现阶段药用植物内生真菌的相关研究

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The recent progress and prospects of research on endophytic fungi in medicinal plants

Abstract:Endophytic fungi are ubiquitous in the health tissues and organs of medicinal plants, with a great number of species and a wide range of distribution.To date, a large number of species have been isolated from diverse medicinal plants distributed in various ecological environments in the world, except Antarctica.With the rapid development of modern science and technology, the research on endophytic fungi in medicinal plants has achieved remarkable progress.In this paper, research progress on endophytic fungi in medicinal plant is summarized, and the future development trend in this field is expected and predicted.

Keyword:medicinal plants; endophytic fungi; mycorrhizal fungi;

药用植物内生真菌的研究, 涉及植物学、微生物学、农学、化学、药学、分子生物学、生物信息学等学科。它与一般植物内生真菌研究的不同之处在于:它不仅研究内生真菌的多样性, 而且重点研究内生真菌对药用植物生长发育的作用, 对药用部位活性物质形成、含量变化和临床药效的影响, 以及与药材道地性的关系。该领域的研究, 尤其重要的是可根据药用植物与真菌密切关系的特性, 利用现代技术手段, 研究某些濒危紧缺药用植物资源保护和可持续利用的关键问题。

药用植物内生真菌研究的目的和意义, 是根据内生真菌与药用植物互作及其协同进化的生物学特性, 研究解决珍稀濒危药用植物资源保护和可持续利用的关键问题。利用几乎所有植物都有内生真菌这一自然特点, 开展内生真菌在药用植物生长发育和活性成分形成中的应用研究, 既不改变其遗传背景, 又能达到药材道地性的要求。从内生真菌生物学理论出发, 以应用基础研究为主, 为我国药用植物资源保护和可持续利用提供可靠的理论依据及强有力的技术支撑。所以, 药用植物内生真菌生物学研究对阐明药用植物分布、药用植物生长发育特性、药材道地性、药效物质形成和积累、药用植物资源再生具有重要意义。

1、药用植物与内生真菌

药用植物, 是指医学领域中用于预防和治疗疾病的一类植物, 药用植株的全部或一部分供临床使用或作为制药工业的原料。广义而言, 还可以包括用作营养剂、保健食品、农药和兽医用药的植物资源。

内生真菌是指生活在植物细胞中或在其生活史某一时期生活在植物组织内, 对植物组织没有引起明显病害的一类真菌。广义而言, 还包括那些在生活史中的某一阶段营表面生的腐生菌, 对宿主暂时没有伤害的潜伏性病原真菌和菌根真菌 (SmithRead 2008) .

人类对内生真菌的研究始于19世纪末, 对于植物内生真菌的研究已有100多年的历史, 早在1898年人们就从黑麦草Lolium temulentum L.中分离得到了首株内生真菌 (Lin et al.2007) .此后的几十年内, 植物内生真菌的研究范围仅限于一些重要的经济植物中。直到1993年, 美国科学家从药用植物太平洋短叶红豆杉Taxus brevifolia韧皮部中分离到1株能产紫杉醇的内生真菌Taxomyces andreanae Strobel et al. (Stierle et al.1993) , 人们才真正意识到内生真菌是人类寻找新型药用活性成分的重要潜在原料, 尤其是药用植物中内生真菌的相关研究, 已经成为全世界科学家研究的热点之一。随后植物内生真菌的研究范围也慢慢扩展到藻类、地衣、蕨类等低等植物。

几乎所有的植物都存在内生真菌, 它们生活在植物体内的特殊环境中, 并与宿主植物长期协同进化, 在漫长的共进化过程中彼此构成了稳定的生态关系。目前, 对二者之间的关系一般分为两种观点。一种观点将其描述为互惠互利的共生关系, 内生真菌可以从宿主植物中吸收营养物质供给自己生长发育的需要, 内生真菌也可以提高宿主植物对胁迫环境如病虫害、干旱和水涝等的适应性和抗性, 并在宿主植物的生长发育和繁殖中起重要的作用。另一种观点认为二者是特殊的寄生关系, 这种寄生一般不引起植物的相关病症, 而当植物衰老或受到环境胁迫时又会变成病原菌而引起植物病害, 即内生真菌和宿主植物之间是一种处于动态平衡的拮抗关系 (Aly et al.2011) .

