中國科學家破解首個罌粟科植物基因組並揭示藥用博落回植物中異喹啉類生物鹼的合成代謝途徑【鄧興旺教授領銜點評】丨BioArt特別推薦

BioArt按：博落回屬於罌粟科植物，最早記載於唐朝陳藏器所著《本草拾遺》中，其「治惡瘡，癭根，贅瘤，肉，白癜風，蠱毒，溪毒」顯示具有抗菌、殺蟲、消炎活性，近年來因博落回提取物作為替代飼用抗生素產品開發而進入人們視野，引起國內外的研究熱潮，目前Sangrovit®和「美佑壯」博落回提取物產品已暢銷45個國家。隨著歐洲、美國已將抗生素作為促生長劑退出市場，「2020遏制耐藥性計劃」也啟動了退出方案。如何尋找成本低、效果好的替代品成為行業迫切的需求，博落回作為後抗生素時代的新飼用抗生素替代產品而廣受國內外的推崇。隨著新一代高通量測序技術的興起，許多重要的動植物已進行了基因組測序，從而推動其基礎研究和產業發展。湖南農業大學曾建國教授帶領的研究團隊於2010年首次在國際上啟動了首個罌粟科植物-博落回全基因組計劃，該團隊經過6年的努力與國內外諸多單位聯合攻關，率先破譯了博落回基因組，該成果以「The genome of the medicinal plant Macleaya cordata provides new insights into benzylisoquinoline alkaloids metabolism」（全基因組視野下揭示博落回中異喹啉生物鹼合成代謝）為題於7月5日以長篇幅研究論文（Research Article）的形式在Molecular Plant雜誌上在線發表。博落回基因組圖譜的成功繪製揭示了博落回苄基異喹啉類生物鹼的生物合成途徑基因的確證，必將加快旨在提高博落回高產、優質、廣適應性新品種的選育與培育和血根鹼的生物製造帶來可能，將會帶動其分子育種在內的基礎研究，為低成本的獲得原料的國家飼用替抗戰略提供新選擇。鑒於該成果的重要意義，鄧興旺教授、陳萬生教授和漆小泉研究員對這項研究分別給予了很高的評價。

20世紀50年代以來，隨著抗生素的發現，低劑量抗生素在飼料中的添加使用曾為動物的健康養殖做出了巨大的貢獻，但是隨著抗生素用量的增加和濫用導致耐藥性和超級病菌的出現，對環境和公眾健康產生了潛在的嚴重威脅。為此，自1986年瑞典首個宣布全面禁止抗生素作為飼料添加劑以來，歐盟2006年1月起，全面在飼料中禁止使用抗生素，美國2017年起也禁止抗生素在飼料中用於促生長為目的，農業部也計劃自2020年起將飼用抗生素逐步退出添加劑市場。因此尋找一種「安全、有效、可控、成本低」的飼用替抗產品是目前全球研究的熱點。

抗生素生長促進劑（AGPs）已被歐盟禁止用於動物飼養，而天然生長促進劑（NGPs），如植物來源產品則被廣泛地用於家畜生產中希望作為抗生素的替代品。由於血根鹼具有抗炎活性並促進動物生長，使得學術界和工業界都對他們有極大的興趣。目前，含有血根鹼的產品在45個國家廣泛銷售。來自於美國中東部和東部的血根草(Sanguinaria canadensis)曾經是血根鹼生產的主要來源植物，但它已被列為了瀕危保護植物，雖然罌粟科的罌粟（Papaver somniferum）也能夠生物合成血根鹼，但眾所周知的原因顯然不可能從中獲取。因此，迫切需要為血根鹼供應找到新的原料來源。

博落回(Macleaya cordata(Willd.)R.Br.)和小果博落回（Macleaya microcarpa (Maxim.)Fedde）系罌粟科多年生高大草本，別稱號筒桿等，主要分佈在、東南亞、北美和歐洲並且作為一種傳統中藥使用了很長時間（圖2）。在，博落回作為藥用植物已經有1000多年的歷史並被唐朝《本草拾遺》等收錄。由於該植物中產生了高含量的有抗菌活性的苄基異喹啉生物鹼（BIAs），如血根鹼(SAN)，白屈菜紅鹼 (CHE)，小檗鹼（BBR）, 原阿片鹼（PRO）和別隱品鹼（ALL），而且完全不含有成癮性的嗎啡和可待因。因此，博落回和小果博落回是替代血根來作為工業生產血根鹼的理想來源，其主要富含生物鹼的部位為果莢。

