代谢组学在动物育种中的应用现状与前景展望

代谢组学是一门新兴的学科,与基因组学、蛋白质组学等共同构成系统生物学。近年来,代谢组学发展迅速,并在疾病诊断、生物医药研发、食品营养与科学、药理毒理学、环境科学、植物科学以及动物育种等众多领域均有应用。系统介绍了动物育种中小分子代谢物在遗传参数估计、品种（系）鉴定、重要经济性状鉴定、多组学关联分析以及动物疾病模型制备中的应用及最新研究进展,分析代谢组学研究中存在的问题。随着其研究方法的不断完善和优化,越来越多代谢物被人们所了解认识,在农用动物育种中代谢组学技术的研究逐渐增多,代谢组学必将成为动物育种的一种有力手段。     

植物在非生物胁迫下代谢组学与转录组学的研究进展

在非生物胁迫下,植物主要通过重新配置转录调控网络与代谢网络以维持平衡.近年来代谢组学与转录组学等生物技术的发展,有助于对非生物胁迫下植物体内的代谢物与转录因子等关键组成部分进行鉴定.本文列举了目前用于分析植物代谢组学与转录组学的主要技术及其特点,介绍了代谢组学及转录组学目前在植物抗逆性中的应用.对近年来植物在温度胁迫、...     

基于全基因关联分析的代谢组学在植物中的应用

植物代谢物是人类食物和营养物质的重要来源。代谢组学是对生物体内代谢物进行定量和定性分析,研究代谢物合成和调控机制的一门新兴学科。基于代谢组的全基因组关联分析（metabolome-based genome-wide association study,mGWAS）是将代谢组数据作为表型,与基因型数据进行关联分析的一种方法。概述了近几年利用mGWAS技术在植物代谢调控网络研究、初生和次生代谢物的形成机制、代谢物在植物生长发育和胁迫应答中的作用,同时综述了mGWAS在代谢物相关候选基因的定位和调控营养、品质相关代谢通路的挖掘,为深入了解植物代谢物合成调控的遗传机制奠定基础。     

整合多个组学(omics)分析植物代谢产物及其功能

对生物体在体内生命过程中产生的一系列代谢产物做全面分析将有助于揭示生物基因型和表型之间的联系。代谢组学是应用"组学",包括基因组学、转录组学和蛋白质组学,综合分析代谢产物的方法;通过使用先进的分析技术结合应用新一代测序和统计学方法来提取信息,对数据诠释,实现细胞代谢物识别和量化,从而理解生物体对环境刺激或基因干扰的生物学反应。今简介代谢组学的数据库资源及研究方法,并以最近3～5年的应用实例来诠释植物代谢组学最新进展,包括植物在非生物胁迫下的响应及代谢谱的变化,诱发突变和转基因事件对代谢谱的影响,代谢产物的鉴定及其进化。     

植物响应低温胁迫组学研究进展

低温是限制植物生长和分布的主要逆境因子之一。植物遭受低温胁迫时会迅速启动相关基因,进行转录调控,合成相应蛋白质,进而控制代谢物的合成。为了抵御和适应低温环境,植物形成了复杂的调控网络。随着现代分子生物学迅速发展,组学已经成为植物响应逆境胁迫机理研究的重要方法,如基因组、转录组、蛋白质组和代谢组。这些组学研究技术相结合,能够为探究植物响应低温胁迫的基因调控网络提供有力手段。本文综述转录组、蛋白质组与代谢组等组学技术用于分析植物应答低温胁迫的研究进展,以期为揭示植物耐寒机理及优良耐寒植物的筛选与培育提供参考。     

蛋白质互作组学技术及其在植物 研究中的应用进展

蛋白质互作组学技术是一门鉴定和量化蛋白质与其他代谢物或蛋白质等分子相互作用的前沿技 术,已成为研究植物系统生物学和多组学研究的重要组成部分。近年来,基于质谱的组学技术迅速发展,也促 进蛋白质 - 代谢物相互作用（Protein-metabolite interaction, PMI）、蛋白质 - 蛋白质相互作用（ Protein-protein interaction, PPI）的发现和验证方法取得巨大进步 , 这些蛋白质互作组学技术在功能基因组和功能代谢组研究中 逐渐展示出巨大的应用潜力。系统总结了过去 10 年不同蛋白质互作组学技术（主要包括 PMI 和 PPI）的分析策略, 并详细分析了它们各自的优缺点和适用的相互作用类型,综述了蛋白质互作组学技术在植物研究领域的应用进 展,对植物蛋白质互作组学技术的应用策略和需要攻克的关键技术瓶颈进行了总结。蛋白质互作组学技术的不 断发展将进一步推动植物胞内信号转导及代谢调控通路的解析,而精准解析信号网络中关键相互作用将为植物 自身生长发育以及适应外界环境等机制研究提供重要的信息。     

