全 文 ：中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第36卷第9期2005年9月
·专论与综述·
药用动物基因组及EST研究
刘 颖，程克棣，朱 平+
(中国医学科学院中国协和医科大学药物研究所卫生部天然药物生物合成重点实验室，北京 100050)
摘 要：以生物信息学数据库GenBank的生物信息为基础，对包括《中国药典92000年版一部、《新编中药志》第4
卷、《中国大百科全书》(中国传统医学分册)、《中药大辞典》及《天然药物化学》第3版中所涉及的450多种重要的
药用动物的基因组、蛋白质及表达序列标签(EST)的注册情况进行了初步统计，就相关进展进行了综述。到2004
年10月底截止的数据分析表明，所统计的药用动物中42％以上没有DNA报道；48％以上没有蛋白序列的报道。除
模式动物和一些与人们151常生活密切相关的动物外，在GenBank数据库中仅能找到27种药用动物的EST数据，
而药用动物基因组方面的数据也十分有限。并对这一领域的研究现状与展望进行了讨论。
关键词：药用动物；基因组；表达序列标签
中图分类号：R282．12；R282．3文献标识码：A 文章编号：0253—2670(2005)09—1412一04
CurrentstatusofgenomeandESTresearchinmedicinala imals
LIUYing，CHENGKe—di，ZHUPing
(KeyLaboratoryofBiosysthesisofNaturalProducts，MinistryofHealth，InstituteofMateriaMedica，
ChineseAcademyofMedicalSciencesandPekingUnionMedicalCo lege，Beijing100050，China)
Keywords：medicinalanimals；genome；expressedsequencetag
世纪之交实施的人类基因组研究这项宏伟的科学计划
以其鲜明的前沿性、先进性和带动性使生命科学成为21世
纪的主流科学和新技术、新产业的基础与生长点。随着此项
计划的深入，一个以蛋白质和药物基因组学为研究重点的后
基因组时代已经拉开序幕，并对科学家们提出了更为严峻的
挑战。动物是人类食物和药物的重要来源之一，其基因研究
也备受关注，并在基因组水平或eDNA水平取得了一定的进
展[1]。本文仅就与药用动物有关的基因研究作一介绍，旨在
为促进我国药用动物的研究提供基本信息资料。
基因资源是一种有限的战略资源，从种质资源中分离出
来的基因或者用种质资源育成的品种具有自主知识产权，往
往具有很高的价值。因此，作为一种不同寻常的资源，基因资
源已成为又一个可争夺的对象。基因序列是基因研究的基
础，而基因专利则是基因产业的基础。随着注册基因的不断
增多，不能不对药用动物基因资源及相关基因产业的未来予
以特别的关注。药用动物是中药材的重要组成部分，是祖国
医药学的重要内容。药用动物在我国有着悠久的药用历史，
它具有活性强、疗效佳、见效快等特点。目前人工饲养的药用
动物主要有鹿类和蛤蚧、蝎子、蚂蚁、林蛙、水蛭等。但也有不
少药用动物来源于濒危动物，如犀角、虎骨、麝香、牛黄、羚羊
角等。由于动物药功能广泛、药效显著，在中医临床上起着重
要的作用，所以深受医学界和人民群众的喜爱，使其临床需
求量急剧增加。人类对野生药用动物生态环境的破坏，盲目
和大量地捕猎、走私珍贵药用动物，使野生动物资源蕴藏量
剧减，供需矛盾日益增加。综合市场价格、购买趋势和每年中
医药厂家消耗量等因素考虑，由于药用而造成资源匮乏最为
严重的物种有麝、穿山甲、蝰蛇等。重视和加强药用动物资源
的保护和开发利用，寻找新的动物药资源是目前动物药研究
工作的重大课题。随着中药现代化的发展，我国有关部门对
涉及药用动物利用的国内法律、法规及国际公约的实施，尤
其是《濒危野生动植物种国际贸易公约》的实施给予了高度
重视，同时有计划、有控制、有指导地开展濒危及使用量大的
药用动物种类的驯养繁殖工作，以确保减轻对野生种群的压
力。作为源头的药用动物，其种质资源(包括基因资源)存在
混杂情况，从众多种质资源中挑选优良种质是一项重要工
作，同时必须重视和保护种质资源的多样性，因为物种的灭
绝意味着它们所携带的遗传基因也随之消失。
目前世界各国均将研究重点放在种质资源的基因鉴定
与分离方面，首先受到关注的是与人类关系密切的动物。如
由多国科学家组成的两个小组于2004年3月1日宣布绘出
鸡的基因组序列草图和遗传差异图谱，这两项成果在禽流感
防治、改善家禽和人类健康等领域都将有应用价值。另外蜜
