基于广泛靶向代谢组学的竹黄活性成分分析

竹黄是我国一种重要的药用真菌,在医学、农业、食品等方面应用广泛且前景可观。为深入挖掘竹黄中有药理活性的有效化学成分,了解其在生长发育过程中不同时期代谢物的变化规律,利用广泛靶向代谢组学技术检测了竹黄子座不同发育时期的代谢物,找出差异代谢物并进行代谢通路分析。从竹黄子座中共检测出612种代谢物,前期和中期特有27种代谢物。黄酮类、奎宁酸、香豆素等具有良好生物活性的化合物首次在竹黄中被检测到。筛选出的差异代谢物主要是脂质、氨基酸、核苷酸、黄酮类、萜类、有机酸等物质,其中黄酮和氨基酸类化合物占主要地位。通过对代谢通路富集分析,获得6条具有显著意义的代谢途径。黄酮类化合物被认为是除竹红菌素外与竹黄药效有重要联系的化合物。本研究为竹黄药用机理及有效成分深入研究提供了一定的理论基础,为竹黄有效成分的代谢途径解析提供参考。     

水蕨愈伤胚胎发生的代谢组学研究

体细胞胚胎发生是植物繁殖的一种方式,而离体的愈伤胚胎发生既可以进行植株再生、又可以用于遗传转化。该研究采用非靶向代谢组学,对蕨类植物水蕨分别处于增殖期和分化期的愈伤进行代谢物差异分析,以探讨愈伤胚胎发生的代谢机制,为愈伤胚胎发生的代谢组学提供资料。结果发现:(1)水蕨增殖期与分化期的愈伤具有相同的代谢物,且其中一些为疾病药物如放线菌酮和三七素。(2)各代谢物的含量高低不一,但基本上在增殖期和分化期之间无差异。(3)增殖期积累的代谢物预测与ABC通道蛋白途径有关,而分化期积累的代谢物可能与黄酮合成途径有关。研究推测,水蕨愈伤增殖期到分化期的转变是代谢物的量变过程,而非质变;植物愈伤胚胎发生的代谢组可能具有物种特异性。     

青阳参组织培养及愈伤组织的成分分析

用青阳参(Cynanchum otophyllum)的嫩枝和芽在Ms 2．0mg／L2,4-D 0．1mg／L KIN的培养基上诱导愈伤组织。通过不同的培养基和激素配比实验,发现6,7-V 2．0mg／L2,4．D 0．3mg／LKIN最适合愈伤组织的生长。但在6,7-V 1．0mg／L2,4．D 0．1mg／L KIN培养基中的愈伤组织次生代谢物含量最高。愈伤组织的生长周期为27d,但在33d时次生代谢产物的含量最高。从愈伤组织中分离到7个化合物：(1)9,10,11-三羟基-十八碳-12(Z)-烯酸甲酯(methyl9,10,11-trihydroxy-12-octadecencate),(2)胡萝卜甙(daucosterol),(3)β-谷甾醇(β-sitoster01),(4)华木酸(betuliniic acid),(5)齐端果酸(oleamlic acid),(6)棕榈酸(hexadecanoic acid),(7)十八碳-9-烯酸(9-octadecenoic acid)。首次报道从植物愈伤组织中分离到多羟基十八碳烯酸,并讨论了化合物（1）对植物细胞生长的可能影响。     

镉胁迫对烟草愈伤组织抗氧化系统的影响

镉(Cd)是烟草(Nicotiana tabacum L.)生长的非必需元素,但容易在烟草体内残留,危害其生长发育。本实验设定0~50 mg·L-17个梯度浓度的Cd2+,以MS+1.0mg·L-16-BA+0.5 mg·L-1NAA为基本培养基,诱导产生烟草叶片愈伤组织。待45 d愈伤组织丰富之后,每间隔3 d测定一次烟草愈伤组织内抗氧化系统相关酶活性、活性氧水平及丙二醛含量。结果表明:短期(45~51 d)Cd2+胁迫可导致烟草愈伤组织内活性氧水平升高,抗氧化酶系统活性增强,但长期(51~57 d)高浓度Cd2+胁迫导致抗氧化系统活性下降,膜质过氧化程度加重。     

