柞蚕蛹培养蛹虫草不同时间后的代谢组分析

为了解柞蚕蛹培养蛹虫草（简称柞蚕蛹虫草）不同时间后的代谢物变化规律,利用广泛靶向代谢组学技术,比较不同培养时期的柞蚕蛹虫草代谢产物成分,找出差异代谢物并进行代谢通路分析。在柞蚕蛹虫草的5个生长时期共检测到10类421种化合物,主要包括：氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、萜类、酚酸、有机酸、糖及醇类、甾体、脂类、生物碱、醌类等多种化合物。主成分分析（PCA）结果显示,不同生长时期柞蚕蛹虫草的代谢组表现出不同的代谢特征,5个生长时期样本在得分图中可分为3个不同区域,对照（S1）与子座形成初期（S3）归为一区,菌核期（S2）独自归为一区,子座形成期（S4）和子囊壳形成期（S5）归为一区。S2-S5筛选到的特有差异代谢物有36种,包括虫草素、甘露醇等主要活性物质,其中香豆酰腐胺、五羟色胺、γ-生育三烯酚等物质首次被检测到。对不同生长阶段变化排在前20的差异显著代谢成分进行分析,结果表明上下调幅度较大的物质多为有机酸、酚酸、生物碱、核苷酸及其衍生物等次生代谢产物。5个生长时期筛选出的所有差异代谢物共富集在154条代谢通路上,差异代谢物数量富集最多的前5条通路,分别为代谢途径、次生代谢物的生物合成、ABC转运蛋白、嘌呤代谢和氨酰生物合成。整个生长周期中,具有显著影响的通路是嘌呤代谢与丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢途径。本研究结果可为柞蚕蛹虫草的深入研究与应用提供参考。     

基于非靶代谢组学多刺绿绒蒿不同器官代谢物差异分析

为了进一步探究传统藏药植物多刺绿绒蒿（Meconopsis horridula）中代谢物成分以及不同器官差异情况,采用UPLC-MS技术对多刺绿绒蒿的叶、根和花三个不同器官代谢物进行分析与鉴定。并利用主成分分析（PCA）、聚类热图分析、正交偏最小二乘-判别分析（OPLS-DA）和KEGG通路富集分析等方法进行不同器官差异代谢产物筛选与通路分析。结果显示,在ESI⁺和ESI^-模式下,共检测注释到947种代谢物,不同器官间差异代谢物进行分析,叶和根差异代谢物有301个,叶和花中差异代谢物有170个,根和花中差异代谢物有244个。通过聚类热图可以看出,大多数代谢物在根中含量较低;KEGG通路富集分析显示,差异代谢物大多富集在氨基酸代谢、花青素生物合成、黄酮类生物合成和生物碱合成等代谢途径。各器官优势黄酮类、萜类和生物碱类代谢物的分析为进一步探究多刺绿绒蒿的不同器官药用特征成分和开发利用提供一定的帮助。     

基于UPLC-MS/MS技术的代谢组学方法研究麸皮对杨树桑黄代谢的影响

桑黄孔菌属Sanghuangporus是一类具有重要药用价值的大型真菌,目前被国际公认为抗肿瘤效果最好的药用真菌之一。本研究以添加麸皮栽培的杨树桑黄Sanghuangporus vaninii子实体为研究对象,基于液质联用技术的广泛靶向代谢组学研究,从杨树桑黄子实体中检测出355种代谢产物,差异代谢物86种,上调51种,下调35种,主要集中在氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、糖及醇类、脂质、黄酮、生物碱、有机酸和酚酸等。KEGG代谢通路分析结果表明,差异代谢物富集于56条物质代谢通路,差异显著的有7条,分别为泛醌和其他萜类醌生物合成、次级代谢物的生物合成、色氨酸代谢、丙酸代谢、异喹啉生物碱生物合成和酪氨酸代谢。基于UPLC-MS/MS技术对杨树桑黄子实体进行代谢组学测定,确定麸皮的添加能够促进杨树桑黄次级代谢产物的合成和累积,为杨树桑黄的综合评价利用提供参考。     

南方红豆杉野生种与栽培品种‘金锡杉’针叶代谢物的比较分析

利用广泛靶向代谢组的方法对相同生境下南方红豆杉野生种(Taxuswallichiana var.mairei)及栽培品种‘金锡杉’(Taxus wallichiana var.maireicv.‘Jinxishan’)针叶中代谢物含量差异进行分析。结果表明:(1)在野生种和栽培品种的针叶提取物中,共鉴定出689种代谢物并获得其相应的积分定量值,包括初生代谢物326种、次生代谢物334种和其他类成分29种。(2)定量分析结果显示,有71种代谢物在两种红豆杉中的表达差异显著,这些差异代谢物主要富集在糖代谢、脂质合成等初生代谢途径,以及黄酮类合成等次生代谢途径中。(3)在‘金锡杉’针叶中,大多数氨基酸(5种)和黄酮类代谢物(10种)含量远高于野生种,而糖代谢(3种)、脂类合成(4种)及TCA循环(3种)途径中的差异代谢物含量均远低于野生种。研究认为‘金锡杉’针叶中黄酮类次生代谢物含量升高归因于苯丙氨酸和酪氨酸代谢途径的协同调控,从而增强‘金锡杉’对外界环境的适应性;而‘金锡杉’中低含量的,涉及糖代谢、脂类生物合成以及TCA循环等途径的代谢物造成的能量供应不足,则通过合成大量的氨基酸类物质来维持平衡。     