蜂基因组草图已完成测序并向公众公布，使得对蜜蜂的研究
产生重要的积极意义。领导蜜蜂基因组测序计划的美国休斯
收稿日期：2005—01—20
作者简介：刘颖(1979一)，女，中国医学科学院中国协和医科大学2001级硕士研究生，研究方向为生物转化。
Tel：(010)64711199—6045E—mail：liuyliwd@sina．con．cn
*通讯作者朱平Tel：(010)63165179E—mail：zhuping@imm．ac．ca
万方数据
中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第36卷第9期2005年9月·1413·
顿贝勒医学院理查德一吉布斯说，如果没有蜜蜂和授粉，整个
生态系统便会崩溃。另外，小鼠、大鼠、河豚、家蚕的基因测序
也已基本完成。就整体而言药用动物有其特点：首先是种类
很多；其次是不同动物的药用部位、药用价值及资源状况都
各有千秋，而且大多数药用动物的遗传背景还不很清楚，因
此在进行药用动物的基因研究时，其研究材料的取舍也是一
个颇费斟酌的问题，了解世界范围内药用动物基因的研究情
况是大有裨益的。
1药用动物基因研究的总体情况
对包括《中国药典》2000年版一部、《新编中药志》第4
卷、《中国大百科全书》(中国传统医学分册)、《中药大辞典》
及《天然药物化学》第3版中所涉及的450多种重要药用动
物的DNA序列与蛋白质序列在GenBank数据库(http：／／
www．ncbi．nlm．nih．gov)的注册情况进行了初步统计[2“]。
截至2004的10月底，455种药用动物的DNA及蛋白质注
册情况见表1、2。总体看来，所统计的药用动物中42％以上
没有DNA报道，48％以上没有蛋白序列的报道，可见世界
范围内对药用动物的研究都是十分有限的。
表1 455种药用动物DNA序列在GenBbak
注册数分布情况
Table1 DNAsequenceregistrationof455
medicinala imalsinGenBank
表2 455种药用动物蛋白质序列注册数分布情况
Table2 Proteinsequenceregistrationof455
medicinala imalsinGenBank
从表3可看出，核酸序列注册较多的动物多为主要是药
食两用、以食为主的动物。其中猕猴属于国家一级保护动物。
蛋白质序列注册数较多的也是药食两用的动物，其中蛋白质
序列注册最多的是褐家鼠和家鸡。蛋白质注册在千条以下、
百条以上的药用动物钳蝎、马鹿、抹香鲸、东方鲎等。对其他
药用动物的蛋白研究还较少。
对在GenBank注册的DNA序列信息的分析表明，在统
计的药用动物中所注册的DNA序列主要涉及以下几方面：
(1)线粒体相关基因：COXl、COX2、COX3、cytochromeB
(cytB)、NADHdehydrogenase等。(2)rRNA基因：包括18S、
16S、12S及其转录间隔区(internaltranscribedspacer，ITS)
表3 部分药用动物DNA、蛋白质序列在GenBank注册情况
Table3 DNAandproteinsequenceregistration
ofsomem dicinala imalsinGenBank
等。(3)微卫星序列(microsatellitesequenc )。所统计的药用
动物在GenBank注册的绝大部分DNA序列属于以上3项。
根据已有的资料，药用动物基因的研究包括基因组
DNA、eDNA、表达序列标签(expressedsequenctag，EST)
以及药用蛋白基因克隆与表达等不同层次的研究。下面仅就
药用动物基因组DNA及EST的研究情况作一介绍。
1．1基因组研究：主要是进行基因组DNA核苷酸序列的
测定，并绘制相关图谱。本文对药用动物的基因组DNA注
册情况进行了初步统计，结果表明进行基因组核苷酸序列测
定(注册dbGSs)研究的药用动物非常少。主要集中在犬、牛、
褐家鼠、家鸡上，对这4种动物的dbGss研究较多，注册数
目都超过了10万条。
基因组研究是一项耗资巨大的基础研究，但与药用动物
“药用”的关系似乎不够直接。因此，要对有丰富物种多样性
的药用动物进行广泛基因组研究几乎是不可能的，此类研究
的必要性容易受到质疑。
1．2 EST序列研究：表达序列标签(EST)是从eDNA克隆
两端获得的短的cDNA部分序列。简单地说，一个EST就是
对应于某一种mRNA的一个cDNA克隆的一段序列。它在
新基因资源中扩展最为迅速。EST技术的理论基础是，来自
某一组织的足够数量的EST可代表特定组织中的基因的表
