空间分辨代谢组学进展和挑战

空间分辨代谢组学即整合质谱成像和代谢组学技术,对动/植物组织和细胞中内/外源性代谢物的种类、含量和差异性空间分布进行精准测定。质谱成像技术因其具有无标记、非特异、高灵敏度、高化学覆盖、元素/分子同时检测等优势,被广泛应用于动/植物组织中各类代谢物、多肽和蛋白的时空分布研究。首先介绍了代谢组学和质谱成像技术的研究现状,然后重点综述了空间分辨代谢组学在动物组织、植物组织和单细胞水平上的前沿应用。最后展望了空间分辨代谢组学技术的现有瓶颈和未来发展方向。空间分辨代谢组学是继代谢组学之后又一门新兴的分子成像组学技术,能够无标记、可视化检测动物组织中外源性药物的吸收、分布、代谢和排泄,以及植物组织中多种代谢产物的生物合成、转运途径和积累规律。该技术将推动靶向药物发现、病理机制解析和动植物生长发育密切关联的空间代谢网络调控等前沿应用研究。     

基于质谱技术的细胞代谢组学研究进展

细胞代谢组学作为一个新兴领域,能解决基本的生物学问题,还能观察细胞内的代谢情况。细胞代谢物浓度可以近似地反映一个组织、器官或细胞的表型。随着代谢组学的发展,以质谱分析为基础的代谢组学技术研究细胞的代谢物,其灵敏度高、分辨率好,能进行多组分的检测,并能获取分子的结构信息,这有利于细胞生物学的研究。该文结合目前代谢组学的技术,对细胞代谢物研究的意义及基于质谱技术的细胞代谢组学的应用进行了综述。     

现代代谢组学平台建设及相关技术应用

代谢组作为生命科学研究的5个层面(基因组、转录组、蛋白质组、代谢组和表型组)之一越来越受到科研工作者的关注。色谱–质谱联用技术由于其高分离能力、高灵敏度等优点在代谢组学(定性和定量)领域发挥重要的作用,基于色谱–质谱联用技术的代谢组学已成功应用于代谢表型差异研究、基因功能鉴定和转基因生物安全性评价等多个研究方向。本文以中国科学院遗传与发育生物学研究所代谢组学平台为例,详细介绍了现代代谢组学平台色谱–质谱联用仪器的硬件组成,以及不同技术平台在现在系统生物学研究中的具体应用。     

LC-MS在植物代谢组学分析中的应用

利用植物代谢组学研究植物体系受刺激或扰动后的代谢变化,可以揭示植物面对外界环境变化或基因变化时的应答机制。液相色谱-质谱联用(LC-MS)技术由于其高分辨能力、高灵敏度,适合高沸点、热不稳定及高分子量化合物的检测等优点而在植物代谢组学研究中发挥重要作用。近些年来,LC-MS在诸多方面取得了较快发展,如快速LC-MS、纳流LC-MS、二维LC-MS、衍生化LC-MS等。随着分析方法的发展和完善,基于LC-MS的植物代谢组学已成功应用于代谢表型差异、转基因植物安全性评价、生物及非生物胁迫、植物基因功能鉴定、辅助育种等多个研究方向。     

代谢组学研究技术及其应用

介绍代谢组学的研究技术,主要包括核磁共振技术,色谱-质谱联用技术,同时介绍常用的数据处理方法和数据库.对目前代谢组学在医药领域、生物研究领域、资源环境,以及农业和食品领域的应用情况进行综述.     