圖2.博落回植物外形及主要結構

該屬植物主要分佈在大部分地區，每年果莢的產量超過上千噸。目前，博落回市場前景廣闊，已被列入了歐洲食品安全局(EFSA) 的動物飼料添加劑組成名單並廣泛地應用於動物飼料添加劑生產。德國Phytobiotics公司Sangrovit®產品原料來自已經在歐盟作為無抗飼料的核心原料銷售多年，其主要成份血根鹼具有抗炎活性並且促進動物生長功能。博落回中的季銨類苯並啡啶生物鹼還具有調控動物腸道菌群作用，在歐洲應用於清潔能源沼氣生產調節劑; 在美國，博落回來源的植物源農藥溫室花卉殺菌劑QWEL®已經獲EPA批准註冊；在，博落回已成為多種類型的抗炎、抗癌和外用製劑的開發對象，湖南美可達生物資源股份有限公司開發的博落回散（美佑壯）於2012年底成功註冊成為首個二類新中獸葯藥物飼料添加劑產品。臨床試驗證明，博落回散對豬、雞、水產具有很好的抗炎、維護腸道健康與促進生長作用。博落回中異喹啉類生物鹼還具有抗炎作用，與血根鹼結構很相似的小檗鹼（也稱黃連素）就通常用來治療痢疾和腸炎，科學家趙立平教授和蔣建東教授等對小檗鹼的腸道調節以及降糖降脂等作用有深入研究。雖然博落回的產品在飼用替抗產品全球市場取得了驕人的成績，產品已非常豐富和暢銷，但是博落回作為一種尚未規模化種植的野生資源，藥材種植成本高急需定向培育高血根鹼優良品種或通過微生物代謝工程低成本獲得血根鹼。

天然活性成分在植物中含量的高低直接決定了植物材料中分離和純化的成本，如目前對博落回野生資源的採集方式不僅破壞了該植物資源的存儲量且需要大量的時間和很高的成本。而利用化學方法進行合成的難度也很大並且成本也非常高，且面臨環境污染的風險。因此，要實現資源的可持續利用和降低生產成本就必須要藉助植物和微生物代謝工程的方法進行生產，而前提是植物中的合成代謝通路必須清楚。

圖3. 轉錄組，蛋白質組和代謝組數據的整合揭示博落回與小果博落回中生物鹼生物合成

2013年，曾建國教授團隊完成「轉錄組，蛋白質組和代謝組數據的整合揭示博落回與小果博落回中生物鹼生物合成」研究，通過10個在不同時間，不同組織器官和不同種樣本的轉錄組，蛋白質組和代謝數據對博落回屬植物的生物鹼生源合成可能的機理進行了探索（圖3與圖4）。通過對博落迴轉錄組數據組裝和聚類之後從博落回與小果博落回兩個種分別得到了69367 和 78255條 unigenes。該研究對於控制生物鹼代謝通路中酶的關鍵基因的表達進行了多層次的比較和分析並且通過對轉錄組數據註釋找到了血根鹼合成通路中所有功能基因的同源基因，為博落回屬植物血根鹼通路功能基因克隆提供了前期基礎數據。

圖4 博落迴轉錄組學，蛋白質組學和代謝組學整合分析

2014年，曾建國教授參與農科院蔬菜花卉研究所黃三文研究員團隊的工作，在Science雜誌上發表黃瓜苦味形成機理研究成果后又於2016年在Nature Plants上發表「葫蘆科作物苦味性狀的趨同馴化與差異進化」（圖5）將大數據應用到葫蘆科作物的次生代謝研究，為該科作物味覺品質性狀改良，甚至為源自甜瓜或西瓜中的原料葯葫蘆素B的植物定向製造提供了可能。在獲得以上的成功后，曾建國教授團隊就運用大數據分析結合多重組學繼續深入研究博落回中活性化合物SAN的合成通路與相關基因。

圖5. 葫蘆科作物苦味性狀的趨同馴化與差異進化

隨著新技術的出現和價格的大幅降低，基因組測序已經成為未開發的非模式生物中植物代謝研究的有力研究工具，同時也是植物中生物合成關鍵酶和基因簇發現的基礎手段。為了研究從多個罌粟科物種中發現的SAN和CHE生源合成途徑是否也完整的存在於博落回植株中以及挖掘其功能基因，曾建國教授研究團隊通過異喹啉類生物鹼的質譜裂解規律結合LC-Q/TOF MS技術對博落回植株中生物鹼進行了定性分析，並通過化學合成、從博落回植物中分離以及購買等方式獲得中間體的對照品進行結構確證，然後以