内生真菌与药用植物形成共生关系的过程涉及细胞形态发生、信号识别、转导、营养物质交换和基因表达等一系列复杂的过程。内生真菌分布于药用植物的根、茎、叶、花、果实和种子等各个部位, 二者形成共生关系的过程一般分为接触、侵入和定殖等过程。在侵染早期, 双方各自释放信息素类似物并被彼此识别, 内生真菌可以菌丝或孢子形式通过变形、吸器或渗透等多种途径对宿主植物进行侵染, 也可以通过分解植物表皮细胞壁或通过各种自然孔口 (包括侧根发生处、气孔、水孔等) 或伤口 (包括土壤对根的磨损、病虫对植物的损害及收割植物造成的伤口等) 等传播途径进入植物。真菌侵染植物时, 植物会发生一系列的反应, 如植物本身的结构阻止真菌的侵入, 植物组织和细胞发生多种变化阻止真菌侵入等, 同时真菌分泌多种物质帮助自身进入植物体内, 这期间发生非常复杂的物理和化学反应, 经过侵染与反侵染后, 内生真菌在植物的表皮、皮层、叶肉细胞等处定殖, 很少或不侵入维管系统。在这些组织内, 内生真菌一般以菌丝的形态存在, 少数真菌可以形成厚垣孢子、微菌核、小囊泡等结构。

直到现在, 每年仍然从各种植物中分离、鉴定出大量的内生真菌, 然后再研究其功能及实际应用。总结近年来药用植物内生真菌的研究内容, 大致体现在以下几个方面。

1.1 药用植物内生真菌的分离、鉴定及多样性

药用植物内生真菌普遍存在于健康植物组织和器官中, 种类繁多, 分布广泛。到目前为止, 人们已从多种药用植物中分离出不同类型的内生真菌, 这些植物广泛分布于除南极洲以外的世界各地, 生态环境有很大差异, 从中分离到的内生真菌物种种类繁多, 涉及子囊菌、担子菌、接合菌、无孢菌类等类群。虽然从植物体内能够分离得到大量的内生真菌类群, 但是由于内生真菌与宿主间具有一定的专一性, 假设每种宿主体内包含有4、5种专性内生真菌, 以地球目前已知的25万种植物数量计算, 内生真菌数量可大于100万种 (林燕青和洪伟2012) .

1.2 内生真菌对药用植物生长、发育的影响

在过去的数十年里, 研究表明内生真菌影响着药用植物生理进程的不同方面。如:从滇重楼根状茎分离到8株能促进滇重楼胚发育的内生真菌;茅苍术与其内生真菌共生培养后, 其组培苗叶片、根的鲜重和干重明显增加;兰科药用植物的内生真菌能产生吲哚乙酸、赤霉素、脱落酸、玉米素等植物激素;苦皮藤根韧皮部分离的内生真菌对黏虫、小菜蛾都具有较强的胃毒活性;苦楝中分离出的内生真菌对马尾松毛虫有抗虫活性 (孙奎2010;丁常宏等2013;解修超等2013) .以上研究可以看出:首先, 药用植物内生真菌能够产生植物生长所需的调节剂类物质, 以增强植株对微量元素的吸收, 进而促进植物的生长发育;其次, 药用植物内生真菌能够提高宿主植物的生理活性指标;再次, 药用植物内生真菌能够提高宿主植物抗逆性, 包括生物胁迫与非生物胁迫;最后, 药用植物内生真菌是某些特殊植物的营养来源, 是保障其正常生长发育、生殖遗传必不可少的重要条件。

1.3 内生真菌对药用植物次生代谢产物、活性物质的调节

内生真菌通过影响和调节药用植物次生代谢产物的合成、含量及累积, 直接或者间接地影响药用植物活性物质的分布、含量。例如:丝核菌株R02和R04能促进金线莲叶片超氧化物歧化酶、根系酸性和碱性磷酸酶活性以及抗坏血酸、多酚、类黄酮和多糖化合物含量;铁皮石斛内生真菌能促进铁皮石斛次生代谢产物的积累, 增加多糖含量;大戟内生真菌接种到大戟组培苗上, 发现内生真菌E4和E5均能促进大戟组培苗中两种萜类物质异大戟素、大戟醇的合成;刺五加内生真菌可显着影响刺五加中皂苷合成关键酶基因的表达量, 进而影响刺五加的皂苷含量 (曾培源和吴锦忠2010;何新华等2012;丁常宏等2013) .

