代谢组学研究--功能基因组学研究的重要组成部分

代谢组学(metabolomics)是上世纪90年代中期发展起来的一门对某一生物或细胞所有低分子量代谢产物进行定性和定量分析的一门新学科。本文对代谢组和代谢组学的含义、代谢组学与其它组学的区别和关系、代谢组学研究的历史沿革、代谢组学在功能基因组学研究中的作用、代谢组学的研究现状与应用概况、代谢组学研究的技术等方面内容进行了介绍,并对当前代谢组学研究中存在的问题以及今后的发展趋势试作了探讨,提出了我国科学工作者利用代谢组学研究技术进行功能基因组学研究的必要性和可能性。     

先进的组学技术在植物抗病研究中的应用

近年来植物病害问题的频繁发生,严重影响着中国农业的生产与发展。为了提高植物抗病能力,从而抵御植物病害,本文归纳了基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学技术在植物抗病研究中的应用,总结了培育抗病品种、生物防治、植物病害监测技术等方法来减轻植物病害,从分子水平上分析了不同植物抗病机理,揭示相关抗病基因与其生长发育之间的密切关联。同时本文指出组学技术应用于植物抗病存在的不足,仍有一些低丰富度或低分子量的功能蛋白未被成功鉴定,提出提高检测技术的灵敏度、完善基因、代谢数据库等意见。组学技术不断发展与创新,为防治植物病害带来了新的契机。将有助于抗病品种的选育、病原菌的检测与防治和提高植物抗病能力等,从而促进植物生长和增加作物产量。     

多组学视角下白化茶树次生代谢产物的研究进展

白化茶树品种属珍稀茶树资源,该树种氨基酸代谢显著富集,酚氨比较低,所制绿茶品质优异,具有广泛育种的潜力。目前关于白化茶树特征次生代谢产物形成的具体机理尚不清晰,茶树叶片颜色变化对次生代谢产物所形成的影响还尚不十分清楚,阻碍了白化茶树的大范围育种与大规模生产。本研究基于转录组、蛋白组及代谢组学研究视角,系统综述了近几年在白化茶树特征次生代谢产物氨基酸、茶多酚及咖啡碱的形成机理、分子机制及影响因素等方面取得的进展,以期为今后不同叶色品种茶树的弹性育种计划及天然产物的深度利用提供理论基础。     

基于组学技术探究甜菜耐盐机理研究进展

为揭示甜菜盐胁迫下的分子响应机制,利用组学技术发现并鉴定关键基因及蛋白,迅速给予甜菜耐盐机理新的依据.本研究综述了转录组学、蛋白质组学、代谢组学、基因组学在甜菜耐盐机理中的研究进展.目前研究指出转录组学、蛋白质组学可筛选出甜菜耐盐关键候选基因,如BvM14-SAMS2、BvM14-glyoxalase Ⅰ、BvNHX等...     

多组学技术在红豆杉研究中的应用

组学技术及多组学联合分析已成为动植物分子生物学研究常用的技术手段,以转录组学、蛋白质组学及代谢组学为基础的组学技术,已被广泛应用于红豆杉的各项研究中。综述了近年来国内外有关基因组、转录组、蛋白质组与代谢组等组学技术在红豆杉分子标记开发、紫杉醇生物合成、功能基因、抗寒能力以及紫杉醇生物合成相关代谢物中的应用,讨论了这些工作对红豆杉研究的重要意义,为红豆杉分子育种、功能基因挖掘及紫杉醇生物合成分子机理研究提供理论依据,并为今后的研究工作提供思路。     

转录组学技术在茶树抗逆性的研究进展

茶树(Camellia sinensis)属山茶科山茶属,是一种重要的木本经济作物,其叶片富含多种活性物质,其中尤以儿茶素、咖啡因、茶氨酸及其他游离氨基酸等活性成分对茶叶品质有重要影响。逆境胁迫是影响茶树生长发育、产量及品质的重要因素,人们对茶树应答逆境胁迫的分子机理越来越关注。转录组学作为功能基因组学的重要组成部分,它从RNA水平上全面研究物种的基因表达情况。利用该技术研究逆境胁迫下茶树基因表达的情况,有利于阐明茶树对逆境胁迫的应答机理。本综述主要介绍应用转录组学技术研究茶树应答生物胁迫和非生物胁迫(干旱,温度,盐碱,重金属等)的进展,以期为茶树抗逆性分子机理的研究提供理论参考。     