6-苯環標記的酪氨酸飼餵博落回組培苗進行同位素示蹤，除標記到SAN和CHE生源合成通路上所有的中間體外以期發現更多的與之相關的生物鹼，如基於修飾組產生的類似化學合成的副產物（

）。

圖6 異喹啉類生物鹼（血根鹼和白屈菜紅鹼）在博落回體內的代謝途徑

早在2010年曾教授團隊就開始與北京諾禾致源公司合作對博落回的全基因組進行了De novo測序，並且於2012年完成了博落回全基因組測序。作為首個獲得並公開發表全基因組數據的罌粟科植物，該測序採用第二代HiSeq2000高通量測序平台對博落回6個180bp-10kb不等插入片段的基因組文庫進行測序，產生長度為100bp的Pair-end序列達256.5Gb（約466.4x基因組覆蓋），通過19-Kmer分析表明博落回基因組大小為540.5Mb，雜合率為0.92%，預測22,328個蛋白質編碼基因。在博落回中，共發現10,302個基因家族存在於所有3個真雙子葉植物基部中，極可能代表了真雙子葉植物基部的「核心」蛋白質組。其中，33個直系同源家族（包含148個基因）是3個基部雙子葉植物特有的（博落回、耬斗菜和蓮花）。該研究結果揭示了具有定義基部雙子葉植物進化分支的關鍵創新相關功能的原始基因的起源。

在基因組中，基因家族大小的變化體現了物種形成的重要機制具有重要意義。在博落回的33,797個基因家族中有479個的大小發生了顯著變化，其中28個發生了顯著擴張。其中最值得關注的是二氫苯並菲啶氧化酶（DBOX）是負責生成血根鹼的最後一個催化步驟的酶，該基因的基因家族大小在博落回基因組（35個DBOXs基因）中顯著擴張，而在蓮花中大小為9，在耬斗菜中為4，在葡萄中為1，在擬南芥中為10，在水稻中為5，這一現象與博落回產生豐富的次生代謝產物密切相關。

全基因組複製（WGD）現象在陸地植物基因組中非常常見，幾乎所有的已測序真雙子葉植物基因組中都可以檢測到大約發生在1.25億年前的古多倍化事件。然而，對博落回的基因組分析表明，古多倍化事件事件不存在，該結果進一步證實了雙子葉植物基部可能沒有經歷古多倍化事件這個推測。對葡萄和博落回之間的共線性區域分析發現，葡萄中區域通常對應於博落回中的兩個同源區，並且博落回中的區域對應於葡萄中的3個同源區域，這意味著博落回可能存在額外的特異性的全基因組複製事件。

圖7 博落回基因組和基因家族進化分析

完成基因組測序后該團隊並沒有急於發表, 而是通過與黃三文研究團隊和北京師範大學林魁老師團隊合作，進一步整合基因組、轉錄組和代謝組數據繼續深入挖掘博落回中合成血根鹼的功能基因。同時還獲得了中科院上海植生所陳曉亞院士的指導和幫助。

1.多重組學發現博落回中SAN和CHE合成通路基因

通過結合之前博落回的代謝組學研究發現博落回中參與血根鹼合成基因的共表達模式應該是在根部組織和果莢中高表達，莖部組織低表達甚至不表達。為了驗證這一結論，他們對博落回的根、莖、葉、花、果莢5個組織進行了轉錄組分析，並通過這一表達模式遴選出16個基因（圖7），並使用釀酒酵母異源表達方法確證了其中14個基因參與了SAN和CHE的生物合成。雖然參與血根鹼合成的相關基因之前已經在不同罌粟科物種中被驗證（如罌粟、花菱草等），但是在一個物種中僅驗證了合成中的幾步。而曾教授團隊此次通過博落回全基因組數據在博落回中一次性驗證了合成通路中的十幾步，這說明通過結合基因組數據能加速功能基因的挖掘。