1.4 药用植物内生真菌的培养及替代药用植物

目前许多药用植物资源枯竭, 而多种高效的药用活性成分难以人工合成, 或合成药物难以发挥相同功效。普遍存在于药用植物组织和器官中的内生真菌具有丰富的多样性, 部分内生真菌在代谢过程中产生的活性物质在药物研发、植物病害生物防治等方面表现出了巨大的经济价值及应用前景, 因此受到世界各国科学家的广泛关注。1993年人们首次从短叶红豆杉中分离得到一株能合成抗癌物质紫杉醇的内生真菌, 这表明有的内生真菌具有合成和宿主植物相同或相似活性成分的能力。较为成功的例子还有:裂褶菌属Schizophyllum内生真菌能产生三尖杉酯碱类物质, 能抑制真核细胞内蛋白质的合成, 是一类潜在的抗癌药物;银杏的内生真菌裂褶菌Schizophyllum发酵液和菌丝体产黄酮类成分槲皮素;长春花分离得到的尖孢镰刀菌可培养产生长春新碱等 (徐范范等2010;丁海娥等2013;周永强等2014) .总体来讲, 药用植物内生真菌次生代谢产物与药物开发的关注点主要在以下几个方面:首先, 抗肿瘤活性物质, 如内生真菌培养物产紫杉醇和紫杉烷类、长春新碱、鬼臼毒素、喜树碱等;其次, 抗菌活性物质, 如缩酚酸环醚、萘醌类等;再次, 抗氧化活性物质, 如黄酮及类黄酮、酚类、多糖等;最后, 抗炎活性物质, 如香豆素类等。

2、药用植物内生真菌研究现状

近7年来 (20102017年) , 国内外发表了许多与药用植物内生真菌相关的研究论文、综述、会议报告。通过Web of Science统计得出核心库期刊发表的近5年与药用植物内生真菌 (medicinal plant and endophytic fungi) 相关论文共计272篇, 其中2010年 (26篇) 、2011年 (29篇) 、2012年 (61篇) 、2013年 (32篇) 、2014年 (27篇) 、2015年 (30篇) 、2016年 (34篇) 、2017年 (33篇) .研究较为热门的国家包括中国、印度、巴西、泰国、美国、德国、日本、韩国、墨西哥和马拉西亚等。

2.1 各国药用植物内生真菌研究概况

近年来, 中国药用植物内生真菌的研究开展较为广泛, 包括铁皮石斛、天麻、金线莲、降香、滇重楼、盾叶薯蓣、沉香、银杏、无花果、多花黄精等, 主要研究了内生真菌对药用植物生长发育、种子萌发、有效成分累积等方面的作用, 以及从药用植物内生真菌中筛选分离出具有抗菌、抗炎和抗肿瘤的天然活性物质。中国医学科学院药用植物研究所郭顺星课题组以铁皮石斛、天麻、金线莲以及树脂类药材沉香和降香、药用真菌猪苓等为研究对象, 主要研究内生真菌对药用植物生长发育、种子萌发、药效成分累积、活性物质变化等方面的功能, 并应用于实际栽培、生产及产品开发 (Chen et al.2011;Chen et al.2013;Sun et al.2015) .中国农业大学周立刚课题组从多种药用植物及其内生真菌和病原真菌中寻找新型具生物活性的次生代谢产物, 从次生代谢的角度探讨植物与内生真菌之间的相互作用和协同进化关系, 并利用现代生物技术手段, 有效提高活性成分的产量, 为其应用提供依据 (Li et al.2014;Shan et al.2014;Tian et al.2017) .浙江大学章初龙课题组开展了药用植物沉香、银杏、无花果、多花黄精等内生真菌的基础研究和应用开发, 该课题组从药用植物内生真菌中筛选分离出几十种具有抗菌活性物质的天然产物, 并将其应用到生物农药的研究开发, 如木霉菌素、产气霉菌等 (Wang et al.2011) .西北农林科技大学唐明课题组进行了林木菌根真菌种质资源、生态分布和生物多样性的研究, 并利用菌根真菌提高枸杞、刺槐、垂柳等植物的抗逆性, 详细分析了菌根真菌提高植物耐旱、耐病虫害的分子遗传特性 (Zhang et al.2012) .厦门大学沈月毛课题组利用药用植物内生真菌发现了多种抗肿瘤和抗菌新化合物 (Wang et al.2010) .此外, 我国科学家最新的研究还包括从人参中分离得到两株新的内生真菌Fusarium sp.PN8和Aspergillus sp.PN17, 具有抗菌活性, 并且可用于发酵制备人参皂苷等成分 (Jin et al.2017) ;研究分析了内生真菌Gilmaniella sp.AL12通过影响乙烯信号通路, 介导苍术倍半萜的生物合成等 (Yuan et al.2016) .由此看出, 我国科学家在药用植物内生真菌的研究中, 取得了丰硕的成果。