基于代谢组方法筛选蜜蜂副伤寒相关差异代谢物的研究

[目的]蜜蜂副伤寒是西方蜜蜂Apis mellifera越冬期的主要易感疾病.本研究旨在探究蜜蜂副伤寒疾病相关的代谢物和代谢通路.[方法]以越冬末期的西方蜜蜂为研究对象,利用基于高效液相质谱联用的非靶向代谢组学方法检测副伤寒患病群和正常越冬群工蜂肠道中代谢物的变化.[结果]蜜蜂副伤寒患病个体和正常蜜蜂个体在正、负离子模式下分别获得626个和518个差异代谢物,在正、负离子模式下最显著差异的10种代谢物中筛选到镰刀菌氧萘满酮、奎尼丁、褪黑素、去氧紫草素等与蜜蜂物质代谢障碍、细胞凋亡和抗氧化应激相关的差异代谢物.此外,差异代谢物显著富集于与氨基酸代谢密切相关的氨酰-tRNA合成、蛋白质消化吸收、谷胱甘肽代谢、矿物质代谢、多种氨基酸代谢等7个代谢通路.[结论]蜜蜂患副伤寒后肠道中代谢物水平发生显著变化,其中氨基酸和蛋白质的代谢异常可能是蜜蜂副伤寒发病的主要原因.     

烟草愈伤组织生长和衰老期间呼吸代谢的改变

前人(Ross和Thorpe 1973,Thorpe和Laishley 1973,Brown和Thorpe 1982)曾报道了烟草愈伤组织芽形成期间呼吸速率、线粒体活性、底物代谢途径和有关呼吸酶活性的变化。我们对烟草愈伤组织呼吸代谢的研究证明:组织分化和芽原基的形成与HMP途径运行升高相联系(毕玉蓉和梁厚果1987);愈伤组织的呼吸链存     

药用植物刺山柑愈伤组织诱导及细胞生长代谢特征研究

本文研究了不同外植体及激素对刺山柑愈伤组织诱导的影响,不同激素配比对愈伤组织增殖培养以及悬浮细胞的生长与代谢特征.结果表明:以刺山柑叶片作为诱导愈伤组织的材料,效果较佳;愈伤组织诱导和继代的适宜培养条件是分别是MS+0.5 mg/L 2,4-D+1.0mg/L6-BA和MS+1.0mg/L2,4-D+1.5mg/L6-BA.刺山柑悬浮培养细胞的生长周期为30天左右,细胞生长曲线呈"S"形,生物量增长2.8倍左右;细胞生长周期内,碳源消耗规律表现为蔗糖和可溶性总糖的浓度持续降低,而还原糖则表现为先升高后降低;过氧化物酶活测定显示酶活水平与蔗糖浓度的高低呈一定程度的正相关.     

药用植物刺山柑愈伤组织诱导及细胞生长代谢特征研究

本文研究了不同外植体及激素对刺山柑愈伤组织诱导的影响,不同激素配比对愈伤组织增殖培养以及悬浮细胞的生长与代谢特征。结果表明:以刺山柑叶片作为诱导愈伤组织的材料,效果较佳;愈伤组织诱导和继代的适宜培养条件是分别是MS 0.5mg/L 2,4-D 1.0mg/L6-BA和MS 1.0mg/L2,4-D 1.5mg/L6-BA。刺山柑悬浮培养细胞的生长周期为30天左右,细胞生长曲线呈"S"形,生物量增长2.8倍左右;细胞生长周期内,碳源消耗规律表现为蔗糖和可溶性总糖的浓度持续降低,而还原糖则表现为先升高后降低;过氧化物酶活测定显示酶活水平与蔗糖浓度的高低呈一定程度的正相关。     

