滇山茶狮子头及其芽变品种大玛瑙间花色差异分析

滇山茶是世界著名观赏花木,花色是其重要的观赏性状。滇山茶狮子头花色为深红色,而其芽变品种大玛瑙是滇山茶中唯一红白双色的名贵品种,极具观赏价值。以上述2个品种为研究材料,采用RHSCC比色卡比色法和色差仪测定2个品种滇山茶花蕾期和盛花期花瓣的花色表型,并基于转录组与代谢组分析挖掘呈色相关的关键代谢物及关键基因。花青素靶向代谢分析表明,在滇山茶2个品种中共鉴定出28种花青素代谢物,其中狮子头与大玛瑙红色区域花瓣间没有差异代谢物,狮子头与大玛瑙白色区域花瓣间的关键差异代谢物为矢车菊素-3-O-桑布双糖苷、原花青素B2、原花青素B3、阿福豆苷,大玛瑙花瓣的红白区域关键差异代谢物为矢车菊素-3-O-桑布双糖苷、原花青素B2、阿福豆苷。转录组KEGG分析结果表明,苯丙醇生物合成和类黄酮生物合成途径与大玛瑙红白双色花瓣的形成有关;植物激素信号转导和昼夜节律-植物途径与滇山茶花色芽变有关。转录代谢联合分析共筛选出与滇山茶呈色高度相关的差异表达基因共17条,包括4条CHS、3条HCT、2条F3′H、1条LAR、5条MYB和2条b HLH。本研究结果对进一步揭示花色芽变育种具有一定的参考意义。     

三个玫瑰品种花色物质的代谢组学分析

玫瑰(Rosa rugosa)具有很高的观赏价值和商业价值,但其花色比较单一,限制了玫瑰的开发利用及其在园林造景中的应用。为了探究‘苦水玫瑰''‘墨红玫瑰''和‘保加利亚白玫瑰''3个不同品种玫瑰的呈色物质,该研究利用超高效液相色谱-四级杆-飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF-MS)联用检测花瓣类黄酮的种类和含量,通过KEGG数据库对差异代谢物进行富集分析,筛选出关键代谢物,并分析与花色表型值的相关性。结果表明:(1)在3个不同色系玫瑰花瓣中共检测到58种代谢物,其中花青素只有一种为矢车菊-3-O葡萄糖苷,约占30.45%。(2)K-means聚类分析表明,共有12种关键代谢物注释到KEGG代谢通路中,其中乔松素和杨梅黄酮是决定‘苦水玫瑰''和‘墨红玫瑰''花色呈红色的主要物质,圣草酚、木犀草素和山萘酚是决定‘保加利亚白玫瑰''花色呈白色的主要物质。该研究结果可为具有特定颜色玫瑰的育种提供理论依据,并促进玫瑰在园林绿化中的应用。     

植物代谢组学研究进展

代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后发展起来的一门学科,通过对细胞内的基因表达最终代谢产物的定性和定量分析以及定义细胞或器官的生化表现类型来解释功能基因的表达过程。文中就代谢组学的发展历史、主要研究内容、技术特点、数据处理过程及在植物领域中的应用的最新进展几方面进行阐述,以供读者参考。     

果树代谢组学研究进展

果树代谢组学是继基因组学、蛋白质组学之后又一新兴的组学技术,主要是从代谢水平研究果树整体或局部代谢物变化差异,帮助发现新功能基因和了解代谢网络。目前果树代谢组学研究刚刚起步,相关研究相对较少,该文介绍了果树代谢组学的主要研究内容与方法以及在果树上的相关应用。     

生态代谢组学研究进展

代谢组学指某一生物系统中产生的或已存在的代谢物组的研究,以质谱和核磁共振技术为分析平台,以信息建模与系统整合为目标。随着代谢组学中的研究方法与技术成为生态学研究的有力工具,生态代谢组学概念应运而生,即研究某一个生物体对环境变化的代谢物组水平的响应。理清代谢组学与生态代谢组学学科发展的脉络,综述代谢组学研究中的常用技术及其优势与局限性,论述代谢组学技术在生态学研究中的应用现状,展望代谢组学技术与其他系统生物学组学技术的结合在生态学中的应用前景,提出生态代谢组学研究者未来要完成的任务和面对的挑战。     

植物代谢组学的研究方法及其应用

代谢组是指某一生物或细胞在一特定生理时期内所有的低分子量代谢产物.植物代谢组学是指对植物抽提物中代谢组进行高通量、无偏差全面分析的技术.近年来,植物代谢组学研究取得了很大进展.本文介绍了其含义、历史沿革及研究方法,并用典型实例阐释了它的应用方向.     