印度科学家对药用植物内生真菌的研究也处于热点状态, 印度同为四大文明古国, 其传统医药学包括阿育吠陀、尤纳尼、西达等, 有着丰富的传统药用植物资源, 同样也拥有丰富的内生真菌资源。近年来, 印度巴纳拉斯大学 (Banaras Hindu University) 的Kharwar课题组发表多篇论文 (Kharwar et al.2010;Kharwar et al.2011;Gond et al.2012;Kharwar et al.2012) , 他们从印度传统药夜花属夜茉莉Nyctanthes arbor‐tristis中分离得到19种内生真菌, 研究了其多样性和抗菌活性;该课题组还从柠檬桉Eucalyptus citriodora的叶片中得到了内生真菌与外生真菌, 并比较了二者的抗菌活性。此外, 印度科学家最新的研究还包括:从印度药用植物黄花稔Sida acuta中分离得到具有抗菌活性的硫色曲霉Aspergillus sulphureus, 可抗金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、大肠杆菌、伤寒杆菌 (Murali et al.2017) ;发现光果甘草的内生真菌腐皮镰刀菌Fusarium solani具有抗结核的作用 (Shah et al.2017) ;从印度芳香植物柠檬马薄荷Monarda citriodora分离得到28株内生真菌, 分别来自11个属, 包括镰刀菌、黄曲霉、Muscodor等, 具有开发植物生物防治物质的潜力 (KatochPull 2017) ;并发现姜黄Curcuma longa的内生真菌茎点霉菌Phoma herbarum具有拮抗斑叶病的活性等 (Gupta et al.2016) .

巴西地处南美洲东部, 由亚马逊河孕育出丰富的植被资源, 共有植物4万多种, 许多植物用于医疗保健、防治疾病。多样的气候、地理条件使得其内生真菌资源十分丰富。巴西米纳斯联邦大学 (Federal University of Minas Gerais) Rosa Luiz和Rosa Carlos等科学家所在课题组近年来发表了多篇从巴西传统药用植物中得到的内生真菌相关论文 (Rosa et al.2012;Vieira et al.2012;Rosa et al.2013;Vieira et al.2014) .他们从茄科植物Solanum cernuum中分离出246种各类内生真菌、豆科植物Stryphnodendron adstringens中鉴定出25属320种内生真菌, 并发现多种药用植物内生真菌具有强烈抗菌活性, 他们还详细研究了菊科药用植物Smallanthus sonchifolius中内生真菌Coniochaeta ligniaria (Grev.) Massee的抗菌活性。此外, 巴西科学家最新的研究还包括, 发现间座壳菌Diaporthe sp.产物‐ (1‐3, 1‐6) ‐d‐glucans具有抗恶性细胞增殖作用 (Orlandelli et al.2017) ;从野木蓝Indigofera suffruticosa叶片中分离得到65株内生真菌, 其中18株具有抗细菌活性等 (Dos et al.2015) .

泰国处于热带气候, 雨林资源丰富, 药用植物及内生真菌分布广泛。宋卡王子大学 (Prince Songkla University) 的Phongpaichit课题组从3种药用海草中分离鉴定出160种潜在的内生真菌, 并研究了它们的抗菌活性 (Supaphon et al.2013) .清迈大学 (Chiang Mai University) 的Lumyong课题组从樟科钝叶桂Cinnamomum bejolghota分离出2 774株内生真菌, 此外他们还从分子形态特征鉴定出Muscodor属4种新的内生真菌 (Suwannarach et al.2012;Suwannarach et al.2013) .此外, 泰国科学家最新的研究还包括, 从传统药用植物Melodorum fruticosum的花中分离得到52株内生真菌, 其中间座壳菌Diaporthe spp.具有抗菌和抗氧化的作用 (Tanapichatsakul et al.2017) ;在沉香Aquilaria subintegra树脂部位发现内生真菌33株, 并从其中4株的发酵产物中, 得到沉香树脂类似的化合物, 且具有抗氧化活性 (Monggoot et al.2017) .

