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Commun Biol | 循迹基因组差异，中国医学科学院宋经元团队研发植物物种鉴定新方法——时珍法

花匠小妙招
2024-11-20 17:24

责编 | 王一

在当今测序技术飞速发展和测序成本急剧降低的背景下，越来越多物种的基因组被公开，基因组学正深刻影响着各学科领域。2022年，古人类基因组和人类进化的研究获得了诺贝尔生理学或医学奖，这一成就再次证明了基因组在解答生命科学重大问题中的巨大潜力。在植物物种鉴定领域，全基因组提供了一种新的视角：作为植物全部遗传信息的载体，不同物种间的基因组必定存在差异，通过全基因组分析寻找基因组间差异理论上可鉴定区分任意植物物种，因而全基因组被认为是植物物种鉴定的理想数据库。虽然目前全基因组分析技术已经取得了显著进展，但全基因组分析是否可用于植物物种鉴定仍有待探索。

近日，中国医学科学院宋经元研究员团队在Communications Biology上发表了题为GAGE is a method for identification of plant species based on whole genome analysis and genome editing的研究论文，提出了一种基于全基因组分析的植物物种鉴定方法——时珍法。该方法通过全基因组分析从目标植物的全基因组中筛选物种特异性靶标序列，结合基因组编辑系统来检测这些序列，实现了植物物种的准确鉴定。

研究团队以经济价值高且入药易被混伪的植物番红花（Crocus sativus）为研究对象分两步建立时珍法，生信分析方面基于番红花基因组（文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221138352300494X?via%3Dihub）构建了番红花候选靶标序列库，共获得59,282,259条可用于番红花鉴定的候选靶标序列；实验验证方面以番红花基因组中候选靶标序列Cs_target1为例，使用CRISPR/Cas12a基因编辑系统检测该序列，验证了时珍法的可行性和特异性，确定了灵敏度。

图1 时珍法策略

随后，研究人员通过比较基因组分析发现西红花药材常见混伪品红花、莲须和玉米须基原植物的基因组中不存在与Cs_target1相同或相似的序列，证实了Cs_target1的物种特异性，随后通过检测该序列成功区分了西红花及其混伪品。在此基础上，研究人员还在包括被子、裸子、蕨类和石松植物4个不同高等植物门的5种植物中测试了时珍法，证明该方法在植物物种鉴定领域具有广泛的通用性。

图2 时珍法鉴定西红花及其混伪品并应用于不同门的植物鉴定

时珍法灵敏度高，能够准确鉴定植物物种，为全基因组在物种鉴定中的应用提供了参考案例。但作为首个基于全基因组的植物物种鉴定方法，时珍法仍旧面临可用基因组数量较少，基因组分析过程有待简化等问题，同时时珍法在同属近缘物种鉴定的可用性也有待验证。除了植物界，宋经元研究员团队还建立了时珍法在动物界和真菌界的鉴定体系，相关论文均已发表：

http://www.yxxb.com.cn/aps/cn/article/doi/10.16438/j.0513-4870.2023-0513

https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2024.1336143l

https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2024.1323572

中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所博士生郝利军和助理研究员许文杰为论文共同第一作者，宋经元研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和中国医学科学院医学与健康科技创新工程的支持。

据悉，宋经元研究员团队长期致力于应用生命科学前沿技术研究药用植物，作为主要完成人，在国际上提出并验证ITS2序列作为植物通用DNA条形码，共同创建中草药DNA条形码鉴定技术体系，相关指导原则纳入《中国药典》。获国家级奖1项，省部级奖3项。

https://www.nature.com/articles/s42003-022-03894-9