组学技术在蔷薇属植物研究进展

蔷薇属(Rosa)植物是目前世界上最主要的观赏植物之一,其种类丰富、花色各异、具有重要的经济、绿化及药用价值。随着测序技术和各项组学技术的不断发展,促进了蔷薇属以基因组学研究为基础,涵盖转录组学、蛋白质组学、代谢组学及多组学的发展,为研究蔷薇属植物物种起源、遗传多样性、基因挖掘、分子机制解析、基因互作、蛋白互作等带来新的机遇。文中旨在探讨蔷薇属植物在基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、表观组学、比较基因组学等方面取得的最新研究进展,并对其发展前景进行展望,以期为分子辅助育种及分子编辑提供有益指导。     

基于质谱的代谢组学数据分析技术研究进展

代谢组学是系统生物学研究的重要组成部分,是一种对特定条件下生物体内所有内源性小分子代 谢物进行全面定性和定量分析的技术。质谱和核磁共振系统的不断更新迭代推进了代谢组学技术的迅猛发展, 其中质谱技术因其能同时检测出数千个生物流体、细胞和组织中的代谢物,且所需前处理步骤简单,已发展为 当前代谢组学研究中应用最广泛的技术,开发基于质谱的代谢组学数据分析方法也因此成为过去 10 年代谢组学 研究的热点领域。对基于 GC-MS 和 LC-MS 的代谢组学数据预处理、代谢组学数据统计分析、代谢途径富集分析, 以及未知代谢物鉴定 4 个方向取得的研究进展进行系统总结,详细介绍常用的数据分析策略和分析软件;并重 点综述了包括基于数据库、分子网络算法、人工智能算法等未知代谢物鉴定的前沿方法,最后展望了基于质谱 的代谢组学数据分析的未来发展方向,在已知生化反应和分子网络分析的基础上再整合代谢物合成的遗传位点 等信息,有望进一步提高代谢物的鉴定数量和准确度。全面综述基于质谱的代谢组学数据分析技术,将为开发 新的代谢组学分析方法和挖掘代谢组学数据的生物学意义提供重要的参考和思路。     

番鸭产蛋前期和产蛋期肝脏组织非靶向代谢组学比较分析

旨在从非靶向代谢组学角度分析番鸭产蛋前期和产蛋期肝脏代谢物谱的差异，选用开产前22周(TT组)和产蛋期40周(FT组)番鸭各12羽作为研究对象，采用超高效液相色谱-电喷雾质谱(UPLC-MS)非靶向代谢组学技术获得24个产蛋前后肝脏代谢物图谱，根据变量权重值(VIP)和独立样本T检验筛选出差异代谢物并作通路富集分析。结果表明，与TT组相比，在FT组筛选出的324种差异代谢物中，156种代谢物丰度均显著上调(P<0.05)，168种代谢物丰度均显著下调(P<0.05)；脂类及类脂分子和有机酸及其衍生物这2类代谢物数量在上调差异代谢物中分别占19.87%和21.79%，在下调差异代谢物中分别占41.07%和13.1%；通路富集获得17个代谢通路且均显著差异(P<0.05)，主要为氨基酸代谢、甘油磷脂代谢、核苷酸代谢和维生素代谢等，其中9个通路为氨基酸代谢通路。除叶酸一碳库、半胱氨酸与蛋氨酸代谢、嘌呤代谢、赖氨酸降解和谷胱甘肽代谢通路下调外，其他12个通路均显著上调(P<0.05)，谷胱甘肽和半胱氨酸丰度显著下调(P<0.05)，胆碱丰度显著上调(P<0.05)。综上，非靶向代谢组学分析揭示，产蛋期肝脏中脂类及类脂分子和有机酸及其衍生物等高度富集；氨基酸、嘧啶、氨基糖和核苷糖等代谢增加为卵黄前体物合成提供原料。     