基于非靶代谢组学的糙皮侧耳子实体发育的关联物质及主要代谢通路分析

本研究采用代谢组学方法鉴定并分析了糙皮侧耳原基和刚分化的子实体中的小分子代谢物质,以期解析糙皮侧耳子实体形成和发育的潜在机制。糙皮侧耳原基和子实体中共鉴定出545种代谢物,包含酚酸、脂类、氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、有机酸、生物碱、单宁、木脂素和香豆素以及其他代谢物共9类。主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)表明糙皮侧耳原基和子实体中的代谢物质具有显著差异。以VIP≥1、fold change≥2或≤0.5为条件,共筛选到253种差异代谢物。调控通路分析结果显示差异物质涉及76条代谢途径,推测该菌通过色氨酸代谢,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成,赖氨酸降解,D-精氨酸和D-鸟氨酸代谢,生物素代谢,莨菪烷、哌啶和吡啶生物碱的生物合成,酪氨酸代谢,嘌呤代谢,丙酸代谢和异喹啉生物碱的生物合成等主要代谢通路完成物质的深度转化及调控。本研究为糙皮侧耳子实体发育机制的研究提供了一定的理论依据。     

代谢组学：一个迅速发展的新兴学科

对代谢组学的含义,中心任务,研究方法,样品要求,应用及其发展方向进行了简要综述. 系统生物学概念的诞生标志着研究哲学由“还原论”向“整体论”的变化. 系统生物学的中心任务就是要针对生物系统整体 (无论它是生物细胞,多细胞组织,器官还是生物整体),建立定量,普适,整体和可预测 (QUIP) 的认知. 具体而言,系统生物学研究就是要将给定生物系统的基因,转录,蛋白质和代谢水平所发生的事件,相关性及其对所涉及生物过程的意义进行整体性认识. 从而出现了许多的“组”和“组学”的新概念. 但是现已提出的一百多个“组”和“组学”,可以大体归纳为“基因组”/“基因组学”,“转录组”/“转录组学”,“蛋白质组”/“蛋白质组学”和“代谢组”/“代谢组学”四个方面. 显而易见,DNA,mRNA 以及蛋白质的存在为生物过程的发生提供了物质基础 (但这个过程有可能不发生!),而代谢物质所反映的是已经发生了的生物学事件. 因此代谢组学是对一个生物系统进行全面认识的不可缺少的一部分,是全局系统生物学 (global systems biology) 的重要基础,也是系统生物学的一个重要组成部分. 在现有的英文表述中,代谢组学同时存在两个不同的词汇和概念,即metabonomics 和 metabolomics. 尽管前者多用在动物系统而后者多用于植物和微生物系统,但这些概念的本质从他们的定义中能够得到较细致的了解. Metabonomics 的最初定义是就生物系统对生理和病理刺激以及基因改变的代谢应答的定量测定(“the quantitative measurement of the multi-parametric metabolic response of living systems to pathophysiological stimuli or geneticmodifications”). 我们认为这个定义现在可以更广泛地表述为:代谢组学是关于定量描述生物内源性代谢物质的整体及其对内因和外因变化应答规律的科学 (“Metabonomics is the branch of science concerned with the quantitative understandings of themetabolite complement of integrated living systems and its dynamic responses to the changes of both endogenous factors (such asphysiology and development) and exogenous factors (such as environmental factors and xenobiotics).”). 其中心任务包括 (1) 对内源性代谢物质的整体及其动态变化规律进行检测,量化和编录,(2) 确定此变化规律和生物过程的有机联系. Metabolomics 存在多个定义,但其精髓是:对一个生物系统的细胞在给定时间和给定条件下所有小分子代谢物质的定量分析(the quantitativemeasurement of all low molecular weight metabolites in an organism's cells at a specified time under specific environmentalconditions). 因此,metabolomics 可以译作“代谢物组学”. 不难看出,前者是对生物系统进行的整体和动态的认识 (不仅关心代谢物质的整体也关注其动态变化规律),而后者强调分析而且是个静态的认识概念. 因此可以认为,metabolomics 是metabonomics 的一个组成部分 (参看定义). 近年又有人提出了“dynamic metabolomics”的概念,这个概念所表达的含义十分接近“metabonomics”本身的含义. 所以,可以预见,随着这门新兴学科的发展和更深入讨论,这两个概念必将趋向一致. 因此我们建议,在中文表述中将“代谢组学”一词和英文中的 metabonomics 相对应,以避免不必要的混淆和争议. 就细胞系统而言,不仅存在细胞自身的代谢物质组成问题,存在细胞之间代谢物质交换的问题,也存在代谢过程所发生的位点问题. 因此,简单地分析代谢物质的总组成 (即代谢组) 缺乏“整体论”所要求的全面性,其意义有一定局限. 代谢组学属于全局系统生物学 (Global systems biology) 研究方法,便于对复杂体系的整体进行认识. 譬如,一个正常工作的人体包括“人体”本身和与之共同进化而来且共生的消化道微生物群体 (或称菌群),孤立地研究“人体”本身的基因,转录子以及蛋白质当然可以为人们认识人体生物学提供重要信息,但无法提供使人体正常工作不可缺少的菌群的信息. 人体血液和尿液的代谢组却携带着包括菌群在内的每一个细胞的信息,因此代谢组学方法对研究如人体这样复杂的进化杂合体十分有效. 正因如此,代谢组学已经广泛地应用到了包括药物研发,分子生理学,分子病理学,基因功能组学,营养学,环境科学等重要领域. 在代谢组学诞生的过去 6 年里,有关代谢组学的研究论文和专利以指数的形式逐年增长. 可以预见,这门新兴学科将应用到更为广泛的领域.     