达情况，可用于研究基因表达模式和基因组序列之间的复杂
关系，已成为注释基因组序列的宝贵资源，在功能基因组学
研究的各个方面发挥了重要的作用。通过EST技术，可了解
细胞、组织或生命进程中基因表达模式的特征，鉴定出特异
性基因，特别是与药用动物蛋白有关的基因，如蜂王浆蛋白
前体基因等。对EST认真细致的生物信息学分析可以鉴定
出组织特异性的EST，是制备高质量cDNA微阵列的前提
工作。基于对EST数据的分析，还可以挖掘出mRNA加工
和成熟的分子机制，如mRNA加工信号元件，可变剪接和
3’末端加工的多样性等。
从一个物种所得到的所有cDNA(或称为cDNA文库)
万方数据
中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第36卷第9期2005年9月
代表着这一物种正在表达的有功能的基因。药用动物之所以
为药，其基础是药用动物的药用蛋白或其他的活性成分，它
们的产生都是由相应的基因所决定的，为了获得目的蛋白或
化合物，研究者把与之合成相关的基因作为主要研究目标。
与活性成分相关cDNA的克隆首先需要一定的生物信息，即
一段核苷酸序列或蛋白质的氨基酸序列，以此为起点用各种
生物技术的方法可以克隆到所需要的目的基因。虽然目前从
动物中克隆的药用相关基因还非常有限，许多基因还没有被
认识，但通过提供一定的生物信息如EST，就有可能迅速克
隆所需要的基因。利用EST可以避开大量的实验室工作而
阐明一条基因的大部分序列。
表4为目前EsT序列报道较多的药用动物。其中家鸡、
牛、家猪、犬、家蚕注册的序列最多，均达到了10万条以上。
注册序列数在千条以上的有猕猴、马、意大利蜂、鲤鱼、绵羊
等。注册序列数在百条以上的有山羊、家鸽等。而其他药用动
物EST序列数则较少或根本没有。
EST研究常常需要建立cDNA文库并需要进行大量的
cDNA克隆序列测定，没有足够的经费及信息技术的支撑及
后续工作目标的抉择和延续，也只能是一项基础性研究，不
容易看到其在药物研发中的实用价值。
表4在GenBank注册EST的部分药用动物
Table4 ESTregistrationofsomemedicinal
animalsinGenBank
动物名称 注册EST数／条动物名称 注册EST数／条
家鸡 527686 鲤鱼 10528
牛432891 鲦鱼 2 469
家猪 35856 家兔 2 275
犬 154722 意大利蜂 2 265
家蚕 116541 山羊 637
猕猴46571 鳗鲡 196
马 1 5290 家鸽 174
绵羊 10952 中华蜜蜂 62
2药用动物基因组、EST及药用蛋白研究现状分析
在GenBank数据库中注册数较多的传统中药包括鹿、
麝等动物。其中梅花鹿主要注册的DNA序列包括：微卫星
序列(3条)、核糖体基因(12条)、线粒体相关基因(90条)、
MHC(21条)、生长因子(2条)等，这些工作主要是由日本的
一些科研机构以及我国东北农业大学、吉林大学完成的；林
麝注册的DNA序列包括：核糖体基因(1条)、activinbeta—A
(1条)、线粒体细胞色素b相关基因(5条)，目前报道的只有
这7条，主要是由我国四川大学、东北林业大学完成的；大海
马注册的DNA序列包括：线粒体细胞色素b相关基因(87
条)、核糖体基因(11条)、MHC(1条)，主要是由加拿大的科
学家完成的；中华蜜蜂注册的DNA序列主要是蜂王浆蛋白
前体有关基因(4条)、线粒体相关基因(39条)、Hy—
pophaxyngeaIglandcDNA库(62条)。
东亚钳蝎是注册生理活性蛋白相关基因及蛋白较多的
药用动物，所注册的131条核苷酸序列和205条蛋白序列除
个别外都是与生理活性蛋白相关的。已经注册的蛋白序列可
大致分为以下几类：离子通道抑制剂或阻断剂：钾通道、钠通
道与氯通道抑制剂、K+毒素样肽等；毒素类：哺乳动物神经
毒素、酸性毒肽、昆虫毒素、防卫素样蛋白等；活性肽类：抗癫
痫肽前体、肿瘤镇痛肽、抗凝血肽、类抗菌肽蛋白、抗神经激
动肽等；生长因子类：成纤维细胞生长因子、缓激肽增强肽
等。这方面的工作主要由我国武汉大学，中国科学院上海生
物化学研究所、生理研究所、生化细胞生物学研究所以及北
京大学的科研工作者完成。
美国国立癌症研究所的基因组多样性研究室将穿山甲
作为胎盘哺乳动物起源的研究对象之一，注册了穿山甲核苷
酸序列，包括了活性蛋白基因并研究了重组蛋白、锌指蛋白
(zincfingerp otein)、神经营养生长因子、肾上腺素受体、腺
嘌呤受体、磷酸脂酶c及cAMP相关基因等15项核苷酸序
列和11条蛋白序列，相关结果在((Nature》杂志发表[7]。穿山