植物代谢组学的研究方法及其应用

代谢组是指某一生物或细胞在一特定生理时期内所有的低分子量代谢产物。植物代谢组学是指对植物抽提物中代谢组进行高通量、无偏差全面分析的技术。近年来, 植物代谢组学研究取得了很大进展。本文介绍了其含义、历史沿革及研究方法, 并用典型实例阐释了它的应用方向。     

花生种皮色素合成相关通路的转录组-代谢组学联合分析

花青素是具有重要生理活性的植物次生代谢产物,而关于花青素合成机制的研究已成为重要的研究热点之一.本研究以花青素类型和含量存在显著差异的紫珍珠、红珍珠、G110和白珍珠为研究材料,取开花后30 d和45 d样品进行转录组、代谢组分析以及双组学联合分析.RNA-Seq分析共鉴定出32805个差异表达基因,KEGG富集通量分...     

福建山樱花形态多样性分化的研究

以闽、赣、粤、台4省13个种群292份福建山樱花种质为分析材料,对16个形态性状进行聚类分析和主成分分析。结果表明:福建山樱花不同个体间各性状均有明显差异,变异系数较大,优株选择潜力很大。系统聚类分析可将292份参试材料划分为2个表征群4个亚表征群,除重瓣型福建山樱花外,单瓣型福建山樱花的形态特征在种群间总体上无明显的分化规律,不同种群的个体交叉聚在同一个表征群内,但在同一亚表征群内,同一种群的多数个体常能聚在一起,表明种群之间在形态上发生了一定程度的分化,只是这种分化还不能清楚地区分不同的种群。主成分分析结果表明叶形、叶尖、叶缘、分枝能力、60 d苗高、花色和花形是造成福建山樱花形态分化的主要因素。     

基于LC-MS/MS分析马缨杜鹃花代谢物的变化

为分析马缨杜鹃(Rhododendron delavayi)花开花至凋谢过程中的代谢产物差异及其通路,该文采用LC-MS/MS技术对其花苞期、开裂期、传粉期、盛开期、衰老期和凋谢期的化学成分进行非靶向代谢组学分析。结果表明:(1)共鉴定到973种代谢物,主要包含黄酮类、有机酸、酚酸类、氨基酸及其衍生物、脂类、生物碱等。(2)主成分分析(PCA)表明样本间代谢物存在差异,结合正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)、t检验的P值和单变量分析的差异倍数(fold-change)筛选差异代谢物(VIP>1,P<0.05,Fc>2或Fc<0.5),涉及591种,在马缨杜鹃花期进入衰老期和凋谢期后差异代谢物数量和表达量显著上升,其中花苞期至开裂期差异代谢物的表达主要呈现下调,而进入衰老期和凋谢期后差异代谢物的表达主要呈现上调。(3)KEGG注释到68条代谢通路,其中差异代谢物极显著富集(P < 0.01)通路3条,包括苯丙素类生物合成、植物激素的生物合成和类黄酮生物合成。(4)结合苯丙素类、黄酮类等有效成分生物合成通路共筛选到10种代谢物包括苯丙氨酸(L-phenylalanine)、反式肉桂酸(trans-cinnamic acid)、查耳酮(chalcone)、柚皮素(naringenin)、对香豆酰基莽草酸(p-coumaroyl shikimic acid)、阿魏酸(ferulic acid)、松柏醇(coniferyl alcohol)、芥子酸(sinapic acid)、紫丁香苷(syringin)、槲皮素(quercetin)。此外,有效成分的差异代谢物表明苯丙素类生物合成代谢活动随马缨杜鹃花的发育逐渐增强,而黄酮类化合物生物合成逐渐减弱,这些关键差异代谢物可能对马缨杜鹃花的发育有重要的调控作用。该研究为马缨杜鹃花开花至凋谢进程中的有效成分代谢途径活性物质的研究提供了代谢组学基础,为进一步研究马缨杜鹃花花期调控的分子机理提供参考。     