火龙果愈伤组织诱导与植株再生

为了建立火龙果愈伤组织诱导与植株再生体系,以火龙果茎段、幼苗和子叶为外植体进行离体培养试验。结果表明：茎段诱导愈伤组织的最优培养基为1／2MS＋2,4-D2．0mg·L^-1＋6-BAO．5mg·L^-1,诱导子叶愈伤组织的最适培养基是1／2MS＋2,4-D2．0mg·L^-1＋6-BA1．0mg·L^-1,诱导愈伤组织分化的最优培养基为1／2MS＋6-BA4．0mg·L^-1＋NAA0．5mg·L^-1,最佳生根培养基为1／2MS＋6．BA1mg·L^-1＋NAA0-3mg·L^-1。     

微生物代谢组学及其在工业中的应用

微生物代谢组学是系统生物学的重要组成部分,其与基因组学、转录组学和蛋白质组学相互补充,近年来受到越来越多人的重视。其主要对细胞生长或生长周期某一时刻细胞内外所有低分子量代谢物进行定性和定量分析,直接反映了细胞的生理状态,对理解细胞功能十分重要。由于代谢物的复杂性,研究者需根据不同的目的及对象选择合适的分析方法。对微生物代谢组学近年来的研究方法进行综述,包括样品处理、分析手段、数据分析,并讨论了微生物代谢组学在工业中的应用及所面临的挑战。     

烟草愈伤组织继代培养与分化期间核酸代谢的比较研究

柳叶烟草愈伤组织在分化和芽原基形成期间,DNA 和RNA 含量均高于继代培养物;在芽原基形成后和幼芽生长期间(12天以后),DNA和RNA 含量持续上升,而同期继代培养物巳进入生长静止期,DNA 和RNA 含量基本不变或略有下降。根据RNA 电泳结果还进一步分析了两种愈伤组织培养物各RNA 组分变化与总RNA 含量变化的关系。分化培养物在芽原基形成时有明显升高的RNase 活性峰和持续上升的RNA 合成速率;而此时期继代培养物的RNase 活性及RNA 合成能力均较低;分化愈伤组织的DNA 合成速率在幼芽生长期间仍维持上升趋势,且显著高于同期继代愈伤组织的合成速率。这些结果表明,烟草愈伤组织分化培养物比继代培养物有更旺盛的核酸代谢能力。     