甲注册的核苷酸序列中只有1项为线粒体基因，2项为核糖
体基因。因此，穿山甲也成为活性蛋白注册比例高的药用动
物之一。
值得注意的是，如穿山甲，东亚钳蝎，梅花鹿和中华蜜蜂
在最近几年注册的基因和蛋白数明显多于过去。从以上资料
分析还可以看出一些趋势：(1)在药用动物基因组和EST研
究方面所进行的工作还比较有限，研究的动物也相对集中。
主要是牛、家猪、家鸡、犬、猕猴等动物。(2)现已进行或正在
进行基因组DNA研究的主要目标动物是与人们基本生活
相关的动物或者称之为广义上的药食同源动物，而重要药用
动物基因组的研究十分有限。正在进行大规模EST研究的
药用动物也为数有限，这可能与这些研究的深度及这类研究
的投入较大而实际应用前景不十分明确有关。(3)随着人类
功能基因组研究的深入，新的药物靶点不断出现，加之基因
重组技术已十分成熟，研究和开发新药的需要将促进药用动
物相关的药用蛋白的研究，重组动物药用蛋白的研发将成为
新药研发中一个有希望的领域。(4)RNA干扰技术在生物次
生代谢过程研究中起到越来越重要的作用，相应的药用动物
基因组学的研究是科学设计靶基因的siRNA的保证。
根据目前的研究趋势，对今后一段时间内药用动物基因
组及EST研究可做出如下估计：由于投资较大而应用目标
相对模糊，进行大规模基因组测序的药用动物种类近期不会
有太大的增长，但与药用动物蛋白研究相关的DNA序列或
EST的报道无论从动物种类或数量上都可能有较大的增
长。目前GenBank数据库中不同生物的dbEST注册数据仍
在不断更新。药用动物理应成为未来研究所关注的对象。但
我国是否需要大规模投资进行药用动物EST的研究，则应
论证研究对象的重要性和研究的目的性。但药用蛋白领域的
研究应该有所加强。
3结语
中国有丰富的药用动物资源，其蕴涵的基因资源急需保
护和开发利用，这是我国药用生物资源可持续利用所必须的
基础。中国政府对于药用生物可持续利用十分重视，我国科
万方数据
中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第36卷第9期2005年9月
学家在政府的支持下确实取得了不少的成果，但仍面临着不
少严峻的问题。如：面对如此复杂和种类繁多的药用动物，该
如何确定研究对象，采用哪种方法进行研究和保护，这需要
广大科学工作者的共同努力。
References：
[1]RasinI，RibnickyDM，KomarnytskyS，eta1．Plantsand
humanhealthin thetwenty—firstcentury[J]．Trends
Biotechnol，2002，20(12)：522531．
[2]ChP(中国药典)[s]．VolI．2000．
[3]XiaoPG．ModernChineseMateriaMedica(新编中药志)
MI．VolIV．Beijing：ChemicalIndustryPress，2000．
E4]YaoxS．NaturalProductsChemigry(天然药物化学)[M]．
3rded．Beijing：Peopls‘sMedicalPublishingHouse，2001．
[5]ShiDB．ChineseTraditionalMedicine(中国传统医学)[M]．
Beijing：EncyclopediaofChinaPublishingHouse．1992．
[63JiangsuNewMedicalCo lege．DictionaryofChi eseMateria
Medica(中药大辞典)[M]．VolI．Shanghai：Shanghai
ScientificandTechnicalPub!ishers，1996．
[7]MurphyWJ，EizirikE，JohnsonWE，ela1．Molecularphy—
logeneticsandtheoriginsofplacentalmanmals[J]．Nature，
2001，409(6820)：614—618．
植物药材次生代谢产物的积累与环境的关系
苏文华“2，张光飞1，李秀华1，欧晓昆1
(1．云南大学生态学与地植物学研究所，云南昆明650091；2．云南省生物资源
保护与利用重点实验室，云南昆明 650091)
摘要：许多植物药的活性成分是其所含的次生代谢物质，人工种植时其产量取决于初生产物的积累，质量取决于
次生产物的积累。药材质量及有效性的基础是植物的次生代谢。次生代谢物质的产生是发育程度、组织分化及外界
刺激因素通过影响生物合成基因表达而控制。对次生代谢产物在植株体内形成和积累的诱导有不同的诱导机制假