基于代谢组学的重要热带植物的研究进展

代谢组学是继基因组学、转录组学、蛋白组学之后发展起来的一门新兴的组学技术,近年来已经在植物研究领域中显现其重要作用,同样植物代谢组学的发展也推进了热带植物的深入研究。本文主要综述了植物代谢组学的发展进程及其在重要热带作物[椰子（Cocos nucifera L.）、橡胶树（Hevea brasiliensis）、油棕（Elaeis guineensis Jacq.）、木薯（Manihot esculenta Crantz）]和药用植物[槟榔（Areca catechu L.）、胡椒（Piper nigrum L.）、海南粗榧（Cephalotaxus hainanensis Li）、砂仁（Amomum villosum Lour.）]中的综合运用,并介绍了结合多组学技术开展相关研究的进展,最后,对未来的研究方向提出了展望,旨在为进一步的热带植物代谢生物学研究及其开发利用提供参考。     

代谢组学在水稻研究中的应用进展

代谢组学是系统生物学重要的分支,通过对小分子代谢物的研究来揭示生命体的生理状态,进而探索生命活动的规律。对代谢组学进行了简单概述,介绍了代谢组学常用的分析平台,综述了代谢组学在水稻响应非生物和生物胁迫、基因功能、辅助育种及转基因安全研究中的应用现状,并就存在的挑战和机遇进行了分析,以期为代谢组学应用于水稻研究提供参考。     

代谢组学在反刍动物营养代谢应用中的研究进展

为了解近年来代谢组学应用于反刍动物营养代谢研究的进展,同时为代谢组学在该研究领域的广泛应用提供参考,本文采用文献综述和归纳总结的方法,从代谢组学的基本概念、分类和应用范围入手,结合近5年来代谢组学在反刍动物的瘤胃、血液和动物产品等方面的应用实例,以期借助代谢组学技术的研究优势,阐释更多机体营养代谢的机制。结果表明:1)应用代谢组学能从更加基础的层面全面探究营养利用与转化过程,极大推动了反刍动物营养学的发展。2)瘤胃代谢组学发展迅速,目前主要的研究集中于探究瘤胃酸中毒、营养物质高效利用以及影响生产性能的调节机制。3)血液代谢组学主要用以发现反映营养代谢状况以及影响生产性能的生物标志物。4)代谢组学为提高乳和肉产量、改善乳和肉品质提供了更加全面的参考。针对以上研究现状,提出目前代谢组学应用存在的局限性和未来发展方向:基于单一的检测手段可能无法得到十分全面的代谢物信息;定性和功能数据库标准不统一;非靶向与靶向代谢组学结合得到的数据可能更加可靠;代谢组学所得到的复杂数据需要生物信息学等学科的充分解析;多组学技术整合与相互补充验证是营养代谢研究的新趋势。     

基于GC-MS技术的蹄叶炎奶牛血浆代谢谱分析

【目的】利用气相色谱/质谱联用技术(gas chromatograph tandem mass spectrometer technology,GC-MS)对奶牛血浆进行代谢组学分析,以明确奶牛发生蹄叶炎时血浆中代谢物的变化,进一步揭示其发病机制。【方法】根据蹄叶炎奶牛的临床症状和活动量情况,选取蹄叶炎患病组S和健康对照组C奶牛各10头,采集血浆样品,经衍生化处理后,利用GC-MS方法对两组奶牛的血浆进行全部代谢物检测。用SIMCA-P 11.5软件进行主成分分析(principal component analysis,PCA)和偏最小二乘法分析(supervised partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA),对蹄叶炎组奶牛和健康组奶牛检测数据进行模式识别分析,筛选差异代谢物,并利用生物信息学方法进行代谢通路富集分析。为进一步验证代谢组学的试验结果,检测了与差异代谢通路相关的脂质代谢指标和抗氧化能力指标。【结果】利用GC-MS方法,在奶牛血浆中共检测到242种代谢物,通过多元统计分析结合t-检验筛选出37种差异代谢物(VIP1,P0.05),其中在蹄叶炎奶牛血浆中3种物质含量上调(FC1),分别是氨基氧乙酸、油酸、乳糖,34种物质含量下调(FC1),包括脂肪酸、氨基酸等。经代谢通路富集分析,发现变化显著(P0.05)的代谢通路包括脂肪酸生物合成通路,甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸代谢通路,不饱和脂肪酸生物合成通路,嘌呤代谢通路,甲烷代谢通路,苯丙氨酸代谢通路和氰基氨基酸代谢通路。在验证试验中,发现两组奶牛血浆中脂质代谢相关指标差异显著,且蹄叶炎患病牛血浆抗氧化能力显著低于健康牛,与代谢组学结果一致。【结论】利用GC-MS技术分析了蹄叶炎患病牛与健康奶牛血浆代谢谱的变化,发现两组间代谢物存在显著差异,并筛选出了37种差异代谢物,而这些差异分子可能成为奶牛蹄叶炎早期诊断或群体监测的潜在生物标记物。本结果全面揭示了奶牛蹄叶炎发生后血浆代谢物的代谢规律,为进一步阐明其发病机制提供理论依据。     