多组学技术及其在生命科学研究中应用概述

随着新一代测序技术、高分辨质谱技术、多组学整合分析方法及数据库的发展,组学技术正从传统的单一组学向多组学技术发展。以多组学驱动的系统生物学研究将带来生命科学研究的新范式。本文简要概述了基因组学、表观基因组学、转录组学,蛋白质组学及代谢组学的进展,重点介绍多组学技术平台的组成和功能,多组学技术的应用现状及在合成生物学及生物医学等领域的应用前景。     

气相色谱-质谱联用技术及其在代谢组学中的应用

代谢组学是以高通量、高灵敏度、高分辨率的现代仪器分析方法为手段,对细胞、体液、组织中所有代谢物进行无偏向的定性与定量分析的一门学科。气相色谱-质谱联用技术具有较高的检测灵敏度和鉴定准确度,通过标准谱图库的比对可对代谢物进行快速的鉴定,因此被广泛应用于生物样品的代谢产物的检测中。文中对近年来气相色谱-质谱联用技术的发展以及在代谢组学研究中取得的成果进行了综述。首先介绍了气相色谱-质谱联用技术的分类和常用的样品衍生化方法;继而从样品预处理、定性与定量分析、数据分析三方面介绍了气相色谱-质谱联用技术分析代谢物的方法,并系统地对该技术在微生物、植物、疾病诊断领域的应用实例进行了评述;最后提出了当前气相色谱-质谱联用技术在代谢组学研究中存在的问题并对后续的研究进行了展望。     

基于1H-NMR及GC-MS的中国块菌及其共生云南松的代谢物分析

采用代谢组学技术研究中国块菌(云南黑松露)及其共生云南松的小分子活性代谢产物.运用核磁共振(1H-NMR)和气相质谱(GC-MS)两种技术,分析新鲜中国块菌成熟子实体及松根的代谢成分;将1H-NMR及GC-MS数据导入SMICA-P软件进行多元统计分析,比较二者的差异代谢物.在块菌子实体及松根中分别共检测到了苏氨酸、甘...     

基于连锁与关联分析的植物代谢组学研究进展

代谢物作为生物体表型的基础能够帮助我们更直观有效地了解生物学过程及其机理。植物代谢组研究对理解植物代谢途径,改善植物对环境胁迫的应答,提高作物产量与品质有着非常重要的作用。代谢物的种类和数量在不同品种与组织中存在很大差异,利用这些差异进行遗传基础的解析将有助于我们深入了解代谢生物学过程。随着代谢组学分析技术和方法的发展与第二代测序技术的应用,植物代谢组学的研究内容不断地扩增,代谢遗传机制的研究不断深入。概述了植物代谢组学的研究内容、基因型分型、植物代谢组遗传连锁分析与植物代谢组全基因组关联分析及其应用。     

基于气相色谱-质谱联用技术的代谢组学方法在转植酸酶基因玉米代谢物指纹图谱分析中的应用

目的:建立气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)的代谢组学方法,初步研究转基因株系与对照株系之间代谢物指纹图谱的差异性,为转基因作物安全的评价提供参考。方法:优化提取条件,考察色谱条件,并采用主成分分析(PCA)数据处理方法对转基因株系及对照进行模式识别。结果:优化了提取条件及色谱条件,建立了GC-MS的代谢组学方法,获得了小分子的代谢产物的表达谱,发现转基因与其对照之间呈现出显著性差异。结论:优化的GC-MS的代谢组学方法可以从代谢水平检测转基因作物,找出差异性,为转基因作物的检测与评价提供技术支持。     

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。     

基于质谱信号的代谢物鉴定:生物信息学的机遇与挑战

液相色谱-质谱联用是目前代谢组学研究中广泛采用的分析技术。随着海量质谱数据的产生,解析质谱信号所对应的代谢物分子显得越来越重要。由于代谢物中分子成分复杂多变,其质谱信号具有特定的数据分布特点。因此,开发适应这一特点的分析软件,扩展通用标准谱图库和代谢物数据库,增加代谢物的鉴定率是当前代谢组学研究的关键任务。本文主要介绍近年来基于质谱信号的代谢物鉴定研究领域的基本思路和最新进展。     

