作物的產(chǎn)量和品質(zhì)一直是農(nóng)業(yè)科研工作者的關(guān)注重點(diǎn)，植物代謝物中很多是與人類健康密切相關(guān)的營養(yǎng)成分。近年，植物代謝組學(xué)也開始應(yīng)用于主要農(nóng)作物(如水稻、玉米等)的產(chǎn)量、品質(zhì)性狀等育種研究領(lǐng)域。在育種工作中，尤其是分子設(shè)計育種中，√確定量描述作物的產(chǎn)量和品質(zhì)性狀是篩選育種材料的關(guān)鍵。利用代謝組學(xué)方法，可以快速的對作物營養(yǎng)成分進(jìn)行分析，對其品質(zhì)進(jìn)行評價。

基于“非靶向代謝組學(xué)”，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度、高通量的代謝物鑒定。 該平臺可進(jìn)行脂溶、水溶性代謝物的z確定性和√確定量，并結(jié)合多元商業(yè)軟件及自建分析流程搭建了基于代謝組的多組學(xué)數(shù)據(jù)整合分析流程。我們將通過幾篇文獻(xiàn)為大家概述非靶代謝在植物品質(zhì)研究中的應(yīng)用。

案例一

運(yùn)用非靶向代謝組學(xué)和化學(xué)計量學(xué)鑒定分析苦茶中苦味的關(guān)鍵代謝物

研究對象：苦茶（5個茶葉品種KC1，KC2，YH9，TGY，QX1）

研究技術(shù)：非靶向代謝組學(xué)、高效液相色譜定量分析

研究路線

研究結(jié)果：采用非靶向代謝組學(xué)方法，研究了苦茶的代謝物。結(jié)果表明，2個苦茶品種與3個對照普通茶品種之間共鑒定出90種差異代謝物。其中，茶苦堿等8種代謝物在KC1和KC2中的含量均顯著高于對照品種。這些化合物中的大多數(shù)都是導(dǎo)致苦茶苦味的重要因素?；诟咝б合嗌V的定量分析結(jié)果與LC-MS分析結(jié)果相似，表明苦茶中茶苦堿和EGCG含量高于對照品種。此外，研究數(shù)據(jù)還表明，苦茶的強(qiáng)烈苦味可能是兒茶素、生物堿、黃酮醇和黃酮醇/黃酮苷、氨基酸和酚酸的綜合作用的結(jié)果。為進(jìn)一步研究苦茶的苦味和營養(yǎng)特性提供了理論依據(jù)。

不同茶葉KC1、KC2、YH9、TGY、QX1代謝產(chǎn)物的熱圖

案例二

通過非靶向代謝組學(xué)分析靈芝的發(fā)酵液，菌絲體，子實(shí)體和孢子粉的代謝特征

研究對象：靈芝的不同部位（發(fā)酵液，菌絲體，子實(shí)體和孢子粉）

研究技術(shù)：LC-MS非靶向代謝組學(xué)

研究路線

研究結(jié)果：這項(xiàng)研究運(yùn)用靈芝的不同部分，通過非靶向代謝組學(xué)研究靈芝不同部位的功能和藥效。根據(jù)非靶向代謝組學(xué)的結(jié)果，得出子實(shí)體可以特別用作抗腫瘤和抗艾滋病藥物；孢子粉可用于開發(fā)治療肝病和糖尿病的藥物；靈芝的四個部分可用于抗氧化劑領(lǐng)域。本研究為靈芝的質(zhì)量評價和綜合利用提供了理論依據(jù)。

靈芝不同部分生物堿類化合物熱圖

靈芝不同部分多糖和核苷類化合物熱圖

案例三

利用野生番茄漸滲系闡明轉(zhuǎn)錄組和代謝組變異對果實(shí)性狀和病原菌響應(yīng)的遺傳基礎(chǔ)的潛在影響

研究對象：番茄的果實(shí)和果皮（504個BILs和76個ILs）

研究技術(shù)：LC-MS非靶代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)

研究路線

研究結(jié)果：本研究利用秘魯野生番茄品種（PI246502或LA0716）和現(xiàn)代栽培品種番茄M82構(gòu)建了番茄的作圖群體。通過對580個系進(jìn)行非靶代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，結(jié)合病原體敏感性分析，確定了與數(shù)百個轉(zhuǎn)錄本和代謝產(chǎn)物水平相關(guān)的基因組位點(diǎn)。另外，本文鑒定了茄堿途徑的組成部分，以及參與病原體防御的基因和代謝物，并將真菌抗性與果實(shí)成熟調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的變化聯(lián)系起來。這項(xiàng)研究推測出的基因型-表型關(guān)聯(lián)將對目前的分子育種做出重大貢獻(xiàn)，有助于對抗風(fēng)味和抗病性等關(guān)鍵水果質(zhì)量性狀的丟失，并為研究關(guān)鍵果實(shí)品質(zhì)性狀提供了依據(jù)。

野生番茄物種滲入的多模態(tài)研究

總結(jié)

目前的研究大多集中在模式植物中，對非模式植物，特別是重要藥用植物的研究較為薄弱。以植物代謝組學(xué)為切入點(diǎn)，繪制植物代謝網(wǎng)絡(luò)，將生物事件與代謝表型關(guān)聯(lián)起來，從而闡明其中的作用機(jī)制和效應(yīng)物質(zhì)基礎(chǔ)，再與其他系統(tǒng)生物學(xué)組學(xué)聯(lián)合分析，勢必會將植物研究提升到另一個高度和深度。

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