圖8. A.博落回中根、莖、葉、花、果中4種生物鹼含量 B.博落回中參與合成SAN和CHE基因的共表達模式圖。

2. 證實博落回P6H酶是已知同類酶中轉化原阿片鹼生成血根鹼效率最高的酶

目前國際上已有一些科研團隊正在利用一些罌粟科的功能基因信息構建工程菌生產BIAs生物鹼的工作，如Smolke研究團隊通過將來源於罌粟、花菱草、日本黃連等植物中合成BIAs的功能基因以不同組合形式整合到酵母基因組中來篩選出最高產量的生物鹼組合；Jay D. Keasling在酵母中合成青蒿素重要前體青蒿酸，他們均是將植物中的功能基因轉入到微生物生物中實現了異源表達生產。但是由於罌粟和花菱草等植物的生物信息數據有限以及這些植物功能酶異源表達催化效率低等因素影響了工程菌的商業化生產。而博落回作為罌粟科家族中首個完成全基因組測序的物種，其生物信息數據可以對參與BIAs合成的功能基因進行更細緻的研究，也為遴選催化效率更高的功能基因提供了新的基因資源。因此，曾教授團隊對一些參與血根鹼合成的關鍵基因的催化效率進行了進一步的研究。在這些酶中，原阿片鹼 6-羥化酶（P6H）苯並啡啶氧化酶是參與合成血根鹼的關鍵酶，該酶能夠將血根鹼的重要前體物質原阿片鹼轉化成二氫血根鹼，目前所有已研究結果中，加州罌粟（Papaver californicum）的P6H催化效率最高。通過在酵母中飼餵前體原阿片鹼后檢測二氫血根鹼含量進行催化效率比較，發現博落回P6H基因能夠在酵母中產生比加州罌粟P6H更多的二氫血根鹼。而進一步結合酵母中兩種P6H酶的蛋白質表達分析顯示博落回P6H酶在酵母中的表達量低於加州罌粟P6H酶卻能產生更多的二氫血根鹼，證實了博落回的P6H酶是已知同類酶中催化效率最高的（圖9）。

圖9.比較不同植物物種P6H的催化能力

3. 首次證實Battersby提出「網脈荔枝鹼」合成路徑的正確性

眾所周知網脈荔枝鹼是異喹啉類生物鹼生源合成的關鍵中間體，20世紀60年代Battersby等科學家根據體外實驗結果認為在植物中網脈荔枝鹼的生源合成是以全去甲勞丹鹼為前體經2步氧甲基化和1步氮甲基化催化反應生成；但20世紀80年代后Stadler和Zenk等科學家修正了Battersby之前的結果，他們是基於在高等植物中未檢測到網脈荔枝鹼生源合成前體全去甲勞丹鹼（s-norlaudanosoline），去甲網脈荔枝鹼（s-norreticuline）和6-O-甲基全去甲勞丹鹼（s-6-O-methylnorlaudanosoline）這3種化合物，以及對罌粟和花菱草多個物種的同位素示蹤研究結果最終認為網脈荔枝鹼的正確合成途徑應該是由去甲烏葯鹼（s-norcoclaurine）經2步氧甲基化反應，1步氮甲基化反應和1步羥基化反應生成。但是曾教授團隊首次在博落回植物中檢測到全去甲勞丹鹼，去甲網脈荔枝鹼和6-O-甲基全去甲勞丹鹼這3種物質的存在，並且通過酵母異源表達驗證了從全去甲勞丹鹼開始最終合成網脈荔枝鹼的功能功能基因，為高等植物中網脈荔枝鹼的生物合成提供了新的解釋（圖10）。

4.發現博落回血根鹼生源合成新旁路

除此以外，該團隊還通過LC-MS和同位素示蹤以及質譜裂解規律從博落回中推斷出在兩個新化合物N-甲基金黃紫堇鹼和N-甲基碎葉紫堇鹼，並從中分離出生物鹼以及通過核磁共振確證了其結構。基於同位素標記N-甲基金黃紫堇鹼和N-甲基碎葉紫堇鹼結構特徵和已有血根鹼生源合成途徑，推測出博落回中可能存在的血根鹼生源合成新旁路，即從金黃紫堇鹼經N-甲基金黃紫堇鹼和N-甲基碎葉紫堇鹼生產N-甲基刺罌粟鹼的旁路，並通過酵母異源表達試驗驗證了從金黃紫堇鹼合成N-甲基金黃紫堇鹼的功能基因。

5. 基因組水平解釋博落回中不存在嗎啡

雖然博落回是罌粟科植物但是體內並不含有嗎啡和可待因等成癮性物質，而分析發現博落回基因組中不存在參與合成嗎啡和可待因的同源基因，這一發現也從基因組水平解釋了博落回為何不含有嗎啡和可待因的原因並且進一步證實了博落回可以作為血根鹼供應的安全來源。