美国拥有广袤的平原和山区资源, 药用植物和内生真菌的研究也处于先进水平, 不仅研究本国资源, 还跨区域与墨西哥、印度、巴西等国合作开展了更为广泛的研究。近年来, 美国本土药用植物内生真菌研究以马里兰大学 (Maryland University) Gazis课题组为代表, 他们从橡胶树Hevea brasiliensis叶和茎中共分离出175株内生真菌, 采用了ITS和LSU序列片段对其进行了分类鉴定, 其中97%属于子囊菌, 而担子菌仅占1%;而又以Penicillium、Pestalotiopsis和Trichoderma这3属最多;在叶片中比茎中分离得到更多的内生真菌。以上结果显示, 橡胶树内生真菌具有多样性, 不同部位具有不同类型的内生真菌 (GazisChaverri2010) .此外, 美国科学家最新的研究还包括, 从西栖蓼的Persicaria amphibia内生真菌Montagnulaceae sp.DM0194得到Azaphilones类化合物Montagnuphilones A‐G, 具有细胞毒性 (Luo et al.2017) ;从内生真菌踝节菌属Talaromyces minioluteus分离得到Meroterpenoids化合物Talarolutins A‐D, 具有对前列腺癌的细胞毒性 (Kaur et al.2016) ;从龙血树Dracaena draco内生真菌可可球二孢菌Botryodiplodia theobromae Pat.分离得到抗细菌活性物质等 (Zaher et al.2015) .

德国科学家对药用植物内生真菌的研究具有较高水平, 杜塞尔多夫大学 (Dusseldorf University) 的Proksch Peter课题组对高等植物内生真菌的化学成分进行了全面的综述, 详尽地阐述了内生真菌是提供新的天然药用化合物的宝库 (Aly et al.2010) , 该文详细描述了在内生真菌研究中取得重大成就的紫杉醇、喜树碱和鬼臼毒素等化合物, 以及各种活性物质的抗菌、抗寄生虫和细胞毒素作用等, 并分析了利用药用植物内生真菌生产药物的影响因素。德国天然产物研究所 (HKI) 的Hertweck Christian课题组研究了药用植物鬼针草Bidens pilosa内生真菌Botryosphaeria rhodina Berk.M.A.Curtis的化学成分Botryorhodines A‐D, 描述了其抗真菌活性和细胞毒性 (Abdou et al.2010) .多特蒙德大学 (TU Dortmund University) Kayser Oliver课题组从大麻中分离出了30种内生真菌, 并研究了它们的多样性和作为介质在植物真菌体系中发挥的作用 (Kusari et al.2013) .此外, 德国科学家还在光黑壳属内生真菌Preussia similis发现二环聚酮化合物Preussilides A‐F具备的抗恶性细胞增殖作用等 (Noumeur et al.2017) .

日本对于药用植物内生真菌的研究开展的时间较早, 也较为深入, 并且擅长国际合作。东京大学Abe课题组从曼陀罗Datura stramonium中得到的内生真菌可以产生真菌毒素物质 (Sun et al.2012) ;大阪大学的Nihira课题组从内生真菌Bipolaris sp.中得到了化学物质Bipolamides, 深入分析了其化学结构和药理活性 (Siriwach et al.2014) ;山口大学Ito课题组和埃及科学家合作, 从埃及天仙子中分离得到多种抗真菌药用活性的内生真菌 (Abdel‐Motaal et al.2010) ;山形大学Shiono课题组研究了药用植物内生真菌镰刀菌中聚酮化合物的代谢途径 (Shiono et al.2013) .此外, 日本科学家还从药用植物Coccinia grandis叶片中分离得到内生真菌稻黑孢霉Nigrospora oryzae (B.Br.) Petch, 具有很强的抗病原真菌活性 (Thanabalasingam et al.2015) .