基于UPLC-MS/MS技术的野生及栽培韭菜籽的代谢组学研究

多星韭为贵州省赫章县喀斯特地貌区重要的野生植物资源之一,具有较高的开发利用价值。为分析野生多星韭(Allium wallichii )籽与栽培韭菜(A. tuberosum)籽代谢产物差异及其通路,该研究利用UPLC-MS/MS物质分离鉴定技术,对2种韭籽化学成分进行广泛靶向代谢组学分析。结果表明:(1)共检测到782种代谢产物。(2)主成分分析(PCA)显示样本间存在差异,正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)共筛选出12类显著变化(P<0.05,VIP≥1)的差异代谢物,涉及492种,其中上调和下调幅度在前20的代谢物包括黄酮、甾体皂苷、黄酮醇、酚酸类、异黄酮、游离脂肪酸、三萜皂苷、生物碱、吲哚类生物碱、氨基酸及其衍生物等。(3)KEGG注释到84条差异代谢通路,其中差异代谢物显著富集(P<0.01)通路4条,此外还构建了未注释到的显著差异代谢物甾体皂苷的生物合成通路。该研究结果为韭籽有效成分代谢途径解析及药理活性物质研究提供了参考,也为赫章县野生多星韭的开发保护与多元化利用提供了新思路。     

生长周期对四数九里香叶片代谢物的累积影响

为探明不同生长周期对四数九里香(Murraya tetramera)代谢物种类差异的影响,建立科学的培育体系及采摘体系,该研究采用非靶向代谢组学分析方法对四数九里香新叶和老叶进行分析,通过主成分分析法(PCA)、正交偏最小二乘法-判别分析法(OPLS-DA)对代谢物的组间差异进行分析,采取将差异倍数、t检验的P值和OPLS-DA模型的VIP值相结合的方法来筛选差异积累代谢物。结果表明：(1)共筛选到850个差异积累代谢物(DAMs),其中426个DAMs在老叶中表达较高,424个DAMs在新叶中表达较高。(2)对筛选到的DAMs进行分类,共分为41类,其中较为丰富的是羧酸及其衍生物、脂肪酰基、有机氧化合物、苯和取代衍生物、黄酮类、有机氮化合物。(3)通过KEGG进行通路富集分析发现,差异积累代谢物在2-氧代羧酸代谢、嘌呤代谢、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成、乙醛酸和二羧酸代谢等代谢通路中显著富集。综上认为,在老叶中表达较高的差异积累代谢物与在新叶中表达较高的差异积累代谢物所富集的KEGG通路具有显著性差异。     

藏茵陈基源植物皱边喉毛花的全长转录组信息分析

皱边喉毛花为藏药藏茵陈基源植物之一,其包含丰富的药用成分。为进一步了解皱边喉毛花转录组,丰富其基因注释、代谢通路等遗传信息,该研究利用PacBio测序平台对皱边喉毛花叶片进行全长转录组测序。结果表明:(1)全长转录组测序共获得17 Gb的高质量数据,对795 698 个CCS序列进行聚类和去冗余,最终获得87 814 条高质量的全长转录本。(2)与7个数据库比对后,共有277 451 条转录本注释成功,其中注释到NR数据库的转录本最多,有39 214 条。26 396 条转录本成功注释到KOG数据库中,共有26 个子类。39 104 条转录本注释到KEGG数据库中,涉及6 个主要通路和40 个子通路。39 102 条转录本注释到GO数据库中,按分子功能、生物学过程和细胞成分3大类对注释成功的转录本进行分类。(3)SSR分析共鉴定到22 861 个SSR,其中单碱基重复最为丰富; 共检测到1 874 个转录因子和15 166 个长非编码RNA(LncRNA),而注释到转录本最多的转录因子家族是C3H。(4)筛选出55 条与单萜类及黄酮类化合物合成相关的转录本。该研究结果丰富了皱边喉毛花的转录组信息,为进一步筛选皱边喉毛花药用成分合成相关的关键基因提供了重要的遗传资源。     