荷斯坦奶牛初乳与常乳代谢物差异分析

【目的】基于非靶向代谢组学技术，对荷斯坦奶牛初乳和常乳中的代谢物进行鉴定与分析。【方法】选择年龄、体况及预产期相近、胎次相同的健康围产期经产荷斯坦奶牛12头，分别于分娩后1 h和21 d采集乳汁，离心并收集乳清，依次记为初乳组（C_0）和常乳组（C_21）。采用代谢组学技术对初乳组和常乳组乳清进行分析，结合正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）和学生t检验，以变量投影重要度(variable importance in the projection,VIP)＞1，P＜0.05为标准筛选差异代谢物，并对筛选出的差异代谢物进行聚类分析、显著差异代谢物筛选和KEGG通路分析。【结果】在荷斯坦奶牛初乳组（C_0）和常乳组（C_21）共筛选到97种差异代谢物，通过聚类热图可以看出，大多数代谢物在初乳组的含量高于常乳组；差异代谢物随机森林图显示，排名靠前的9种显著差异代谢物分别为乌头酸、柠康酸、龙胆酸、泛酸、牛磺酸、氧戊二酸、柠檬酸、6’唾液酸乳糖和精胺。KEGG通路富集分析显示，8条主要的代谢通路分别为酮体的合成与降解、牛磺酸与次黄嘌呤代谢、丙酮酸代谢、嘌呤代谢、嘧啶代谢、氨基糖与核苷酸糖代谢、三羧酸循环和丁酸代谢。【结论】荷斯坦奶牛初乳中脂质、氨基酸和核苷酸代谢物的含量高于常乳，而常乳中糖类代谢物含量高于初乳，初乳与常乳中代谢物水平的差异为后续代谢物机制的研究奠定了理论基础。     

代谢组学在茶叶品质与药理研究中的应用进展

代谢组学是系统生物学研究的重要组成部分,研究生物体在不同条件下所产生的小分子代谢产物的变化,从而揭示生物体的生理状态。近年来代谢组学技术在茶叶相关研究领域得到广泛应用,着重论述了代谢组学在茶叶品质（产地环境、采摘时间、加工工艺对品质的影响以及品质评价等）与药理（茶叶的降脂减肥、延缓衰老、抗辐射、生物利用度与生物转化等）等领域的应用现状,代谢组学技术将在茶叶品质形成及评价、茶叶功效等方面发挥不可替代的作用。     

普通小麦Soru#1×Naxos群体代谢物的QTL定位

以Soru#1×Naxos构建的RIL群体为材料,对成熟籽粒进行代谢组学测定。结果显示:所检测到的478种已知代谢物含量具有较高遗传力和不同程度的含量变异,这些代谢物中处于同一代谢通路的结构相似的物质具有相似的含量分布规律。对这些代谢物含量数据进行QTL定位,共获得236种代谢物对应的385个mQTL位点,其中5个位点为被5种以上代谢物共定位的热点区域,分别位于5A(2个热点区域)、5B(1个)、6A(1个)和6B(1个)染色体。这些热点中有3个由Naxos提供,2个由Soru#1提供。     

