博落回属植物博落回（Macleaya cordata），是罂粟科多年生大型草本植物。博落回最早作为外用药记载于唐代《本草拾遗》，民间用于治疗瘀伤、风湿、蜂毒、疥疮，还可作为土农药杀蛆杀虫。一直以来，对于冷背药材博落回的研究与应用有限。自2000年，湖南农业大学曾建国教授及其研究团队持续围绕博落回资源生物学与育种、化学成分分析与提取及结构修饰、活性评价与作用机制、产品创制与综合利用，对博落回实施全产业链研究与开发，尤其是拓新了博落回在养殖领域的应用，使名不见经传的博落回骤然成为饲用替抗的研究热点。研究团队通过对博落回调节肠道菌群、抗炎等方面进行研究，发现其对动物有防病促生长的功效，原创了我国首个防病促生长二类新兽用中药“博落回散”，并成为饲用替抗标志性产品。博落回“整肠、抗炎”的促生长功效获得了市场的广泛认可。2024年10月，Medicinal Plant Biology 在线发表了湖南农大及岳麓山实验室曾建国教授团队题为Systemic
review of Macleaya cordata: genetics, biosynthesis of active ingredients
and functions 的综述论文，系统总结了包括曾建国教授团队和全世界其他专家数十年研究博落回的科研成果，为特色资源植物全产业链研究提供了新视角。博落回属共有博落回（M. cordata）和小果博落回（M. microcarpa）两个种，主要分布于中国和日本，适宜生长在丘陵、低山林、灌丛及路边等环境中（图1），含有丰富的苄基异喹啉生物碱，其中血根碱是主要的资源品质成分。过去，对于博落回的应用均使用野生资源。为规模化拓展博落回的应用市场，对其进行分子育种和人工栽培尤显必要。曾建国研究团队建立了博落回的标准化栽培体系，实现了“野生变家种”；制定了DUS测试指南，初步选育出高血根碱含量的优良品系“美博1号”；通过根癌农杆菌遗传转化体系和CRISPR/Cas9基因编辑技术，成功实现了对博落回中血根碱合成途径的改良，显著提高了次生代谢产物的产量；建立了发根农杆菌介导的毛状根培养体系，有效促进了博落回和小果博落回目标成分的积累，也为血根碱的生物制造提供了技术支撑。博落回中的生物碱类成分有抗菌、抗炎、调节肠道菌群等多种活性，具有促进动物生长等功效。为更好地利用博落回中的生物碱类成分，有必要研究其化学合成与结构改造。博落回的次生代谢产物主要包括普罗托品类和季铵类苯并菲啶生物碱，其中普罗托品类生物碱的全合成尚无报道；季铵类苯并菲啶生物碱可通过多步反应实现，如Heck偶联、Pictet-Spengler和傅克反应等，常用于抗癌衍生物的构建。此外，近年有研究从博落回中分离出多种6-取代二氢苯并菲啶生物碱，推测其是通过自由基或亲核取代反应生成，丰富了生物碱的半合成与结构修饰手段。
目前在博落回中已发现了近300种次生代谢物，其中204种为异喹啉类生物碱。结合同位素标记、转录组、蛋白质组和代谢组学技术，曾建国研究团队揭示了血根碱和白屈菜红碱的“根——果荚分部位合成”模式，并通过激光显微切割技术精确确定了生物碱的储存细胞，阐明了这些生物碱的“合成——储存——运输——再合成”机制（图2）。在合成生物学方面，近期已有研究实现了血根碱的从头合成，为其生物制造奠定了基础。又有研究进一步优化了血根碱合成途径的关键限速酶，以及利用“植物——微生物”共发酵体系的新模式也为进一步高效生产血根碱提供了新思路。
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图2. 同位素示踪博落回中血根碱和白屈菜红碱生源合成途径
饲料“禁抗”后，饲用替抗产品纷呈，但对于饲用替抗机制的研究很少。血根碱能有效提高肠道中乳酸菌丰度和抗炎物质（如丁酸）的合成水平，通过占位效应抑制病原微生物并提高抗炎能力，还可通过改善氨基酸等营养代谢共同促进动物生长，诠释了“整肠、抗炎”促生长的作用机制；又因对肠道内抗生素抗性基因丰度无影响而显示饲用替抗的价值。除养殖业，血根碱在农药、日化及能源领域如提高沼气产能等方面也具备应用前景（图3）。
图3. 博落回中生物碱活性成分的多种应用场景
曾建国研究团队原创了博落回提取物原料药和博落回散制剂，又创制了博普总碱原料药与博普总碱散，还基于综合利用正在开发博落回叶及博落回注射剂等新药，创新性构建血根碱与黄芩苷离子型化合物自组装材料原料药等。
博落回作为富含生物碱的药用植物，理应在大健康领域具有广阔的应用前景。但对于博落回的开发面临着三大问题：
1. 生物碱类成分的调控机制尚不明确，限制了对其代谢途径的精准调控；
2. 高品质成分与高产品种的选育和血根碱等成分的高效生物制造尚处于初级阶段；
3. 基于资源综合利用，寻求更多的创新产品开发还有不足，需要拓展更多应用领域。
因此，我们有必要加强对博落回的基础研究与技术创新，让这一冷背药材具有更广阔的应用价值。
湖南农业大学黄鹏教授为本文第一作者，湖南农业大学曾建国教授为本文通讯作者。
曾建国，男，汉族，1965年11月生，湖南农业大学教授，博士生导师，现任中药资源与中兽药创制国家地方联合工程研究中心主任、岳麓山实验室——中药材品种创制中心主任、国家农业科研杰出人才、国家中药材产业技术体系岗位科学家、十三五国家重点研发计划首席专家、全国饲料审评委员、中国兽药典委员。曾建国教授一直从事中药资源及综合利用研究，为植物提取物和中兽药领域的知名专家，在Science、Nature Plants、Molecular Plant、Microbiome、Horticultural Research 等知名期刊发表 100 多篇学术论文，获得 30 多项专利授权，取得4个国家二类新兽药证书，获湖南省科学技术奖一等奖2项。黄鹏，男，汉族，1985年10月生，湖南农业大学教授，博士生导师，国家级动物科学实验教学示范中心副主任，全国饲料工业标准化技术委员会微酶制剂标准化工作组委员, iMeta、Frontiers in Microbiology 等杂志编委/青年编委。
黄鹏教授从事中药资源生物学及饲用替抗机制研究，获湖南省自然科学奖一等奖1项；主持国家重点研发计划课题、湖南省重点研发计划项目、湖南省自然科学基金优青基金、湖湘青年英才计划项目各1项；在Microbiome、Animal Nutrition、Poultry Science、Molecular Plant、Horticulture Research 等学术期刊上发表论文40余篇，授权国家发明专利13项，制定国家标准1项，参编教材5部。
原文链接：
https://doi.org/10.48130/mpb-0024-0019
mpb-0024-0019.pdf
特邀作者：曾建国、黄鹏
编辑：顾笑寅
审核：王丽瑶
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