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由上海辰山植物园（中国科学院上海辰山植物研究中心），药用植物与健康组的Cathie Martin研究员及赵清博士等组成的科学家团队在解析中国传统药用植物黄芩中天然产物合成途径方面取得突破，已完全解析了整个黄芩素的生物合成途径。相关研究论文于2017年8月22日由国际顶尖植物学杂志《Molecular Plant》在线发表。
1植物学档案
中文名：黄芩
英文名：Chinense skullcap
拉丁学名：Scutellaria baicalensis
科属：唇形科 黄芩属
多年生草本植物。披针形叶片对生，茎四棱，花紫色，根肉质且因含有大量黄酮类物质而显黄色。产于中国，在蒙古，朝鲜，日本及俄罗斯东部。在我国是一种重要的药用植物，我们的祖先对它的使用已有数千年历史。
2黄芩的认识和使用历史
关于“芩”字，早在流行于西周时期的《诗经.小雅》里面便有使用，《小雅》开篇《鹿鸣》里有：“呦呦鹿鸣，食野之芩”的诗句。东汉时期，许慎在《说文解字》里面说“芩，作菳，从艸，今声”。大约在两汉时期成书的《神农本草经》里，最早记载了黄芩的药物应用，说它性苦、寒，可治疗肺和肝脏方面的疾病。
小雅·鹿鸣
（先秦·诗经）
呦呦鹿鸣，食野之苹。
我有嘉宾，鼓瑟吹笙。
吹笙鼓簧，承筐是将。
人之好我，示我周行。
呦呦鹿鸣，食野之蒿。
我有嘉宾，德音孔昭。
视民不恌，君子是则是效。
我有旨酒，嘉宾式燕以敖。
呦呦鹿鸣，食野之芩。
我有嘉宾，鼓瑟鼓琴。
鼓瑟鼓琴，和乐且湛。
我有旨酒，以燕乐嘉宾之心。
东汉末年，张仲景在其著作《伤寒论》里提到将黄芩作为重要成分组成复方汤剂（例如小柴胡汤，黄芩汤等）来治疗各种疾病。明代《本草纲目》记载着黄芩用于治疗腹泻、痢疾、高血压、出血、失眠、炎症和呼吸道感染，作者李时珍花了较大篇幅描述黄芩，并提到在他20岁时用黄芩成功治愈了自己严重的肺部感染。
3新的认识
现代科学研究证明黄芩根中主要的活性物质为黄酮类的黄芩素及汉黄芩素，它们具有抗病毒、淬灭活性氧等功能。此外，它们还能能够抑制并杀死肿瘤细胞，且对正常动物细胞没有副作用。因此有望成为防治肿瘤的候选分子。因此解析黄芩素及汉黄芩素的合成途径，将为生物合成这些物质提供理论依据和研究基础。
4明星分子
黄芩素和汉黄芩素是黄芩中重要的活性物质，同时也是一类特殊的黄酮类：该类化合物在结构上的特异性主要在于它们在黄酮的B环上不含有4’位羟基。而A环上具有大多数黄酮不具有的6-羟基（黄芩素）或8位甲氧基（汉黄芩素）。因其只在根部合成我们将其称之为根特异性黄酮。本研究小组的工作重点就是解析根特异性黄酮：黄芩素，汉黄芩素的合成途径。
5黄芩素合成途径揭秘
药用植物与健康组发现，黄芩中存在着两条黄酮合成途径：一条存在于地上部分，合成经典的黄酮物质如芹菜素；另一条存在于根中，正是根中的合成途径负责黄芩素和汉黄芩素的生成（前期研究与2016年4月8日发表于美国科学子刊《Science Advances》上）。基于此，赵清博士及合作者们发现了黄芩中从苯丙氨酸到最终合成黄芩素这一过程中所有的酶。
黄芩素合成途径的完整解析，为合成生物学异源合成这种物质提供了基础。也就是说，在不久的将来，我们只需要在微生物细胞内表达这些合成酶（比如酵母细胞），就可用发酵工程的技术来生产黄芩素而不再依赖于黄芩植物本身。同时，也为育种学家选育高含量黄芩素的黄芩品种提供了分子生物学基础。
6研究团队简介
研究团队
上海辰山植物园药用植物与健康研究组，于2016年3月建立，以国际知名植物代谢生物学专家Cathie Martin为组长，赵清博士为主要管理人员。以黄芩属植物为研究对象，试图揭示黄芩植物中活性物质的合成途径，调控机制及进化分布规律；以及它们促进人类健康的机制。（图注：从左至右:柳洁, 赵清, Cathie Martin, 崔孟颖）
通讯作者简介
Cathie Martin，现为英国John Innes Centre植物代谢生物学系课题组长，东英吉利大学教授，哥本哈根大学客座教授。从2016年4月开始，Cathie Martin被聘为上海辰山植物园/中国科学院上海辰山植物研究中心兼职研究员，任药用植物与健康课题组组长。迄今为止，Cathie共有7个专利，在Cell，Nature, Nature Biotechnology等杂志发表200余篇论文，参与编写40本书和会议论文集，所发表的作品共有16621次引用。Cathie曾于2008-2014年担任植物学顶尖杂志Plant Cell主编，是首位Plant Cell女性主编及非美籍主编。现任Current Opinion in Plant Biology, Plant Physiology, Trends in Plant Sciences杂志编辑。任欧洲分子生物学协会会员（EMBO）会员，美国先进科学促进会（AAAS）会员。由于她对植物生物技术的贡献，2013年，Cathie被英国王室授予英帝国荣誉勋章（MBE，Member of the British Empire）。
赵清博士和崔孟颖女士为本工作共同第一作者。上海辰山植物园（中国科学院上海辰山植物研究中心）为第一作者单位。本项的合作者还包括辰山中心、上海植物生理生态研究所的陈晓亚研究员，辰山中心胡永红研究员，美国MIT的翁经科研究员。该研究得到上海市园林绿化局辰山专项及国家自然科学基金委支持。
第一作者简介
赵清，2008年-2011年在天津大学攻读博士学位，2011年11月-2013年5月参与国家留学基金委联合培养博士生项目，赴英国John Innes Centre（JIC）代谢生物学系Cathie Martin组进行联合培养博士研究。2013年6月-2014年1月在JIC从事博士后研究。后因中科院-JIC合作项目开展，于2014年3月赴中科院上海植生所继续进行博士后工作。现为上海辰山植物园Cathie Martin组博士后。赵清博士在Science Advances, Molecular Plant，Nature Plants, Science Bulletin等杂志发表过研究论文或综述。为Plant Cell Reports, Journal of Experimental Botany, Frontiers in Plant Science等杂志审稿专家。
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上海辰山植物园
微信号：csnbgsh
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