多组学关联分析作物耐逆境胁迫研究进展

组学包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学及离子组学等。随着测序技术和手段的不 断发展,多组学的关联分析已成为研究作物抗逆应激反应常用的技术手段,并在此基础上对控制重要农艺性状 的基因进行研究。分别对转录组学与蛋白质组学,转录组学与代谢组学,蛋白质组学与代谢组学,转录组学、 蛋白质组学与代谢组学等不同组学结合的关联分析在作物响应逆境胁迫（非生物胁迫和生物胁迫）以及基因功 能研究、辅助育种的研究进展进行综述,并展望了多组学结合的关联分析充分利用综合分析的数据,对筛选到 的核心数据的验证以及在育种中的应用。多组学结合的研究方法可揭示作物响应逆境胁迫的分子机理,为未来 培育抗逆品种提供新思路。     

金属纳米材料的植物生物效应及其多组学研究进展

金属纳米材料(MNMs)在农业领域中的广泛应用,已经引起国内外学者对其生态风险的关注。传统毒理学研究方法与组学技术(转录组学、代谢组学和蛋白质组学)相结合,逐渐成为当前纳米生态毒理学研究领域的主要手段。本文首先从植物生长效应、亚细胞及生理生化水平等不同层次,分别评述了MNMs植物效应的传统毒理学研究的主要发现;其次,阐述了转录组学、蛋白质组学以及代谢组学等多组学技术在MNMs植物毒理学领域中应用的最新研究进展,旨在进一步揭示MNMs植物效应潜在的分子机制;最后分析了该领域的研究现状、尚待解决的问题和未来发展方向,并提出今后的研究思路。     

延边黄牛臀肉与眼肉组织非靶向代谢组学比较分析

从非靶向代谢组学角度分析延边黄牛臀肉与眼肉组织代谢物谱的差异。试验以6头同月龄、同生长条件的延边黄牛屠宰后的臀肉和眼肉为试验材料，利用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）对代谢物进行分离，利用主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）等统计方式对数据进行分析。结果表明：试验筛选出差异代谢通路，分别为苯丙氨酸代谢通路，乙醛酸和二羧酸代谢通路，磷酸戊糖途径通路，甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢通路，精氨酸和脯氨酸代谢通路，嘌呤代谢通路。臀肉组与眼肉组的差异代谢物单变量统计分析（UVA），筛选出差异代谢物20种，其中11种差异代谢物发生上调（P<0.05）,9种差异代谢物发生下调（P<0.05）。综上，非靶向代谢组学分析揭示，臀肉与眼肉在代谢水平上存在显著差异，油酸等差异代谢物将作为风味化合物的前体物质进而影响风味。     

基于代谢组学的‘云抗10号’晒青茶加工过程代谢物变化

【目的】基于代谢组学的超高相液相色谱/质谱（LC-MS）联用技术探究云南大叶种‘云抗10号’晒青茶加工过程中代谢产物的变化,发现影响晒青茶品质形成的标志性代谢物,并进一步研究这些物质的变化路径,为了解云南晒青茶品质形成机理奠定基础。【方法】在制作‘云抗10号’晒青茶过程中,取‘云抗10号’鲜叶、揉捻叶、晒青叶各3组。样品经预处理后,运用LC-MS检测3组样品中的代谢产物,利用质谱数据库对其定性。运用多元统计方法主成分分析（principal component analysis,PCA）和偏最小二乘判别分析（partial least squares discriminant analysis,PLS-DA）对3组样品检测数据进行分析。通过PLS-DA方法筛选差异显著的代谢物。【结果】建立了‘云抗10号’鲜叶、揉捻叶和晒青叶的代谢物谱的LC/MS分析方法,将代谢组数据进行主成分分析和偏最小二乘法判别分析,并将3组样品聚类区分。并用LC-MS技术对‘云抗10号’晒青茶及在制茶进行检测,结合多元统计分析,在鲜叶、揉捻叶、晒青叶之间发现差异代谢物701种,揉捻叶与鲜叶的差异显著代谢物116种,晒青叶与鲜叶的差异显著代谢物158种,晒青叶与揉捻叶的差异显著代谢物48种。比对KEGG与MWDB数据库分析代谢物,这些代谢物主要与氨基酸及其衍生物代谢、多酚物质代谢等代谢途径有关。【结论】利用LC-MS技术可以有效地对鲜叶组、揉捻叶组与晒青叶组进行区分,证明代谢组学技术在一定程度上可以揭示晒青毛茶在加工过程中内含代谢物的化学变化规律。研究发现的晒青毛茶品质形成关键代谢物,可为晒青品质的评价指标体系建立提供理论依据。