陈士林院士：把中药科研“写”在大地上

       日前，中国工程院2023年院士增选结果公布，中医药行业新增2名院士。新当选院士陈士林在中医药领域深耕多年，创立“本草基因组学”学科，揭示中草药品质形成遗传密码。

　　曾经，作为“活血圣药”的三七近几十年几乎绝迹于野外;如今，优质栽培的三七花开遍云南文山。小小的三七已变成当地的支柱产业，仅在文山苗乡三七科技园，优质三七栽培每年可解决20万人次的农民就业，带动3500户农民走上致富路，形成产业帮扶的典型示范。

　　“我们通过发展种植业，推动野外中药资源的可持续利用，实现对生物的开发性保护。”中国工程院院士、成都中医药大学首席教授、中国中医科学院首席研究员陈士林说，“也就是通过栽培，让濒危珍稀中药物种得以延续。”

　　多年来，陈士林辗转于实验室和乡村之间，将中药的基础研究和前沿技术相结合，利用本草基因组学研究，引领中药材品质升级，推动中医药助力乡村振兴，把中药科研进展“写”在祖国的大地上。

　　占领高地，中药材有了“基因身份证”

　　传统上，中药材的鉴别主要靠药工依据药物的形态特征来进行区分。然而，随着中药材以及中药相关产品的需求越来越大，中药材质量参差不齐、以假乱真的现象已成为不容忽视的问题。

　　2009年，陈士林团队提出本草基因组计划，利用分子生物学技术研究中药原物种的DNA序列，探寻每味中草药专属的“身份证”，赋予中草药新的生命。陈士林认为，在中医药事业快速发展的时期，传统的鉴定技术已无法满足市场需求，利用现代科技手段建立一个新型的中药材鉴定模式是符合时代要求的。

　　随着2016年度国家科技进步奖的颁布，中草药DNA条形码物种鉴定技术进入了公众视野。这项由陈士林牵头完成的科研项目，运用分子生物学技术为中药材建立了通用的基因条形码鉴定标准。“《中华人民共和国药典》已将中草药DNA条形码物种鉴定方法列为中药材鉴定指导原则之一。”陈士林介绍，通过对中药材基因组的深入研究，可揭示中药材遗传背景和次生代谢成分合成机制，能够更好地了解中药材的生长、发育、抗病性等特性，进而指导优质中药材的品种培育和生产，提高中药材的品质。“同时，基因组学研究还可以帮助我们发现并利用中药材潜在药用成分，为中医药的发展提供新的思路和方法。”

　　至此，在陈士林眼中，每一种中药材都有了自己专属的“基因身份证”。2021年，团队完成全球药典草药物种基因组数据库，收录了超900个物种基因组学数据，包括DNA条形码、细胞器基因组等遗传信息。除此之外，项目团队还联合全国67家研究单位，发起了“千种本草基因组计划”研究联盟，陈士林团队在国际上率先完成了100余个中药材基原物种全基因组图谱和500余个叶绿体基因组图的测序组装工作。

　　鉴于中药材物种数量多、分布区域广的情况，陈士林带领团队从田间地头走到实验室，凭借着“脚力”和“脑力”，进行了大量的野外采集和鉴定工作。

　　“有些稀有草药的生长环境非常特殊，比如在悬崖峭壁上，下边就是几百米的深谷，很难找到合适的采集地点。”为了解决这个问题，陈士林及其团队会与当地的农民和研究机构进行合作。“他们通常会提供一些非常有价值的信息，比如哪个山头有药材、哪个地方有羊肠小道、哪个地方的草药大小符合采集要求，他们会了解得更多。”陈士林回忆。

　　除此之外，基于草药的生长周期，陈士林团队还需要耐心等待合适的采集时间。“一个样本的采集可能耗时一两个月。”陈士林说，“这个过程虽然琐碎和辛苦，但也让我们团队成员深刻体会到了科研的价值。”

　　目前，在国际上，陈士林团队首次验证提出核基因组序列ITS2作为中草药通用DNA条形码，完成1.1万余种中药材及近缘种的4.8万份样品的DNA条形码研究，成功建立了中药材DNA条形码鉴定标准，为中药鉴定学开拓了新的方法学领域，开启了中药鉴定的新篇章。

