第1章　药用植物亲缘学论纲——知识谱系、认识论和范式转换

1.1　概述

中药资源是我国中医药事业发展的基础，采用创新的理论和方法寻找和发现中药新资源是中药资源可持续利用研究的热点和重点。肖培根提出的药用植物亲缘学从理论上总结药用植物的生物亲缘关系、化学成分和疗效（传统疗效和药理活性）间的相关性（肖1978，1980；肖等，1982；陈等，2005），该学科的建立对开发中药植物资源具有重要指导意义（彭等，2006；杨等，2008；曹和王，2013）；系统发育基因组学方法可用于药物发现和开发的相关问题研究，可在组学水平拓展药用植物亲缘学的领域，由此衍生出药用基因组亲缘学的新概念。本书作者基于药用植物亲缘学的长期研究积累，提出这一新概念。本章简述药用植物亲缘学的知识谱系、研究方法和范式转换，展望药用基因组亲缘学的理论和实践价值。选择《中国药典》2015版收录最多的毛茛科为例，可以对药用基因组亲缘学进行深入的概念验证和实证研究。结合传统药物学知识积累（包括中药药性和功效知识）和药理研究揭示的生物活性，在基因组、转录组和代谢组水平探讨毛茛科及其重要族属的系统发育和进化关系，揭示药用植物基因型和代谢表型，以及近缘种遗传多样性和化学多样性的内在关联。通过毛茛科示范研究，丰富药用植物亲缘学研究的内涵，开放地吸收有关领域的新知识和新技术，促进中药资源学科的成长。

近年随着高通量测序技术的迅猛发展，生物系统发育研究中开始采用基因组数据，因此出现一些新术语，如系统发育基因组学（phylogenomics，基因组系统学/基因组亲缘学；Eisen和Fraser，2003）、药用系统发育基因组学（pharmacophylogenomics）（Searls，2003）、转录组亲缘学（phylotranscriptomics；Kohonen等，2007）等。系统发育基因组学是进化和基因组学的交叉学科，是将基因组数据用于进化关系重建的综合分析；药用植物亲缘学研究药用生物（特别是药用植物）的生物亲缘关系、化学成分和疗效（传统疗效和药理活性）间的相关性；系统发育基因组学方法可用于药物发现和开发的相关问题研究，在组学水平拓展了药用植物亲缘学的领域（图1-1）。系统学（亲缘学）是生命科学各分支和交叉学科的根基所在，在中药资源学、中药鉴定和质量评价、中药药性、中药毒理和民族药等中药学相关领域起到提纲挈领的作用。提出药用基因组亲缘学新概念，是应学科交融的大势所趋，期望在中医药理论指导下，运用多学科新理念、新方法和创新的技术手段进行跨学科综合研究，推动中药资源学科理论建构和实践应用，更好地服务于中医药现代化事业。

图1-1 　可用于药用植物亲缘学亲缘关系推断的组学数据

RAD—限制酶切位点相关的DNA；SNP—单核苷酸多态性；SSR—简单重复序列；EST—表达序列标签

全球现存种子植物超过300000种，约60%植物在后新石器时代的人类文明史中作为药物使用。当今人类不仅采集野生植物供药用，而且对许多重要药用植物进行栽培驯化（肖等，2007，2011；赵等，2008），这构成人类文明史不可或缺的一部分。中国有超过10000种药用植物，中药材约87%为植物药（陈等，2010）。药用植物也是许多化学药物的基本原材料，如抗疟的青蒿素和抗癌的紫杉醇等重磅药。目前超过1/3临床用药来自植物提取物和/或其衍生物。但绝大多数药用物种尚未驯化，且目前可用于改进药用植物属性使其疗效提高的工具并不多。过度采集已导致植物药供应危机，产紫杉烷的红豆杉属植物是一典型例证（Hao等，2012）。另一方面，必须对药用植物基因组进化模式有深刻理解才能更有效地驯化和改良它们。可将人工选育看作加速和靶向的自然选择。药用植物基因组进化研究对于理解植物进化和系统发育的普遍机制十分重要，也有助于植物基药物发现和开发，以及植物药资源可持续利用。本章审视药用植物亲缘学发展脉络，梳理相关知识谱系，在植物基因组进化和系统发育框架内论述药用植物亲缘学创新研究方法和研究范式变迁，指出研究空位和发展趋势，抛砖引玉，希望启迪思维，促进学科发展。