops & Products、Environmental and Experimental Botany、Chinese Medicine、Acta Physiologiae Plantarum等国际知名期刊上发表川贝母一系列研究，为川贝母的商业化栽培提供了实用策略，对川贝母的仿野生栽培和保护濒危川贝母的野生资源及其群落环境具有重要的现实意义。
发表期刊：Journal of Hazardous Materials
通讯作者/关键作者：李西文研究员，高旦助理研究员；杨泽敏，王家禄
主要作者单位：中国中医科学院中药研究所
Science Advances-东北林业大学徐志超课题组/中国中医科学院中药研究所孙伟团队/成都中医药大学陈士林院士团队发表关黄柏小檗碱生物合成趋同进化机制
doi:10.1126/sciadv.ads3596
东北林业大学徐志超课题组/中国中医科学院中药研究所孙伟团队/成都中医药大学陈士林院士团队在国际TOP学术期刊Science子刊《Science Advances》上发表了题为“小檗碱生物合成的趋同进化”的研究论文，基于本草基因组学研究体系，团队在濒危药用植物黄檗（树皮入药，关黄柏）中发现了一条全新的、不同于传统认知的小檗碱生物合成途径，并深入解析了其背后的分子机制。研究团队通过时空代谢组学、基因组学、转录组学等多组学手段，结合酶功能验证，系统鉴定并验证了黄檗中小檗碱合成途径中的关键酶；通过蛋白质结构分析、位点突变、进化分析等手段，揭示了这些酶的催化机制与功能分化。该研究成果为小檗碱的生物合成工程提供了全新的理论基础，为实现小檗碱的绿色可持续生产奠定了坚实基础。除此之外，该研究团队2024年还在Advanced Science，Natural Product Reports等国际知名期刊上发表苄基异喹啉生物碱结构多样性形成机制的研究成果。这些研究为“基因组进化驱动濒危药用植物代谢多样性形成”理论提供新的范例。
发表期刊：Science Advances
通讯作者/关键作者：徐志超教授，陈士林院士，孙伟研究员，高冉冉副研究员，刘海涛研究员；田亚、王婧
主要作者单位：东北林业大学，成都中医药大学，中国中医科学院中药研究所
Horticulture Research-云南农业大学朱书生教授团队在光调控促进三七品质提升取得显著进展
doi:10.1093/hr/uhae213
2024年7月，云南农业大学朱书生教授团队在Horticulture Research 在线发表题为Light stress elicits soilborne disease suppression mediated by root-secreted flavonoids in Panax notoginseng的研究论文。研究利用代谢组学和微生物组学，揭示了低光与高光胁迫下三七通过调节黄酮类次生代谢物合成与分泌，调控根际有益微生物群落，从而抑制土传病原菌 Ilyonectria destructans 的机制。研究发现，低光胁迫条件下，三七须根分泌的黄酮类化合物如山萘酚，能够直接抑制病原菌，同时促进 Paenibacillus polymyxa 等有益菌的募集与富集，增强植物抗病性与生长能力。高光胁迫则增强了黄酮类化合物香叶木素和槲皮素的分泌，这些化合物同样可抑制病原菌生长，并促进 Arthrobacter sp. 的定殖。此外，光照胁迫诱导分泌的香橙素和圣草酚等次级代谢物，进一步吸引了PGPR（植物促生根际菌）Pseudomonas aeruginosa 的富集，为土壤健康提供额外保护。这项研究表明，适度的光照胁迫通过“叶片—根系—根际微生物”协同作用调控根际微生物平衡，为作物健康和土壤生态修复提供了新思路，同时为在受控环境农业系统中优化光照条件促进植物健康提供了理论支持。
发表期刊：Horticulture Research
通讯作者/关键作者：朱书生教授，杨敏教授；方海燕、郭存武
主要作者单位：云南农业大学
GigaScience-西北大学生命科学学院李忠虎教授和蔡霞教授团队解析秦岭岩白菜基因组与种群动态为珍稀濒危植物保护提供新视角
doi:10.1093/gigascience/giae091