基因組學、轉錄組和代謝組研究結果顯示博落回中除了存在保守的BIAs代謝途徑外還可能存在血根鹼生源合成新旁路。該研究成果為降低血根鹼生產成本提供了可能並通過系統解析博落回中血根鹼生源合成途徑，為培育高血根鹼含量的博落回品種和構建生物合成血根鹼的工程菌提供了新的理論指導，為降低血根鹼生產成本提供了新方法，同時也為其他藥用天然產物生源合成途徑以及相關功能基因的挖掘提供了借鑒。

圖10. 血根鹼以及白屈菜紅鹼生源合成通路圖（綠色以及紅色部分代表可能存在的旁路）

本項成果多家單位合作並獲得了國家自然科學基金尤其是湖南美可達生物資源股份有限公司的大力資助。湖南農業大學博士生劉秀斌、柳亦松博士、博士生黃鵬、農業科學院蔬菜花卉所博士生馬永碩、湖南中醫藥大學博士生卿志星、湖南農業大學唐其博士及北京師範大學博士生曹慧芬為論文共同第一作者，湖南農業大學熊興耀教授、雲南師範大學馬鈴薯科學研究院尚軼研究員、農業科學院農業基因組研究所黃三文研究員和湖南農業大學曾建國教授為共同通訊作者。

鄧興旺（北京大學教授，美國耶魯大學終身教授，美國科學院院士）

Comments：植物天然產物可被開發成藥物（包括獸葯）、飼料添加劑、香料、色素和植物源農藥等產品，蘊含了巨大的商業價值。藥用植物博落回可以合成具有抗菌、抗炎活性並具促生長功能的血根鹼，但不合成嗎啡和可待因。湖南農業大學曾建國教授的團隊長期致力於從博落回中開發飼用替抗產品，並在全球市場取得了驕人的成績。然而，博落回作為一種尚未規模化種植的野生資源，種植成本高，急需定向培育高血根鹼優良品種或通過微生物代謝工程低成本獲得目標化合物。

隨著基因組、轉錄組等大數據的廣泛應用，通過多種學科交叉融合加速植物天然產物基礎研究和產業開發的例子已在多種植物中得以驗證，這對於研究工具匱乏的非模式植物尤為重要。農業科學院農業基因組研究所黃三文研究員的團隊前期積累了豐富的多組學植物代謝產物研究經驗，並在黃瓜和番茄中率先實現了「從基因組到品種」的設想。通過團隊間密切合作首次揭示了罌粟科植物基因組，為從全基因組水平系統發掘血根鹼代謝通路創造了條件，共遴選出16個基因，並一次性確證了其中14個合成酶的功能，進一步完善了植物中異喹啉類生物鹼生源合成的代謝網路。

揭示血根鹼代謝網路僅僅是第一步。以基因組數據為基礎，有望進一步揭示參與生物鹼合成的轉運蛋白，這是該研究領域未解的重要科學問題，而上述研究中已發現了非常明確的線索。此外，博落回參考基因組也為下一步進行博落回種質和遺傳群體重測序、基因關聯分析與挖掘、人工馴化及定向培育高血根鹼含量的博落回品種提供了契機，也為構建生物合成血根鹼的工程菌提供了新的理論指導。

陳萬生（第二軍醫大學附屬長征醫院藥學部主任，國家傑出青年科學基金獲得者）

Comments：藥用植物次生代謝產物尤其是活性成分的生物合成途徑解析是資源品質改良、微生物代謝工程生物製造的前提和基礎。博落回目前已作為飼用抗生素替代產品被成功開發成中獸葯，逐漸成為重要的獸用中藥資源。湖南農業大學的曾建國教授研究團隊經過6年努力與聯合攻關，率先破譯博落回基因組，並系統解析了其異喹啉生物鹼合成代謝途徑，該研究為降低血根鹼生產成本提供了可能，為培育高血根鹼含量的博落回品種和構建生物合成血根鹼的工程菌提供了理論指導，並為異喹啉類生物鹼的生物製造奠定了基礎，必將加速旨在提高博落回高產、優質、廣適應性新品種的培育和血根鹼的生物製造及基礎研究進程；同時該研究也為其他藥用天然產物生源合成途徑解析以及相關功能基因的挖掘提供了借鑒。該團隊在中獸葯領域取得如此前瞻性的創新成果，實屬可貴。我還特別留意到該團隊的學術交叉氛圍及對關鍵科學問題的專註，該團隊聚焦支撐產業的基本需要，在獲得全基因組數據基礎上重點進行了有效成分合成途徑功能基因的挖掘研究，這種將生物合成代謝置於全基因組視野下的研究方法更突顯該團隊開展野生變家種中藥材種質優化的創新研究思路。向曾建國教授團隊表示祝賀！

