华南师范大学生命科学学院阳成伟教授团队近年来围绕香料植物迷迭香的基因组解析和代谢物应用方面展开深入研究,在迷迭香的基因挖掘及其药用和饲用研究方面取得了系列进展,相关成果分别发表在The Plant Journal(IF=6.2)、Industrial Crops and Products(IF=5.56)、International Journal of Biological Macromolecules(IF=7.76)、Plant, Cell & Environment(IF=6)和Aquaculture Reports(IF=3.7)上。华南师范大学生命科学学院为以上成果的第一完成单位。
迷迭香(Salvia rosmarinus)是一种多年生常绿亚灌木,原产于地中海地区,属于唇形科。它不仅是一种常见的香料植物,还具有显著的药用和饲用价值。在药用方面,迷迭香含有多种生物活性成分,具有抗氧化、抗炎、抑菌、调控代谢等功效,也具有抗肿瘤、降血糖、保护神经和肝脏的潜在作用。在饲用领域,迷迭香提取物作为饲料添加剂,能够提升动物的抗氧化能力,改善脂肪代谢,改善肉质,调节肠道菌群,预防和治疗动物疾病,提高畜禽的生产性能。因此,迷迭香在食品、医药、化工等领域有着广阔的应用前景,但是其关键成分的代谢机制还不清楚,而且其在动植物细胞中的作用机理也有待深入研究。
阳成伟教授团队于2023年完成了首个唇形科植物迷迭香的染色体水平参考基因组序列测序,并对迷迭香中的抗氧化活性成分鼠尾草酸的生物合成机制提出了新的见解,揭示了鼠尾草酸生物合成途径的进化机制。相关研究成果发表在国际学术期刊The Plant Journal(2023年1月)上,为后续关于迷迭香的基因功能和代谢通路研究奠定了重要基础。华南师范大学的青年英才韩丹璐为论文第一作者,华南师范大学的阳成伟教授和浙江大学张亮生教授为共同通讯作者。
图1 迷迭香的基因组和进化机制
(https://doi.org/10.1111/tpj.16087)
迷迭香因其高抗氧化活性和迷人风味而广泛应用于加工食品和化妆品中,然而,迷迭香来源的抗氧化剂由于生产工艺复杂且价格昂贵,限制了其应用。围绕优化提取工艺和降低成本问题,阳成伟教授团队开发了一种简单、高效的可以同时制备水溶性和脂溶性迷迭香提取物的方法。相关研究成果发表在国际学术期刊Industrial Crops and Products(2022年11月)上,并授权国家发明专利1件,有助于降低迷迭香提取物的生产成本。华南师范大学硕士生莫长佳为论文的第一作者,华南师范大学阳成伟教授和倪贺副教授为共同通讯作者。
图2 简单高效提取迷迭香抗氧化剂的工艺
(https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.115448)
迷迭香提取物具有高抗氧化性,因此可作为一种理想的饲料添加剂,然而其对鱼类生产的影响还有待探究。最近,阳成伟教授团队研究了迷迭香成分对大口黑鲈的影响,发现迷迭香提取物有利于提高鱼类的抗病性并调节其营养代谢。相关研究发表在国际学术期刊Aquaculture Reports(2024年8月)上,并申请国家发明专利一件,为迷迭香提取物在水产养殖中的应用提供了重要依据。华南师范大学硕士生徐泽伟为论文的第一作者,华南师范大学阳成伟教授和宋飞副研究员为共同通讯作者。
图3 迷迭香提取物提高大口黑鲈的抗病能力并调节其营养代谢
(https://doi.org/10.1016/j.aqrep.2024.102262)
迷迭香提取物被认为具有治疗高血压和心脏病的潜在功效,但其具体机制尚未阐明。阳成伟教授团队最新的研究表明迷迭香的重要活性成分鼠尾草酸通过靶向血管紧张素1型受体AT1R在自发性高血压大鼠中表现出显著的抗高血压活性。相关研究发表在国际学术期刊International Journal of Biological Macromolecules(2024年10月)上,有利于理解迷迭香活性成分在高血压治疗中的作用机制,为其在相关疾病治疗中的应用奠定基础。华南师范大学硕士生陈洁为论文的第一作者,华南师范大学阳成伟教授、倪贺副教授和华南理工大学胡松青教授为共同通讯作者。
图4 迷迭香活性成分鼠尾草酸表现出抗高血压活性
(https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.135012)
迷迭香提取物除了药用和饲用之外,对于植物抵抗外界胁迫方面也具有重要功能。阳成伟教授团队最新的研究表明迷迭香提取物鼠尾草酸对提高植物抗紫外线UV-B能力上具有突出表现,在消除植物体内自由基的基础上,还可以增强植物叶片中次生代谢物的积累,从而提高植物对UV-B胁迫的抗性。相关研究发表在国际学术期刊Plant, Cell & Environment(2024年10月)上,并申请国家发明专利1件,为迷迭香提取物在提高农作物抗逆性方面的应用提供依据。华南师范大学青年英才韩丹璐、硕士生林楚芳、博士生夏思敏和郑晓婷为论文的共同第一作者,华南师范大学阳成伟教授和赖建彬教授为共同通讯作者。
图5 迷迭香提取物鼠尾草酸增加植物抗UV-B胁迫的能力
(https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.135012)
综上所述,阳成伟教授团队聚焦于芳香药用植物研究,近年来在迷迭香的基因组挖掘和代谢物应用方面取得了上述的系列重要进展。在此基础上,该团队正利用多组学、遗传转化、合成生物学、品种选育等方法解析迷迭香等香料植物的基因功能和代谢通路,并将成果应用于医药、农业、养殖等行业,形成产学研一体化的完整体系,为推动我国香料植物等产业的快速发展做出贡献。
撰 稿:赖建彬、韩丹璐
初 审:魏秋兰
终 审:刘素宁
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