2024年7月，西北大学生命科学学院李忠虎教授和蔡霞教授团队在国际性综合期刊GigaScience（IF=11.8）在线发表了题为“The chromosome-level genome assembly of an endangered herb Bergenia scopulosa provides insights into local adaptation and genomic vulnerability under climate change ”的研究论文。该研究以秦岭地区珍稀濒危药用植物秦岭岩白菜（Bergenia scopulosa）为研究对象，组装了该物种首个染色体水平的基因组，并对该物种整个分布范围内9个野生种群的37个个体开展了全基因组重测序分析。采用基因组学、群体遗传学和景观基因组学的分析方法综合解析了秦岭岩白菜的群体动态历史，同时结合环境数据评估未来气候变化背景下该物种不同种群的基因组脆弱性，为珍稀濒危植物未来的保护工作提供了宝贵参考。
发表期刊：GigaScience
通讯作者/关键作者：李忠虎教授，蔡霞教授；杨一欣、王萌
主要作者单位：西北大学
Plant Biotechnology Journal-广东医科大学徐晴教授团队发表石斛基因组及其对重要园艺性状相关基因的分子见解
doi:10.1111/pbi.14411
2024年6月20日《Plant Biotechnology Journal》在线发表了广东医科大学陈兵杰教授团队的一篇题为“Dendrobium thyrsiflorum genome and its molecular insights into genes involved in important horticultural traits”的研究论文。该研究首次完成了石斛属植物黄花石斛的全基因组测序，揭示了其基因组的结构和特性。通过转录组分析，研究团队鉴定了多个与花色、形态及花部衰老等重要园艺性状相关的关键基因，例如与类胡萝卜素生物合成相关的CrtP基因，及与乙烯信号转导相关的多个关键基因。这些发现为黄花石斛的花色调控及其园艺经济价值的提升提供了重要的分子基础，同时也为石斛属植物的遗传改良奠定了理论基础。
发表期刊：GigaScience
通讯作者/关键作者：徐晴教授，刘仲健教授，张国强教授；陈冰洁，王洁雨，郑培基
主要作者单位：广州医科大学，深圳国家基因库，福建农林大学
Microbiome-杭州师范大学生命与环境科学学院王慧中教授团队南方红豆杉对UV-B辐射的性别特异性反应涉及改变微生物群组装和宿主次级代谢之间的相互作用
doi:10.1186/s40168-024-01882-1.
2024年9月7日《Microbiome》期刊在线发表了杭州师范大学生命与环境科学学院王慧中教授团队的一篇题为“Sex-specific responses of Taxus mairei to UV-B radiation involved altering the interactions between the microbiota assembly and host secondary metabolism”的研究论文。该研究结合RNA-seq和ITS-seq技术，解析了UV-B辐射下南方红豆杉（Taxus mairei）雌雄树间的性别特异性响应机制，特别是次生代谢物的调控及内生真菌群落的变化。研究发现，UV-B辐射诱导了多个与氧化还原系统及类胡萝卜素代谢相关的关键基因的表达上调，且内生真菌种群中的关键菌株（如Guignardia）对这些基因的调控起到重要作用。该研究为探索环境胁迫条件下雌雄树种的性别特异性适应机制提供了新见解，也为红豆杉资源保护与利用提供了理论依据。
发表期刊：Microbiome
通讯作者/关键作者：王慧中教授，沈晨佳副教授；张洪山，侯凯琳
主要作者单位：杭州师范大学
Science-中国农业科学院深圳农业基因组研究所闫建斌团队发表紫杉醇生物合成，推动濒危红豆杉资源保护和高效生产进程
doi: 10.1126/science.adj3484