都匀毛尖本地种茶树代谢组研究

为了研究都匀毛尖茶本地种茶树不同器官代谢物的差异,对都匀毛尖本地茶树的叶、茎和根的代谢产物进行定性定量分析,鉴定出504个代谢物。采用主成分分析、正交偏最小二乘判别分析和差异倍数,筛选出叶与根205个差异代谢物,在根中下调的差异代谢物主要参与黄酮和黄酮醇生物合成、类黄酮生物合成、花青素生物合成等,主要决定茶汤的涩味,咖啡碱使茶叶具有辛苦味,氨基酸使茶叶具有鲜爽味,各种糖类代谢,增加茶的甜味。叶与茎的112个差异代谢物主要富集在谷胱甘肽、精氨酸和脯氨酸代谢、戊糖和葡萄糖醛酸转换等通路中。     

红甜菜根中萜类代谢物的比较代谢组学分析

为了比较不同红甜菜品种间萜类代谢物差异,进一步创制红甜菜新种质,本研究采用UPLC-MS/MS检测平台和Metware自建数据库MWDB(Metware database)对俄罗斯（红甜菜）、一品红（红甜菜）进行广泛靶向代谢组学分析,结合聚类和多元统计等多种统计分析方法筛选差异代谢物,研究结果表明：在两组红甜菜块根样品中共检测出48种萜类物质,分为倍半萜、单萜、二萜、三萜、三萜皂苷和其他萜类共六大类,其中倍半萜13种,单萜7种,二萜13种,三萜7种,三萜皂苷7种,以及布卢门醇C。在两组样品中筛选出的差异代谢物8种,其中下调物质5种,分别为桃叶珊瑚苷、苜蓿酸-3-O-葡萄糖醛酸苷-28-O-鼠李糖基(1,2)-阿拉伯糖苷、6’-O-芥子酰京尼平苷、筋骨草苷和原莪术醇;上调的物分别为Cis-guai-10-en-4α,11-diol、6’-O-葡萄糖桃叶珊瑚苷和6,9-二羟基-7-巨豆烯-3-酮。不同品种红甜菜中存在显著差异的萜类代谢物,可作为特征代谢物做进一步分析。     

都匀毛尖茶非靶向代谢组学研究

基于超高效液相色谱-四级杆串联飞行时间质谱对都匀毛尖茶的大叶种(长椭圆形叶片棕色茎,BS)和小叶种(椭圆形叶片绿色茎,GS)进行代谢组学研究。结果表明,主成分分析可以明显区分开这两个茶树品种;正交偏最小二乘判别分析检测到7种显著差异代谢物,包括4种黄酮醇类物质(杨梅素、二氢槲皮素、槲皮素和山奈酚)、2种儿茶素(表儿茶素和表没食子儿茶素)、1种酚酸类物质咖啡酰奎尼酸。通路富集分析显示,这7种代谢物主要参与类黄酮生物合成途径。此外,表儿茶素和表没食子儿茶素在GS品种中含量较高,而杨梅素、二氢槲皮素、槲皮素、山奈酚和咖啡酰奎尼酸在BS品种中含量较高,这表明GS品种更适合绿茶的加工,BS品种更适合红茶的加工。     

表型组学及多组学联合分析在植物种质资源精准鉴定中的应用

种质资源是指具有实际或潜在利用价值的、携带生物遗传信息的载体。表型组学是近年来新兴的高通量、高分辨率的表型分析技术和平台。随着各种先进的表型组学研究工具和平台的研发,表型组学在种质资源筛选和评价中起着越来越重要的作用:在植物优异农艺性状鉴定、抗逆性研究、突变体研究和分子标记辅助育种研究中,高能量、高分辨率的鉴定技术对基因与环境互作的表型鉴定,为种质资源的规模化、批量化鉴定评价提供了基础和条件,为发掘优异种质和优良等位基因奠定了基础。     

西瓜苗期干旱胁迫下的代谢组学分析

干旱胁迫是园艺植物生产常见的危害之一,探寻干旱胁迫下西瓜苗期叶片代谢物质的变化规律,对于从代谢水平研究提高西瓜抗旱性具有重要意义。本研究以西瓜幼苗为材料,采用盆栽控水持续干旱胁迫,同时对CK和干旱胁迫4、6、8 d的植株取样,样品成对分组,组成C₁～C₅共5个处理组,采用GC-MS技术对5组样品进行代谢产物对比分析。5个处理组的差异代谢物数量分别为33、34、39、42和42种,其中上调的代谢物数量分别为12、16、35、40和41种,下调的代谢物数量分别为21、18、4、2和1种,发现西瓜幼苗在受到干旱胁迫后,在胁迫初期,西瓜通常以下调代谢物为主;而在胁迫中后期(6 d以上),通常以上调代谢物为主。通过对差异代谢物质分析,判定其中的丙氨酸、硅烷醇、苹果酸、天冬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、天冬酰胺、阿拉伯呋喃糖和甘露醇是西瓜抗干旱的关键代谢物质;通过对KEGG注释结果分析,共注释到11条不同的差异代谢途径,其中氨基酸类代谢途径占据7条,证实了氨基酸类代谢途径在西瓜抵抗干旱胁迫中占主导地位,其他代谢途径共同参与抵抗干旱胁迫,维持植物体的正常生理活动...     

