中药道地性是“优形、优质、优效”的集中体现，其形成是药用植物在长期进化中对特定环境产生适应性应答的结果。道地药材的品质优势源于其基原植物独特的遗传背景与环境因子的复杂互作，这一过程直接决定了活性成分的合成与积累。然而，驱动这一品质形成过程的关键遗传位点和分子调控网络至今仍不明确，这严重制约了基于遗传本质的道地种质资源科学评价与现代分子育种技术的开发。因此，从遗传本源上解析道地性形成的机制，不仅是揭示中医药科学内涵的关键，更是实现中药材优良品种定向选育和产业高质量发展的迫切需求。

针对以上问题，西安交大药学院王戌梅教授课题组以中药大黄为研究对象，基于团队此前发表的高质量掌叶大黄基因组数据（张天翼博士生为该论文的第一作者，论文链接https://doi.org/10.1186/s12870-024-04972-2）开展有参群体转录组学和群体代谢组学研究。首次从种内演化视角揭示了大黄品质差异的形成机制。该研究不仅颠覆了传统药材物种分类体系，更建立起“遗传分化-基因调控-代谢合成”的全链条解析模型，为道地药材的质量控制从经验判断迈向精准设计提供了关键技术支撑。

大黄是我国传统大宗药材之一，具有泻下攻积、清热泻火等功效，不同产地的大黄在外观、有效成分积累和药效上存在差异，但其背后的遗传机制尚不明确。研究团队通过对31个产区、150份大黄样本开展多组学分析，首次证实现存大黄基原植物可划分为东部（E）、西北（NW）、西南（SW）三大遗传谱系，其分化可追溯至上新世晚期（约231万年前）至更新世早期（约167万年前）。这一发现与青藏高原地区的造山运动及气候震荡过程高度吻合，揭示地质运动和气候变化对药材品质形成的塑造作用。

传统分类学中，大黄的基原植物（唐古特大黄、药用大黄和掌叶大黄）均被视为独立物种，但本研究结果表明各物种在遗传层面并未形成明确界限，进一步肯定了团队此前提出的“掌叶大黄复合体”概念，主张将大黄基原植物视为同一物种的不同演化谱系，为中药基原植物物种界定提供了新的研究范例。

大黄基原植物不同谱系间个体的基因表达和代谢产物积累间存在显著差异，因此，研究结果从遗传层面证实了群体分化是驱动大黄品质差异形成的核心因素之一。其机制可概括为：地理隔离引发遗传分化→关键代谢通路基因表达的调控 → 代谢物合成积累发生变异→最终形成药材品质差异。这种从遗传到表达再到成分的“链条式”机制不仅有助于理解药材品质差异的成因，也为优质药材的种质选育和质量控制提供了科学依据。

图1 中药大黄的品质差异及其遗传学基础

(a)采样点地理分布；(b)大黄基原植物的遗传分化；(c)谱系历史动态；(d) 大黄基原植物的基因表达分化；(e) 大黄基原植物的代谢物积累分化。

为进一步挖掘关键遗传位点，团队基于全基因组关联分析（GWAS）等方法，筛选到多个与药效成分合成调控相关的基因。其中，一个归属于UGT92基因家族的糖基转移酶基因功能尤为关键。该基因第一个外显子存在的一段碱基缺失变异，与番泻苷A含量的显著升高显著相关，且该变异特异性地富集于某一特定遗传谱系中。这一发现精准诠释了遗传变异如何直接导致药效成分差异积累的分子过程，不仅为大黄品质形成机制提供了关键证据，也为开发用于优良种质精准筛选的分子标记奠定了坚实基础，并为研究其他药用植物的品质形成机制建立了可推广的分析范式。

图2 利用全基因组关联分析发掘大黄中与番泻苷A积累有关的变异位点

以上研究成果以“Population transcriptomic and metabolomic profiling provide novel insights into evolutionary mechanisms of metabolomic diversity between divergent lineages of Rheum palmatum complex”为题，近日发表在植物科学领域的国际知名学术期刊The Plant Journal。西安交通大学药学院博士生张天翼和助理教授杨黎为论文共同第一作者，王戌梅教授和周涛副教授为论文共同通讯作者。该项研究获得了国家自然科学基金面上项目（32370408、81903739、31770364、31470401）、陕西省基础科学（化学、生物学）研究院重点项目（22JHZ005）和陕西省中医药管理局道地药材品质保障与资源利用科研创新团队（2025SF-YBXM-501）等项目的资助。

王戌梅教授课题组主页：https://gr.xjtu.edu.cn/web/wangxumei

论文链接：https://doi.org/10.1111/tpj.70417