说。但都认为环境胁迫时，次生代谢产物数量增加。次生代谢产物积累与生长环境条件需求方面存在矛盾，是药用
植物种植的难题。
关键词：药用植物；环境条件；质量；产量；次生代谢
中图分类号：R282．21 文献标识码：A 文章编号：0253—2670(2005)09—1415—04
Relationshipbetweenaccumulationofsecondarymetabolism
inmedicinalpl ntandenvironmentalco dition
SUWen—hual～，ZHANGGuang—feil，LIXiu—hual，OUXiao—kunl
(1．InstituteofEcologyandGeobotany，YunnanUniversity，Kunming650091，China；2．LaboratoryforConservation
andUtilizationofBio—resources，YunnanUniversity，Kunming650091，China)
Keywords：medicinalplant；environmentalcondition；quality；yield；secondarym tabolism
现代药学研究表明，许多植物药的药理作用与其所含的
次生代谢物质有关口]。这类药用植物人工种植时其产量取决
于初生代谢产物的积累，而其质量就取决于次生代谢产物的
积累，保持其药材质量及有效性的基础是植物的次生代谢。
次生代谢与初生代谢一样是植物体内重要的生理代谢，
次生物质在协调与环境的关系上充当着重要角色。植物面临
环境胁迫时，次生代谢产物能提高植物自身保护和生存竞争
能力。国内外对于植物的次生代谢已开展了大量的研究。在
次生代谢与环境关系、次生代谢产物积累的内在规律等方面
积累了大量的基础知识，形成了一些基础理论。这些成果是
认识药用植物次生代谢有效成分变化，以及药用植物种植时
有效成分控制的理论基础。
1次生代谢产物合成与积累的环境诱导作用
一些植物不论环境如何，都会合成、积累次生代谢物质。
然而，对大多数植物而言，次生代谢产物的合成与积累往往
受制于所处环境的变化。它们根据所处环境的变化来决定合
成次生代谢产物的种类和数量，只有在特定的环境下才合成
特定的次生代谢产物，或者显著地增加特定的次生代谢产物
在体内的产量。碳同位素技术研究已证明，棉花中的驱虫挥
发性次生代谢产物是在受到昆虫刺激后才合成的，并不事先
合成储存这些挥发性物质乜]。植物体内次生代谢产物的合成
与积累需要环境条件的诱导。
可诱导或影响次生代谢产物合成积累的环境因子很多，
有生物因子、非生物因子。生物因子如病虫害的侵袭、个体密
度等；非生物因子如水分、温度、养分、紫外线、土壤理化性质、
空气污染等＆“]。环境因子对植物体内次生代谢的影响和作
收稿日期：2005一01一13
基金项目：国家自然科学基金资助项目(30360009)
作者简介：苏文华(1962一)，男，云南昆明人，副教授，主要从事生理生态及野生药用植物驯化栽培研究。
万方数据
药用动物基因组及EST研究
作者： 刘颖， 程克棣， 朱平， LIU Ying， CHENG Ke-di， ZHU Ping
作者单位： 中国医学科学院中国协和医科大学药物研究所,卫生部天然药物生物合成重点实验室,北京
,100050
刊名： 中草药
英文刊名： CHINESE TRADITIONAL AND HERBAL DRUGS
年，卷(期)： 2005,36(9)
被引用次数： 1次

参考文献(7条)
1.Rasin I;Ribnicky D M;Komarnytsky S Plants and human health in the twenty-first century[外文期刊]
2002(12)
2.中国药典一部 2000
3.Xiao P G 新编中药志 2000
4.Yao X S 天然药物化学 2001
5.Shi D B 中国传统医学 1992
6.Jiangsu New Medical College 中药大辞典 1996
7.Murphy W J;Eizirik E;Johnson W E Molecular phylogenetics and the origins of placental manmals[外文
期刊] 2001(6820)

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4. 顾以韧.李学伟.朱砺.梁艳 表达谱基因芯片技术及其在动物基因组研究中的应用[期刊论文]-安徽农业科学
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