漆小泉（科學院植物研究所植物次生代謝及抗病信號轉導創新研究組組長，入選科學院「百人計劃」）

Comments：鮮為人知的罌粟科植物博落回，俗名「號筒桿」，能特異性地合成一類異喹啉生物鹼類化合物。這類化合物具有很好的抗菌消炎作用，能促進禽畜健康生長、綠色安全是難得的抗生素替代用品。

湖南農業大學曾建國教授團隊十幾年來聚焦博落回資源研究與利用開發，在異喹啉生物鹼類化合物提取和純化等方面開展了大量且深入細緻的研究工作，同時積極推動這類生物鹼在畜牧生產中的應用。

近年來該團隊通過大團隊合作，從基因組、轉錄組和代謝組分析入手，結合生化功能研究，系統解析了博落回中異喹啉生物鹼的生物合成途徑，獲得了突破性的成果。該研究用同位素示蹤方法不僅確定了代謝通路中的全部中間代謝物，還獲得修飾后的大量代謝產物的數據。該生物鹼合成途徑的高效解析還得益於該團隊採用了基於異喹啉生物鹼質譜裂解規律建庫推證代謝中間物。難能可貴的是研究人員對合成途徑的每一步的候選基因的功能進行了驗證，確認了其底物和產物。

相信該研究是中獸葯資源植物方面具有里程碑式的成果。了解了異喹啉生物鹼類化合物的合成途徑，不僅為培育高效合成該類生物鹼的優良博落回品種提供了理論指導，還為使用合成生物學手段高效、低成本地生產該生物鹼類化合成奠定了基礎。

曾建國，男，漢族，1965 年 11 月生，湖南農業大學教授，博士生導師，現任獸用中藥資源與中獸葯創製國家地方聯合工程研究中心主任、國家植物功能成分利用工程技術研究中心副主任、國家中藥材生產（湖南）技術中心主任、獲國家農業科研傑出人才，擔任中獸葯與飼用植物產業創新聯盟秘書長、湖南省中藥材產業協會會長、全國飼料審評委員、獸藥典委員。中藥資源及綜合利用研究開發是他始終如一的研究方向並逐步聚焦在中獸葯與飼用植物農業投入品開發上。作為項目負責人承擔了十三五國家重點研發計劃、國家科技支撐計劃、省科技重大專項等20多項國家及省部級課題，在Science、Nature plants、Molecular Plant等國內外期刊發表 100 多篇學術論文，申請獲得 30 多個專利。建立了「兩個標準三個規程」的中藥提取物標準化體系。即原藥材與提取物的兩個標準和藥材產地加工、提取工藝、檢驗操作的三個規程共同構成提取物標準化的生產體系。關注經濟動物腸道健康，創新性地提出了「整腸、抗炎、促生長」的飼用抗生素替代品開發技術路線以及高濃度「飼用植物預混料」產品概念，其「博落回提取物及製劑博落回散」獲得國家首個二類中獸葯及藥物飼料添加劑註冊，並評為 2014 年度湖南省科技進步一等獎，推動中獸葯藥物飼料添加劑開發；提出「基於鮮藥材的產地初加工」技術，為中藥材採收與初加工規範化與標準奠定了基礎，2017年獲國家中藥材產業技術體系「採收與初加工」崗位科學家。將「博落回」作為長產業鏈綜合開發研究的「模式植物」，進行 BIAs（異喹啉類生物鹼）的物質基礎研究作用機制和綜合利用開發，研究博落回野生變家種及種質改良創新，完成了博落回全基因組精細圖，對重要品質成分血根鹼進行生源合成途徑重要酶基因挖掘，為 BIAs 的生物製造奠定了基礎。開展基於畜禽腸道宏基因組技術研究 BIAs 與腸道微生物的互作研究，探索其營養轉化及抗炎促生長的作用機制，為「整腸、抗炎、促生長」飼用抗生素替代技術提供基礎支撐，更好地服務於畜牧養殖無抗產業。

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