红花玉兰和白玉兰冷应激代谢组学分析

为探究红花玉兰和白玉兰低温胁迫下的代谢表型特性,以红花玉兰和白玉兰茎尖为材料,采用GC-MS检测技术,分别检测了两个物种在常温20℃和低温4℃下的代谢物质,共检测出代谢物323种,对所有样本进行了多元统计分析。将处理间代谢物进行了四次比对分析,并对差异代谢物进行了统计和归类,筛选出了相关性最高的代谢通路,总结分析了两个物种在低温胁迫下的代谢表型。结果显示,两个物种具有十分明显的代谢表型特性,常温下白玉兰较红花玉兰积累了更丰富的基础代谢物质;在低温胁迫下,红花玉兰氨基酸类和糖类相关物质代谢显著,白玉兰仅氨基酸类物质代谢显著。本研究为红花玉兰抗寒良种的选育和分子改良提供了代谢依据。     

盐胁迫下白榆种子萌发期代谢组学分析

白榆(Ulmus pumila)耐盐性强,是盐碱地上的重要生态经济树种,但盐胁迫抑制种子萌发已成为盐碱地白榆天然更新的首要障碍因子。小分子代谢物在非生物胁迫下种子萌发期发挥重要作用,但盐胁迫下白榆种子萌发期代谢组学研究尚未见报道。本研究基于高效液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)技术的代谢组学方法,对盐胁迫下白榆种子萌发期代谢组学进行了分析。主成分分析(PCA)及偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)结果表明盐胁迫下白榆种子萌发期与对照相比,代谢物呈明显分离状态。利用超几何检验方法,筛选出45个差异代谢物富集KEGG Pathway,包含44个差异代谢物,在KEGG Pathway一级分类环境信息处理中盐胁迫促进了信号转导,抑制了膜转运;在一级分类新陈代谢中盐胁迫促进了脂质代谢,抑制了氨基酸、碳水化合物、能量代谢和其他次生代谢产物的生物合成。综上所述,盐胁迫下白榆种子萌发期可能通过促进信号转导加速生长,以及提升脂质代谢水平增强抗逆性,从而适应外界盐胁迫,其中油菜素内酯和精胺可能是白榆种子萌发期适应盐胁迫的关键调控因子。     

海南油茶与普通油茶成熟籽粒代谢组学分析

海南油茶具有独特的地理小种、光热充沛的生长环境和热炒压榨的传统工艺,榨取的油茶油品质极其优良,但其品质优良的生物学本质尚不清楚。本研究以海南油茶与普通油茶的成熟籽粒为材料,进行广泛靶向代谢组分析。通过鉴定共获得23类638个代谢物。在两个物种成熟籽粒中共发现173个差异显著的代谢物,其中的83个富集在海南油茶籽粒中,另外的90个则在普通油茶籽粒中富集。在营养类代谢物方面,海南油茶成熟籽粒含有更加丰富的代谢物质和种类,其黄酮、氨基酸及衍生物、黄酮醇、黄酮类、吲哚及衍生物、多酚、萜类和糖类等显著差异的营养类代谢物质种类在籽粒中的含量更多。在普通油茶籽粒中,有机酸及衍生物、脂质、核苷酸及衍生物、生物碱、维生素及衍生物、醇类和原花青素等代谢物质种类含量更多。综合研究结果发现在两个物种的成熟籽粒中都有物种特有的代谢物,其中海南油茶含有9类15个特有的代谢物,黄酮、黄酮醇、黄酮类和黄烷酮物质占53.33%;而普通油茶含有8类16个特有的代谢物,其中有机酸及衍生物和黄酮醇占43.75%。本研究揭示了物种间显著差异的代谢物和物种特异性代谢物,阐明了海南油茶品质优良的物质基础,为制定各类生产标准和申请地...     

基于G C-MS的玉米萌发过程代谢组学研究

为探究种子萌发过程中玉米代谢物质变化情况,利用气相色谱质谱联用技术(GC-MS),结合偏最小二乘判别分析(PLS-DA)等多元统计学方法,对玉米种子在吸胀、萌动、发芽、成苗阶段(8 h、36 h、80 h、108 h)的代谢物质变化及差异代谢物进行生物学分析,探讨玉米种子在萌发过程中差异代谢物的分布及其调控代谢途径的作...     