　　扎根田间，基因图谱描绘新图景

　　把科研落在实处，把学问融入现实。不在实验室时，陈士林常奔波于乡土之间。在“三七之乡”云南文山壮族苗族自治州，陈士林团队与当地的企业公司和研究所合作，依托高品质三七种植模式，获得了不错的收益。

　　种植三七，是文山很多人脱贫致富的“金不换”，但是三七连作障碍严重、病虫害频发、标准缺失等问题导致文山三七的品质和价格十分不稳定，对种植户来说是致命的伤害。“一块土地种植过三七后，之后的10到20年将无法再次种植，否则会产生大量病虫害导致减产甚至绝收。”陈士林说，“加上云南的可用耕地并不多，所以连作障碍是制约三七发展的一个最重要的原因。”

　　陈士林及其团队开始选育具有抗性基因的三七。“我们运用分子辅助育种的方法，把抗性品种的分子特征找出来，通过分子标记，在大田里很快就可以找到几千株和它一样的品种，一下子就可以节约4~6年的时间。”陈士林介绍，“这是分子辅助育种最重要的一个技术方法，能够起到加快选种育种过程的效果。”

　　在陈士林团队和当地的科研单位、企业的通力合作下，成功培育出5个高品质三七品种。其中，三七抗性新品种的推广使三七根腐病发病率下降62.9%，为优质药材生产提供源头保障。

　　除了三七，陈士林团队还成功选育了人参、紫苏等8种中药材品种，将中药材品种鉴定、良种培育繁育、无公害种植等关键技术应用到中药材产业帮扶中。

　　与此同时，陈士林团队还通过专家工作站或技术帮扶等方式，在云南、贵州、吉林、湖北、重庆、陕西等地开展良种选育、田间管理、规范生产、采收加工等技术推广培训，帮助乡亲们解决“在哪里种、种什么、怎么种”等问题，推动了当地的中药材规范化生产，让群众的腰包鼓了起来。“我们在经济欠发达地区实现了无公害药材生产与三农经济转型的有机结合，同时也为广大患者提供了更好的中药材。”陈士林说。

　　钻研科学，技术创新引领新方向

　　辗转于田间地头和实验室中，陈士林发现，很多地区并没有根据当地综合环境来选择耕种的中药材品种。随着中药资源需求不断扩大，盲目引种、跟风引种现象开始出现，部分药材因无法适应当地环境而出现减产的问题。为此，陈士林团队开发了“中药材全球产地适宜性分析系统”(GMPGIS)，基于生态环境大数据和中药材道地产地生态环境比对，即可确定该种中药材最适宜种植的产区，从而找到有需要的地区最适合种植的中药材品种。

　　“GMPGIS系统的研发摆脱了过去依靠传统经验和单因素分析的方法，为我国中药材引种栽培和中药材产业的合理布局提供了科学、可靠、直观、快捷的决策分析手段。”陈士林介绍，“目前这套系统已辅助全国32个县开展了无公害中药材种植规划，完成约260个中药材产地生态适宜性区划。”

　　在陈士林眼中，利用现代科学对传统中药的内容进行研究、开发和利用是他的科研目标。“传统中医药与现代前沿技术结合，是‘老问题新方法’。不仅需要技术的创新，也需要对中医药传统理论和实践的深入理解，更需要跨学科、多维度技术的融合。”陈士林认为，“持续学习最新的科研成果和技术，对于保持研究的前沿性和深入性至关重要。”

　　未来，陈士林及团队将继续推动传统中医药与现代前沿技术结合，解决中医药行业的实际问题，基于本草基因组学在获取基因组和基因遗传信息的基础上，拟建立全基因组泛GPCR细胞株系资源库、靶向GPCR受体的药物筛选评价平台，解决中医药行业疗效机理不清的核心问题和新药开发难题，建立基于全基因组泛GPCR现代中药发现与评价体系，构建中药研究的底层核心技术，大力推动中医药现代化的发展和应用。

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