基于转录组测序的宁夏枸杞不同品种果实活性成分合成差异表达基因分析

为探究不同品种宁夏枸杞果实活性成分生物合成相关基因的表达水平,筛选关键差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),揭示宁夏枸杞品种间活性成分含量差异的分子机制,本研究采用Illumina NovaSeq 6000高通量测序技术,对宁夏枸杞‘宁杞1号’和‘宁杞7号’青果期、转色期及成熟期果实进行转录组测序,比较2个品种果实不同发育期相关基因表达谱的变化。结果显示:转录组测序共获得811818178条clean reads,有121.76 Gb有效数据。‘宁杞1号’和‘宁杞7号’在青果期、转色期和成熟期差异表达基因分别有2827、2552和2311个;分别有2153、2050和1825个差异基因在基因本体论(gene ontology,GO)、京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)富集分析和同源蛋白簇(clusters of orthologous groups of proteins,KOG)分析等6个数据库中被成功注释。青果期、转色期和成熟期果实的差异表达基因,在GO数据库分别有1307、865和624个被富集到生物学过程、细胞组分及分子功能3个部分中;KEGG通路富集结果均集中在代谢途径、次生代谢物生物合成和植物-病原互作过程;在KOG数据库,3个发育期分别注释了1775、1751和1541个差异表达基因。对注释的基因进行PubMed数据库检索,在青果期、转色期和成熟期分别筛选到与枸杞活性成分合成相关的差异表达基因18、26和24个,这些基因主要参与类胡萝卜素、类黄酮、萜类、生物碱和维生素等代谢途径。选取7个差异表达基因进行RT-qPCR验证,结果与转录组测序数据表达趋势一致。本研究从转录水平为不同品种宁夏枸杞活性成分含量差异提供了初步证据,为进一步挖掘枸杞活性成分生物合成的关键基因及解析其表达调控机制提供了研究基础。     

PEG对甘薯愈伤组织淀粉酶活性的影响

用聚乙二醇 (PEG) 6 0 0 0对甘薯愈伤组织进行处理后观察到其所含淀粉酶的活性变化。这些变化随PEG的浓度不同 ,处理时间长度不同而有显著差异。低浓度的PEG(0 5 %、 1% )处理愈伤组织其淀粉酶活性变化的幅度较小 ;而高浓度 (8% )的PEG处理所引起的淀粉酶活性变化幅度较大 ;这一结果显示了PEG对甘薯愈伤组织淀粉酶的调节作用。     

基于转录组学和代谢组学联合分析草珊瑚萜类化合物生物合成的组织特异性分布

本研究旨在探究草珊瑚叶和根中萜类化合物的组织特异性分布差异,解析其药效品质差异形成的分子机制。采用液相色谱-质谱联用技术(liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS)和Illumina HiSeq^TM高通量测序技术获得草珊瑚[Sarcandra glabra (thunb) naka]叶和根的代谢组学和转录组学数据。代谢组学结果表明参与叶和根中萜类合成的差异代谢物有50个,包括法尼西基半胱氨酸、甘油醛-3-磷酸、甲羟戊酸-5-磷酸等。转录学结果表明差异代谢酶基因有57条,包括ACTC、HMGCR、MVK、DXS与KS等,并预测了MYB、C2H2、AP2/ERF-ERF等7个转录因子参与调控草珊瑚不同组织部位中萜类的合成和积累差异。实时荧光定量PCR (quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)结果显示,随机选取的8个参与萜类合成的酶基因在草珊瑚不同组织部位中的表达趋势与转录组学测序结果一致。本研究有助于阐明草珊瑚叶和根临床疗效差异形成的分子机制,同时为草珊瑚的资源开发利用奠定基础。