基于代谢组学分析根腐病西洋参根际土壤特异代谢物

以4年生健康西洋参根际土壤(healthy ginseng soil, HS)和患根腐病西洋参根际土壤(root rot ginseng soil, RS)为研究对象,采用基于气相色谱-飞行时间质谱联用技术(GC-TOF-MS)的代谢组学方法分析根际土壤差异代谢产物。RS vs HS组共筛选到13个具有显著性差异(P0.05)的代谢产物,其中包括9种有机酸、3种糖类和1种萜类。与HS组相比,RS组中二十四烷酸、棕榈酸、巴豆酸、苯甲酸、油酸、十七烷酸、壬二酸、水杨酸和儿茶酸的水平显著升高(P0.05),而D-塔罗糖、甘露糖、N-乙酰-D-半乳糖胺和植醇的水平显著降低(P0.05)。KEGG通路富集分析发现这些差异代谢产物主要富集在不饱和脂肪的生物合成、次生代谢物的生物合成、微生物在不同环境中的代谢及芳香族化合物的降解等10条代谢通路中。根腐病西洋参和健康西洋参根际土壤存在一些显著差异的代谢产物,这些差异代谢产物可能通过化感作用导致西洋参根腐病的发生,本研究为进一步研究西洋参的化感作用提供了理论依据。     

不同茶树花茶内含物质分析

茶树花作为茶叶的副产资源,其茶多酚、茶咖啡碱和L-茶氨酸等物质含量与茶鲜叶含量接近,是一种可以高效利用的资源。以乌牛早、白鸡冠、黄金芽和普洱大茶树4个品种不同成熟期的茶树鲜花为材料,按照本课题组前期优化的茶树花茶加工工艺进行加工,对加工后的花茶进行感官评价,并测定其茶咖啡碱、茶多酚、L-茶氨酸含量。结果表明：不同品种、不同开放程度茶树鲜花所制作花茶的品质及内含物质差异较大;露白期茶树鲜花制作出的花茶颗粒饱满完整,槐花香高长,滋味清甜爽口、显花味、茶汤蜜黄明亮,口感最佳;其咖啡碱含量为0.17～0.26 mg/g;茶多酚含量总体相对较低,为0.48～0.64 mg/g;L-茶氨酸的含量总体相对较高,为0.82～1.14 mg/g。     

茶树花转录组微卫星分布特征

利用Perl语言,对茶树花转录组序列进行大通量SSR位点的发掘,发现含SSR的序列10 290条,共12 582个SSR,平均2.41 kb出现一个SSR。在茶树花的转录组中共发现340种碱基重复模式,所占比例最高的是(AG/CT)n(44.99%)。在49 586条注释成功的茶树花Unigene中,共发现10 490个SSR位点,其中位于编码区的1917个,其出现频率仅为0.102 SSR/1000 bp,而非编码区为3.072 SSR/1000 bp。在基因编码区中出现频率最高的是三碱基微卫星(1140,59.5%),其次是六碱基微卫星(524,27.3%)。茶树花转录组所含微卫星以重复长度小于20 bp的序列最多,大于20 bp的仅为25.2%。茶树花转录组中,含微卫星基因的平均表达水平显著低于不含微卫星基因,其中含复杂微卫星基因的平均基因表达水平最低。     

基于代谢组学解析‘翠碧一号’烟叶烘烤过程中多酚类代谢物动态变化

为了解析烟叶烘烤过程中影响烟叶调制特性和香气品质的多酚类代谢物的动态变化,以‘翠碧一号’上部叶为材料,采集烘烤过程中5个关键节点15份样品,采用超高液相色谱串联质谱检测分析代谢物,通过K均值进行差异代谢物聚类,利用KEGG数据库进行注释和代谢通路分析。从15份样品中共鉴定出1069种代谢物,主要为黄酮类、酚酸类,脂质、生物碱、氨基酸等物质,其中多酚类为374种,达总数的34.99%。差异代谢物及其K均值聚类分析显示多酚类代谢物含量变化主要发生在变黄期至定色初期,代谢物富集在酪氨酸代谢,苯丙氨酸代谢、苯丙烷类和类黄酮生物合成通路中,差异代谢物在烟叶风味和品质相关的氢醌、绿原酸、山奈酚和芥子酸等物质的生物合成途径中显著富集。基于代谢组学解析了烟叶烘烤过程中的多酚类代谢物变化规律,为揭示烟草品质形成的物质基础和调控棕色化反应奠定基础。     

Ca2+胁迫下越南槐种子萌发响应的比较代谢组学研究

本试验利用非靶向代谢组学的方法,研究了Ca²⁺胁迫下萌发的越南槐种子代谢谱的变化。结果表明,在不同浓度的Ca²⁺胁迫下,越南槐种子萌发过程中采取不同的代谢策略应对胁迫。CaCl₂溶液在0、50 mmol/L下萌发种子有36种差异表达代谢物,0、100 mmol/L下萌发种子有14种差异表达代谢物,50、100 mmol/L下萌发种子有24种差异表达代谢物。这些代谢产物主要参与异黄酮和类黄酮代谢、脂质代谢和有机酸代谢。