中国农业科学院深圳农业基因组研究所闫建斌团队在Science期刊发表的题为“Characterization and heterologous reconstitution of Taxus biosynthetic enzymes leading to baccatin III”的卓越研究。他们在红豆杉抗癌成分紫杉醇的生物合成领域取得重大突破。他们首次发现了名为"紫杉烷氧杂环烷酶 1"（TOT1）的双功能细胞色素 P450 酶，揭示了紫杉醇氧杂环丁烷形成中氧化重排的酶促机制，填补了baccatin III完整生物合成途径这个领域长达半个世纪的空白。研究团队还发现了负责C9位紫杉烷氧化的酶T9αH1，为进一步阐明紫杉醇生物合成途径提供了关键信息。这项研究具有重大意义，它开辟了研究紫杉醇生物合成的新途径，为提高紫杉醇生产效率、降低成本和减少对野生红豆杉资源的依赖提供了重要基础。这项研究为野生濒危红豆杉资源保护提供了新的技术手段，有利于维护其生态平衡和可持续发展。
发表期刊：Science
通讯作者/关键作者：闫建斌研究员，雷晓光教授；蒋彬，高磊，王海军，孙亚平
主要作者单位：中国农业科学院（深圳）农业基因组研究所，北京大学
Food Chemistry-浙江农林大学团队郑颖和邢丙聪团队发表藏红花内生微生物组解析与活性成分提升策略
doi:10.1016/j.foodchem.2024.140006
浙江农林大学团队郑颖和邢丙聪团队在Food Chemistry期刊发表的题为“Insight into saffron associated microbiota from different origins and explore the endophytes for enhancement of bioactive compounds”的研究论文。该团队采用高通量测序技术和生物信息学分析，系统解析了来自三个核心产区的藏红花不同部位（叶、球茎、柱头、雄蕊）的内生菌群和内生真菌群的结构和多样性。研究发现，关键菌群（如Burkholderiaceae和Comamonadaceae）与藏红花重要活性成分（藏红花素I、藏红花素II和苦藏红花素）积累呈显著正相关，而Lachnospiraceae和Prevotellaceae等菌群则与活性成分积累呈负相关，为藏红花的微生物改良育种提供了理论依据和方向。该研究团队进一步构建了藏红花微生物组的互作网络，揭示了不同产区微生物群落功能的差异，并预测了关键内生菌的功能，为未来利用微生物技术提升藏红花产量和品质奠定了基础。该研究成果为藏红花这种珍贵濒危野生资源的可持续利用提供了新策略。
发表期刊：Food Chemistry
通讯作者/关键作者：邢丙聪教授，郑颖教授；蒋彬，高磊，王海军，孙亚平
主要作者单位：浙江农林大学
Plant Communications-云南农业大学植物保护学院朱书生教授团队发表种间化感相互作用引发农林业系统内邻近植物的直接和间接抗性
doi:10.1016/j.xplc.2024.101173
2024年10月，云南农业大学植物保护学院朱书生教授团队在国际权威期刊Plant Communications上发表了一篇关于农林复合系统下种间化感互作诱发植物抗病的研究论文，题为“Interspecific Allelopathic Interaction Primes Direct and Indirect Resistance of Neighbor Plant in Agroforestry System”。该研究以红松与人参组成的农林复合系统作为模型，探讨了种间化学互作对抗病性的影响。研究揭示，红松松针释放的化合物2-茨醇不仅可以直接激活人参的防御机制，增强其抗病能力，还能促进根部分泌特定代谢产物，吸引有益微生物，从而进一步提升植物的整体抗性。实验表明，在较高浓度（10-100 mg/L）条件下，2-茨醇对病原菌（如人参黑斑病菌Alternaria panax）具有明显的抑制作用，同时增强了人参的诱导抗性和对有益微生物的吸引力。这项研究从化学生态学角度解析了农林复合系统中生物多样性对药用植物病害控制的作用机理，为林下药材的生态栽培提供了科学依据。
发表期刊：Plant Communications
通讯作者/关键作者：朱书生教授，朱有勇院士，黄惠川教授；吉星昱，叶辰
主要作者单位：云南农业大学
备注：排名不分先后