韩国也对本国的药用植物内生真菌进行了一定的研究。建国大学的Kumaran课题组从Morinda citrifolia中分离出可可毛色二孢Lasiodiplodia theobromae, 并研究发现它能分泌紫杉酚, 具有很强的抗癌活性 (Pandi et al.2011) .汉城国立大学Diederich课题组研究了内生真菌Stemphylium globuliferum (Vestergr.) E.G.的代谢产物altersolanol A, 发现这类物质具有很强的抗癌活性, 并对其抗癌机制进行了深入研究 (Teiten et al.2013) .此外, 韩国忠南大学Yu课题组从韩国栽培的枸杞中得到了10种内生真菌 (Paul et al.2014) .

墨西哥科学家近年来也分离得到多种药用植物内生真菌, 并研究了它们的化学成分。研究机构Cinvestav IPN的Rivera‐Orduna课题组从墨西哥红豆杉Taxus globosa中一共分离鉴定了116种内生真菌 (Rivera‐Orduna et al.2011) .墨西哥国立自治大学 (Univ Nacl Autonoma Mexico) 的Mata课题组研究了来自内生真菌的化合物Thielavins A, 发现其具有‐葡糖苷酶抑制剂作用 (Rivera‐Chavez et al.2013) .

马来西亚与泰国气候环境相似, 同样拥有多样的药用植物资源和内生真菌资源。马来西亚布特拉大学 (University Putra Malaysia) 的Cheah课题组采用分子特征结合形态特征的方法, 从2种藤黄属Garcinia植物鉴定了24种内生真菌 (Sim et al.2010) .马来西亚理科大学 (University Sains Malaysia) 的Tong课题组从Orthosiphon stamineus中分离了72种内生真菌, 并研究了其中的抗菌活性 (Tong et al.2011) .Teknol大学的Ramasamy则综述了马来西亚药用植物内生真菌的化学成分, 尤其是其具有的抗菌活性和细胞毒性 (Ramasamy et al.2010) .

此外, 我国台湾食品工业发展研究所Cheng课题组研究发现植物内生真菌Biscogniauxia formosana、Annulohypoxylon squamulosum和Annulohypoxylon ilanense的次生代谢产物具有抗细菌、抗真菌和细胞毒活性 (Cheng et al.2012a, 2012b;Wu et al.2013) .澳大利亚国立大学 (Australian Natl Univ) 研究了内生真菌代谢产物Pestalotiopsones D‐E, 描述了其化学构型和潜在活性 (BeekmanBarrow 2013) .瑞典Umea大学科学家从山杨树Populus tremula叶片中分离了1 000多种内在真菌, 鉴定为100多种形态群, 采用18S和ITS序列片段对内生真菌进行了分子鉴定, 多数内生真菌属于担子菌和子囊菌, 如Sordariomycetes和Dothideomycetes.该文详细分析了杨树叶片内生真菌的种群特征和多样性, 鉴定出多种病原菌和抗病活性的内生真菌, 为以后的应用开发提供了有力的数据支持 (Albrectsen et al.2010) .

2.2 国际合作

国际合作在药用植物内生真菌的研究也有了广泛开展, 其中美国、日本等发达国家常常与巴西、泰国、印度等资源丰富的国家展开合作。近年来最为代表性的一篇文章便是由匈牙利、德国、中国、埃及四国科学家共同参与的一项研究, 该研究以红树Laguncularia racemosa.内生真菌Corynespora cassiicola (Berk.M.A.Curtis) C.T.Wei为基础, 深入研究了其癸内酯衍生物的化学结构和生物活性, 他们发现两种异构体能对人体的多种酶, 如IGF1‐R和VEGF‐R2, 产生强烈的抑制作用 (Ebrahim et al.2012) .

泰国皇太后大学、中国科学院和沙特阿拉伯国王大学三国合作完成的综述, 从形态、系统进化、生物化学和多样性等多方面分析了药用植物内生真菌Pestalotiopsis sp.的各个特征。文章综述了该属真菌在鉴定难点、分类学上的分歧, 采用菌丝形态、ITS序列特征、化学特征等多种方式来研究Pestalotiopsis、Pestalotia及相关内生真菌的异同, 描述了它们在医药开发中的潜力 (Maharachchikumbura et al.2011) .