茉莉酸甲酯诱导马尿泡根系分泌物的差异含量及分析

马尿泡是一种濒危高山植物,产于青藏高原,托烷类生物碱为其主要活性成分。马尿泡的根、种子和全草都可入药,具有重要的药用价值。为探究茉莉酸甲酯诱导下马尿泡根系分泌物的变化,该研究采用LC-MS/MS非靶向代谢组学技术对0、150μmol·L^-1茉莉酸甲酯处理3 d和7 d的马尿泡根系分泌物进行了分析。结果表明：（1）在0、150μmol·L^-1茉莉酸甲酯处理3 d和7 d后,马尿泡根系分泌物含量具有明显差异。（2）与空白处理相比,150μmol·L^-1茉莉酸甲酯处理后,根系分泌物数量明显增加。（3）马尿泡根系分泌物主要参与的KEGG通路有α-亚麻酸代谢通路、植物激素信号转导通路和赖氨酸生物合成通路。综上认为,茉莉酸甲酯诱导影响了马尿泡根系的代谢,改变了马尿泡根系分泌物的含量和数量。该研究通过非靶向代谢组学分析,初步揭示了参与马尿泡根系应答茉莉酸甲酯诱导分泌的关键代谢物,为进一步了解在茉莉酸甲酯诱导下高山植物根系分泌物的变化和代谢机制提供了理论依据,也为马尿泡资源的可持续发展和空间提供了新思路。     

Monoamine concentrations in Hydra magnipapillata

Several monoamines and related metabolites were quantified in Hydra magnipapillata using a three dimension HPLC system with multiple coulometric electrochemical detectors. Serotonin (5HT), N-methylserotonin (N-MET) and dopamine were detected, being reported in a coelenterate for the first time. It is suggested that monoamine levels were associated with the interstitial cell lineage. 5HT and N-MET were more concentrated in the body column where nematoblasts and nematocytes develop than in the tentacles and hypostome. It is concluded that the main indoleamine in Hydra is not 5HT but N-MET and a new metabolic pathway in Hydra is suggested: tryptophan-5HT-N-MET.     

基于LC-MS代谢组学技术的丽豆-大豆差异代谢物比较研究

丽豆(Calophaca sinica)是我国华北地区特有的一种珍稀野生植物.为探明丽豆的营养价值,该文以大豆(Glycine max)为参照组,利用液相色谱-质谱联用(LC-MS)技术对其种子进行了比较代谢组学研究.结果表明:(1)丽豆和大豆中共检测到1 857种代谢产物,二者成分相同且含量相似的代谢物有 1 698 种(>90%),差异代谢物有 159 种(<10%).(2)在差异代谢物中,成分差异的有 9 种,其中有 5 种为丽豆特有,剩余150 种均为含量差异,其中48 种(约30%)在丽豆中的含量高于大豆.(3)KEGG注释到8 条差异代谢物显著富集(P<0.1)的通路,主要包括初生代谢物的各类氨基酸生物合成途径和次生代谢物的罗汉松脂素、花生四烯酸以及二萜类等生物合成途径.(4)丽豆比大豆含量低的化学组分主要是初生代谢产物,比大豆含量高的化学组分主要是次生代谢物,而这些次生代谢物在调节血糖、骨坏损修复、增强免疫以及消炎抗癌等生理过程中有着积极的作用.综上所述,该研究认为丽豆与大豆具有相近的营养价值,并且对改善人类亚健康状况有积极的影响;此外,该文使我们对丽豆的营养价值和代谢组成分都有了较为全面的了解,同时也为我们对丽豆资源的深度开发和高效利用提供了必要的数据基础.     

代谢组与转录组联合解析赤皮青冈叶片黄化变异机制

为揭示赤皮青冈叶色黄化变异机制,该研究以赤皮青冈叶色变异植株和正常植株的叶片为试验材料,采用超高效液相色谱串联质谱法和高通量RNA测序技术分别进行代谢组和转录组分析.结果表明:(1)代谢组在正离子(POS)、负离子(NEG)模式下分别检测出正常植株和突变体之间存在 257 个和 357 个显著差异代谢物(SCMs),其中槲皮素、白矢车菊素、杨梅素等多种黄酮类化合物及其糖苷衍生物(吡喃酮啡肽A、异鼠李素 3-葡糖苷酸等)在突变体中显著上调,而叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等色素含量则显著下降.(2)转录组测序检测出 4 146 个差异表达基因(DEGs),其中 1 711 个基因上调表达,2 435 个基因下调表达.(3)KEGG富集分析表明,SCMs和DEGs显著富集到光合作用、卟啉与叶绿素代谢、类黄酮生物合成等途径.综上表明,突变体叶色黄化可能是受到叶绿素合成受阻、叶绿体发育异常及黄酮物质合成增加等因素的综合影响.此外,MYB和bHLH家族基因在突变体中显著上调,证实该两类转录因子参与调控类黄酮生物合成.该研究结果为植物黄化突变的分子机制研究提供了新的见解,也为叶色功能基因挖掘与园林植物育种工作提供了参考.     