植物应答非生物胁迫的代谢组学研究进展

代谢组学技术是研究植物代谢的理想平台, 通过现代检测分析技术对胁迫环境下植物中代谢产物进行定性和定量分析, 可以监测其随时间变化的规律。而各种组学平台包括基因组学、转录组学及代谢组学的整合, 更是一个强有力的工具箱, 将所获得的不同组学的信息联系起来, 有利于从整体研究生物系统对基因或环境变化的响应, 如可判断代谢物的变化是从哪一个层面开始发生的, 帮助人们揭开复杂的植物胁迫应答机制。该文对近期代谢组学技术及其与蛋白质组学、基因组学技术相结合探索植物应答非生物胁迫的研究进行了综述。代谢组学的应用, 拓展了对植物耐受非生物胁迫分子机制的认识, 开展更多这方面的研究, 再通过植物代谢组学、转录组学、蛋白质组学和基因组学整合, 有助于从整体水平上把握植物胁迫应答机制。     

代谢组学技术及其在临床研究中的应用

在后基因组时代, 系统生物学研究成为人们关注的焦点。转录组学、蛋白质组学等功能基因组学研究方法可同时检测药物或其他因素影响下大量基因或蛋白质的表达变化情况, 但这些变化不能与生物学功能的变化建立直接联系。代谢组学方法则可为代谢物含量变化与生物表型变化建立直接相关性。代谢组学研究的目的是定量分析一个生物系统内所有代谢物的含量, 进行全面代谢物分析需要分析化学技术的支撑, 核磁共振和基于质谱的分析技术是代谢组学研究的两种主要技术手段。代谢组学研究可产生大量数据信息, 对这些数据进行分析离不开化学统计学的应用, 比如主成分分析、多维缩放、各种聚类分析技术以及功能差异分析等。文章综述了近年来代谢组学分析技术及数据分析技术的研究进展, 在此基础上, 对代谢组学在临床研究及临床前研究中的应用研究进展进行了综述。对疾病代谢表型图谱的研究有助于人们了解疾病发生、发展以及致死的机制; 在临床条件下, 这些代谢图谱可以作为疾病诊断、预后以及治疗的评判标准。代谢物组成的变化是毒物胁迫对机体造成的最终影响, 利用代谢组技术可以直接反映毒物对机体的影响。质谱技术、核磁共振技术的应用使得药物筛选过程可以快速完成, 并有助于实现个性化用药。此外, 利用代谢组学技术还可以进行已知酶的新活性研究, 也可以研究未知酶。     

两种提取溶剂对莲雾果实GC-MS代谢组学分析的影响

以台湾"黑珍珠"莲雾果实为实验材料,选择植物代谢组学研究中常用的两种提取溶剂对莲雾果实样品进行非靶标的代谢轮廓分析,研究两种提取溶剂对莲雾果实代谢组学分析的影响。利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术对莲雾果实代谢产物进行分离鉴定,利用甲醇-水(A)法和甲醇-氯仿-水(B)法两种方法共鉴定出129个代谢产物;利用主成分分析法等比较了两种提取方法的提取效果,结果表明两种方法存在显著差异。从色谱峰总数来看,A法可检测到323个色谱峰,B法仅有251个,统计分析发现124个差异显著的代谢物质,其中有90个代谢物质的相对含量用A法提取显著高于B法提取。研究结果表明,甲醇-水溶剂提取的方法更适合于莲雾果实代谢组学的分析研究。     

两种提取溶剂对莲雾果实GC-MS代谢组学分析的影响

以台湾"黑珍珠"莲雾果实为实验材料,选择植物代谢组学研究中常用的两种提取溶剂对莲雾果实样品进行非靶标的代谢轮廓分析,研究两种提取溶剂对莲雾果实代谢组学分析的影响。利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术对莲雾果实代谢产物进行分离鉴定,利用甲醇-水(A)法和甲醇-氯仿-水(B)法两种方法共鉴定出129个代谢产物;利用主成分分析法等比较了两种提取方法的提取效果,结果表明两种方法存在显著差异。从色谱峰总数来看,A法可检测到323个色谱峰,B法仅有251个,统计分析发现124个差异显著的代谢物质,其中有90个代谢物质的相对含量用A法提取显著高于B法提取。研究结果表明,甲醇-水溶剂提取的方法更适合于莲雾果实代谢组学的分析研究。     