中英科学家合作, 总结了内生真菌与药用植物之间的友好关系, 并进行了综述。该文总结以往研究发现, 内生真菌对于药用植物而言, 是一种中药的微生态环境, 经过长期的协同进化, 内生真菌可影响药用植物的生物合成、次生代谢、药材产量和品质、宿主植物生长发育、抗逆性、抗病性等诸多方面。本文对过去30年的研究进行归纳, 被广泛引用。此外, 他们还总结了19902013年具有抗癌活性的内生真菌研究, 并归纳了抗癌活性物质 (Chen et al.2016;Jia et al.2016) .

3、 药用植物内生真菌研究展望

近30年来, 已经从数百种药用植物中分离鉴定出大量的内生真菌, 检测并纯化出较多的活性物质, 取得了丰硕的成果, 但很多问题仍然存在:表面消毒不彻底导致外源真菌混入内生真菌中, 形成错误的研究结果, 然而严格的表面消毒过程往往误杀了很多内生真菌;在药用植物内生真菌分离过程中即使采用多种培养基也不能保证全部的内生真菌都被分离出来, 如一些生长较慢的真菌、不能在人工培养基上生长的真菌等;药用植物内生真菌的次生代谢产物含量往往较低, 加之分离纯化及频繁传代导致其代谢产物的特性和含量不稳定, 给后续的检测和分离工作增加了难度;内生真菌与宿主的相互关系的机理尚不明确, 分子机制的研究成果更加稀少, 造成知其然不知其所以然的现状;目前对药用植物内生真菌的研究主要集中在实验阶段, 其实际应用的效果还亟待研究和实践。

如今, 大量现代化科技手段已被引入到药用植物内生真菌的研究领域, 如印度科学家已完成内生真菌Diaporthe ampelina (Phomopsis sp.) 的全基因组测序 (Savitha et al.2016) ;兰科植物天麻、金线莲、铁皮石斛与内生真菌相互作用的转录组研究 (Liu et al.2015;Chen et al.2017;Zeng et al.2017) ;Terminalia laxiflora EnglDiels内生真菌Curvularia sp.的代谢组分析等 (Tawfike et al.2017) .可以展望, 未来更多新技术的应用, 将提升药用植物内生真菌研究的整体水平。

从本期发表的论文来看, 在内生真菌多样性方面涉及到的药用植物包括新疆天山雪莲、红景天、手参、马比木等, 所采用的研究方法包括传统的分离鉴定以及基于Illumina Mi Seq平台的高通量测序技术 (陈娟等2018;陈艳红等2018;Liu et al.2018;谯利军等2018) .此外, 针对特定类群的内生真菌也开展了DNA提取方法的优化及结合ITS序列及ITS2二级结构实现准确鉴定 (钟志敏等2018) , 该方法可对今后开展其他特定类群的内生真菌鉴定提供理论借鉴。在内生真菌次生代谢产物研究方面涉及到药用植物包括沙漠药用植物 (Li et al.2018) 、南方红豆杉 (陈淑娟等2018) 、蛇足石杉 (郑瑞等2018) 以及七叶树 (刘军生等2018) 等, 宿主植物生境来源呈现多元化, 所分离到的次生代谢物均具有较好的生理活性, 如抑制肿瘤细胞增殖、抑制特定酶活性、抑菌作用等, 有些还具有潜在的生态功能, 如沙漠药用植物的内生真菌中分离到的酚类化合物可抑制其他植物根的生长, 暗示其在宿主植物的生态适应性方面可能起到重要作用 (Li et al.2018) .在药用植物与内生真菌互作方面既有内生真菌对宿主植物表现出的促生作用 (周丽思等2018) 、对宿主植物种子萌发的促进作用 (杨建文等2018) , 也有从蛋白组学及基因组学水平开展的互作机制的研究 (曾旭等2018a, 2018b) .整体较好地反映出我国在药用植物内生真菌方面研究的良好发展态势。

以上分析表明, 内生真菌在药用植物领域的广泛应用, 将有可能成为实现药材优质、高效、安全、稳定、质量可控的有效新技术。但目前, 我国内生真菌在药用植物领域的应用仍处于起步阶段, 研究过的内生真菌数量仅为其巨大资源库的很少一部分, 且多限于内生真菌对药用植物生长发育、有效成分、抗逆性等表观研究, 对其具体作用机制仍不明确。利用现代技术手段, 对内生真菌进行进一步的系统研究亟待开展。可以预见, 充分利用内生真菌的研究成果将可为药用植物现代化发展开辟新途径, 并成为推动我国中药材产业化、规模化、国际化发展的新动力。

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