葱属植物S-烷(烯)基半胱氨酸亚砜代谢途径研究进展

葱属植物是被子植物中最大的属之一,包括大蒜、洋葱、大葱、韭菜等多种具有独特辛辣风味的蔬菜作物。S-烷(烯)基半胱氨酸亚砜是葱属植物特有的次生代谢产物,是葱属植物各种挥发性含硫化合物的前体物质,由于其赋予葱属植物独特的辛辣风味和药用价值,因此研究葱属植物S-烷(烯)基半胱氨酸亚砜的代谢途径具有重要意义。在葱属植物中已发现7种S-烷(烯)基半胱氨酸亚砜,这些S-烷(烯)基半胱氨酸亚砜主要在叶片中先经谷胱甘肽途径合成,再转运到鳞茎等贮藏器官的细胞质中积累。目前,关于葱属植物S-烷(烯)基半胱氨酸亚砜降解的研究较多,而S-烷(烯)基半胱氨酸亚砜生物合成的研究则较少。S-烷(烯)基半胱氨酸亚砜是植物硫代谢的下游产物,上游涉及含硫化合物的吸收、转运、半胱氨酸和谷胱甘肽的代谢等过程,这些代谢过程的变化可能影响S-烷(烯)基半胱氨酸亚砜生物合成。今后,应加强以下两方面的研究：一方面,继续克隆鉴定S-烷(烯)基半胱氨酸亚砜生物合成途径中的关键酶基因,并研究其功能;另一方面,加强葱属植物硫代谢的研究,为研究S-烷(烯)基半胱氨酸亚砜生物合成的调控奠定基础。该研究结果为深入解析葱属植物S-烷(烯)基半胱氨酸...     

基于UHPLC-MS/MS技术的三种不同基质栽培肺形侧耳的代谢组学研究

桉树因其优异的特性在我国拥有广大的种植面积,在其栽培和生产加工过程会产生大量的桉树皮和桉木屑等副产物,其剩余物资源较丰富。目前已有利用桉木屑栽培食用菌的报道,为了解桉树皮和桉木屑与杂木屑栽培的肺形侧耳(Pleurotus pulmonarius)代谢物的差异,该研究采用超高效液相色谱-串联质谱(Ultra-High Performance Liquid Chromatography tandem Mass Spectrometry,UHPLC-MS/MS)技术,结合正交偏最小二乘法-判别分析法(Orthogonal Projections to Latent Structures Discriminant Analysis,OPLS-DA)对不同栽培基质条件下肺形侧耳子实体的代谢物进行了非靶向代谢组学研究。以变量权重值(Value Importance in Projection,VIP)>1结合T检验P<0.05为标准进行筛选。结果表明:(1)处理组B(桉木屑)与对照组A(杂木屑)之间有45种差异代谢产物和8种差异代谢物通路,处理组C(桉树皮)与对照组A之间有53种差异代谢产物和15种差异代谢物通路,处理组B与处理组C之间有39种差异代谢产物和5种差异代谢物通路。(2)根据KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)代谢通路富集分析处理组C和对照组A得到4条显著的代谢通路,分别为精氨酸生物合成、精氨酸和脯氨酸代谢、泛酸和辅酶A生物合成和丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,处理组B和处理组C得到1条显著的代谢通路为组氨酸代谢,而处理组B和对照组A中无显著性代谢通路(P>0.05)。综上表明,利用桉树皮和桉木屑作为肺形侧耳的主要栽培基质(尤其是桉木屑),可以降本增效和实现资源再利用。该研究结果为桉树加工副产物应用于食用菌栽培提供了参考。