两种提取溶剂对莲雾果实GC-MS代谢组学分析的影响

以台湾"黑珍珠"莲雾果实为实验材料,选择植物代谢组学研究中常用的两种提取溶剂对莲雾果实样品进行非靶标的代谢轮廓分析,研究两种提取溶剂对莲雾果实代谢组学分析的影响。利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术对莲雾果实代谢产物进行分离鉴定,利用甲醇-水(A)法和甲醇-氯仿-水(B)法两种方法共鉴定出129个代谢产物;利用主成分分析法等比较了两种提取方法的提取效果,结果表明两种方法存在显著差异。从色谱峰总数来看,A法可检测到323个色谱峰,B法仅有251个,统计分析发现124个差异显著的代谢物质,其中有90个代谢物质的相对含量用A法提取显著高于B法提取。研究结果表明,甲醇-水溶剂提取的方法更适合于莲雾果实代谢组学的分析研究。     

两种提取溶剂对莲雾果实GC-MS代谢组学分析的影响

以台湾"黑珍珠"莲雾果实为实验材料,选择植物代谢组学研究中常用的两种提取溶剂对莲雾果实样品进行非靶标的代谢轮廓分析,研究两种提取溶剂对莲雾果实代谢组学分析的影响。利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术对莲雾果实代谢产物进行分离鉴定,利用甲醇-水(A)法和甲醇-氯仿-水(B)法两种方法共鉴定出129个代谢产物;利用主成分分析法等比较了两种提取方法的提取效果,结果表明两种方法存在显著差异。从色谱峰总数来看,A法可检测到323个色谱峰,B法仅有251个,统计分析发现124个差异显著的代谢物质,其中有90个代谢物质的相对含量用A法提取显著高于B法提取。研究结果表明,甲醇-水溶剂提取的方法更适合于莲雾果实代谢组学的分析研究。     

两种提取溶剂对莲雾果实GC-MS代谢组学分析的影响

以台湾"黑珍珠"莲雾果实为实验材料,选择植物代谢组学研究中常用的两种提取溶剂对莲雾果实样品进行非靶标的代谢轮廓分析,研究两种提取溶剂对莲雾果实代谢组学分析的影响。利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术对莲雾果实代谢产物进行分离鉴定,利用甲醇-水(A)法和甲醇-氯仿-水(B)法两种方法共鉴定出129个代谢产物;利用主成分分析法等比较了两种提取方法的提取效果,结果表明两种方法存在显著差异。从色谱峰总数来看,A法可检测到323个色谱峰,B法仅有251个,统计分析发现124个差异显著的代谢物质,其中有90个代谢物质的相对含量用A法提取显著高于B法提取。研究结果表明,甲醇-水溶剂提取的方法更适合于莲雾果实代谢组学的分析研究。     

两种提取溶剂对莲雾果实GC-MS代谢组学分析的影响

以台湾"黑珍珠"莲雾果实为实验材料,选择植物代谢组学研究中常用的两种提取溶剂对莲雾果实样品进行非靶标的代谢轮廓分析,研究两种提取溶剂对莲雾果实代谢组学分析的影响。利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术对莲雾果实代谢产物进行分离鉴定,利用甲醇-水(A)法和甲醇-氯仿-水(B)法两种方法共鉴定出129个代谢产物;利用主成分分析法等比较了两种提取方法的提取效果,结果表明两种方法存在显著差异。从色谱峰总数来看,A法可检测到323个色谱峰,B法仅有251个,统计分析发现124个差异显著的代谢物质,其中有90个代谢物质的相对含量用A法提取显著高于B法提取。研究结果表明,甲醇-水溶剂提取的方法更适合于莲雾果实代谢组学的分析研究。