基于PSMBH理论的丹参药材品质形成机制研究

The quality Problem of Salvia miltiorrhiza (Danshen in Chinese) is a bottleneck that restricts the development of traditional Chinese medicine industry for a long time. Although the current study on quality of Danshen has made some progress, it still has been not achieved a critical breakthrough because of lacking innovative theory and proper research strategies. Therefore, how to build a specific and innovative theory and discover the new breakthrough thoroughly to reveal the formation mechanism of Danshen quality is the key to solve the problem..This project puts forward a new theory about medicinal plants’quality formation --the "primary-secondary metabolism balance" hypothesis (PSMBH) based on the previous study. By the guidance of PSMBH theory, we will construct a quantitative mathematical model, establish medicinal quality evaluation system（B平） and introduce the combined technologies including gene expression,RNAi and LC - MS/MS technologies, to reveal how the double regulations of gene expression affect the "primary-secondary metabolism balance" and then to disclose the scientific essence of the quality formation of Danshen. It can be predicted that the establishment of PSMBH hypothesis and research system will be an important theory innovation and breakthrough in the field of basic research for Chinese medicine material which will play an important role in the theoretical guidance for standardized in herbal planting, precise fertilization, reasonable harvesting and processing etc.

丹参质量尤其是丹参酮类含量偏低的问题是长期制约丹参系中药产业发展的瓶颈。目前虽然此方面的研究取得了一定进展，但尚缺乏一个专属性强、专门针对中药材品质的创新理论和有效策略，一直尚未取得关键性突破。为此，如何发掘中药材品质成因新理论，构建操作性强的研究新策略，是深层次揭示和调控丹参药材品质形成规律的关键。. 本项目从前期研究“发现”入手，提出中药品质“初-次代谢平衡”假说（PSMBH），创建可量化的数学模型，构建药材品质评价新体系，以植物代谢解析为核心，以“代谢纽”基因靶向调控为突破口，引入基因过表达、RNAi 干扰及植物代谢组学分析方法，深入解析“代谢纽”基因调控对丹参“初-次代谢平衡”的影响及其规律，系统揭示丹参药材品质形成的科学本质。PSMBH假说及其研究体系的建立，是中药材基础研究领域理论的重要创新和突破，将在优质药材种植、精准施肥、合理采收等方面具有重要指导意义。

丹参质量尤其是丹参酮类含量偏低的问题是长期制约丹参系中药产业发展的瓶颈。虽然目前在此方面的研究取得了一定进展，但尚缺乏一个专属性强、专门针对中药材品质的创新理论和有效策略，一直尚未取得关键性突破。为此，如何发掘中药材品质成因新理论，构建操作性强的研究新策略，是深层次揭示和调控丹参药材品质形成规律的关键。. 本项目按照任务书既定实验方案和研究计划，经过四年的研究，从前期研究的发现---“丹参植物中丹参酮类成分含量高低与其SmAACT基因表达水平呈强相关性”，“丹参样品中初生代谢产物淀粉的含量与次生代谢产物丹参酮类成分呈正相关”以及前两个自然科学基金有关功能基因与次生代谢的研究基础上入手，在扎实研究证据基础上，专门针对中药品质形成规律，进行理论提炼和数学模型分析归纳的基础上，提出并验证了“初-次代谢平衡”(PSMBH)假说，以“YE+Ag+ 诱导子诱导”+“代谢纽”SmAACT、SmDXS 基因对丹参药材品质塑造过程的调控分析为突破口，引入基因过表达技术、RNAi干扰技术，结合 GC-MS 和 LC-ESI-MS/MS代谢组学分析方法，高通量、系统解析“代谢纽”分子开发定向调控对丹参“初-次代谢平衡”的影响及其规律，最终揭示丹参药材品质形成的科学本质，顺利完成了课题各项研究任务，并取得了如下重要成果：.（1）从丹参植物体内外角度、植物物质代谢和基因靶向“正负”调控层面，证实丹参初生代谢和次生代谢的“动态平衡”关系；.（2）通过对“初-次代谢平衡”假说（PSMBH）“代谢纽”基因（分子开关）“过表达”和“RNAi”解析，证实“代谢纽”基因操控在定向调控丹参品质形成过程中的作用机制；.（3）通过建立的数学模型对所获得的数据进行运算和分析，结合“代谢纽”基因研究，验证了“初-次代谢平衡”假说在阐释丹参品质形成机理方面的合理性和科学性。. 本项目研究成果将在丹参药材规范化种植、科学施肥、采收加工方面发挥重要的理论方法指导作用，为从根本上解决丹参质量问题奠定了基础。与此同时，本项目为中药道地性的揭示探索了新的研究思路和模式，以“初-次代谢平衡PSMBH”为指导，为其他药材品质形成机理研究，提供新的理论方法学借鉴，科学意义和应用价值明显。