转录组和代谢组分析瘤菌根菌对铁皮石斛的促生机制

为筛选出促进铁皮石斛(Dendrobium officinale)生长的差异表达基因和差异代谢物,对瘤菌根菌与无菌盆栽铁皮石斛苗共生后形成的侧根根系进行转录组、代谢组和双组学联合分析。结果表明,转录组分析共找到262条差异表达基因富集到了35条通路中,其中内质网蛋白质加工通路途径的差异基因最多,其次为氨基糖和核苷酸糖代谢通路。代谢组分析共检测出194个差异代谢物富集到33个KEGG通路中,其中代谢途径的差异代谢物最多有133个,其次为不同环境的微生物代谢途径的差异代谢物有70个。通过联合分析,有9个差异基因的差异表达导致丝氨酸、谷氨酸、D-甘露糖和激素等代谢物的积累量发生变化,这可能是瘤菌根菌促进铁皮石斛生长的重要原因。因此,推测瘤菌根菌促进铁皮石斛生长与氨基酸、糖、植物激素的积累及相关基因的表达变化有关。     

LC-MS分析CmSnf1基因过表达对蛹虫草代谢组的影响

Sucrose-nonfermenting1(SNF1)蛋白激酶调节大量基因的转录,改变代谢酶的活性,并控制各种营养反应性细胞发育过程。本研究通过LC-MS非靶向代谢组学技术比较蛹虫草Cordyceps militaris野生型菌株Cm01和CmSnf1基因过表达菌株菌丝体的化学成分,从整体代谢物水平阐明CmSnf1基因过表达对蛹虫草代谢产物积累的影响。研究表明：CmSnf1基因过表达后,在LC-MS正负离子模式下检测出547种差异代谢物,同野生型菌株相比,220种产物上调和327种下调。尤其显著的是黄酮类物质2-香叶基-3,4,2′,4′-四羟基二氢查耳酮上调了140.55倍,甘油磷脂代谢中的磷脂酰丝氨酸(PS)下调了47.53倍。差异代谢产物参与甘油脂代谢、氨基酸生物合成和降解、半乳糖代谢、丙酮酸和酮类化合物代谢等多种途径。CmSnf1过表达菌株与野生型相比在酮类化合物代谢上具有优势,推测CmSnf1基因在蛹虫草药用功效中发挥着重要的作用。     

基于代谢组学的两种罗布麻叶片类黄酮和酚酸成分分析

目的：类黄酮和酚酸物质是罗布麻中主要的活性物质,鉴定不同罗布麻品种中类黄酮和酚酸代谢物成分并比较代谢物含量差异,为有效利用罗布麻属药用资源提供理论依据。方法：以罗布麻和大麻状罗布麻叶片为材料,利用液相色谱质谱联用技术（LC-MS）检测次级代谢物成分并进行分析。结果：2种罗布麻中共检测出275种类黄酮和194种酚酸物质;PCA分析表明2种罗布麻的代谢物种类相似,但含量存在较大差异,结合OPLS-DA筛选出124种显著差异代谢物,其中有80种类黄酮和44种酚酸;富集分析发现,共有10条代谢通路被显著富集,主要体现在苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成以及黄酮和黄酮醇生物合成等途径。结论：2种罗布麻药用成分种类相似,可为大麻状罗布麻作为药用植物开发提供理论依据。     

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。     

基于GC-MS分析东北红豆杉野生种与栽培种的代谢差异

为了探究东北红豆杉野生种和栽培种之间代谢物质的差异,对其进行非靶向代谢组学的分析。利用GC-MS技术以及多元统计分析对野生种和栽培种的树皮进行比较,发现两者代谢物质有差异,总共检测到45种显著差异代谢物,主要包括4种氨基酸、10种有机酸和一些糖醇等。其中有22个代谢物质表达上调,23个表达下调,通过KEGG进行通路分析发现其中有7条通路影响较显著,分别为硫代谢,精氨酸和脯氨酸代谢,磷酸戊糖途径,不饱和脂肪酸的生物合成,半乳糖代谢,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,苯丙烷类生物合成。其中检测到的代谢物如氨基酸和有机酸在栽培种中有更高的表达,东北红豆杉野生种在抗逆性能上弱于栽培种。而糖类却在野生种中表达更高,东北红豆杉野生种拥有更好的糖代谢能力,来抵御低温胁迫,本实验为指导东北红豆杉野生种的保护和东北红豆杉的抗逆性机理的研究提供了理论依据。     

多基因系统发育分析竹黄的分类地位

竹黄Shiraia bambusicola是一种重要的药用子囊菌,对其分类归属一直存在不同处理意见,主要原因在于形态分类学难以解释其不同的特征表现。为了对竹黄的分类地位做出更接近自然亲缘关系的解释,本研究以自测的S. bambusicola S4201菌株基因组为基础,结合Genome Warehouse（GWH）数据库中公布的S. bambusicola GZAAS2.1243菌株和GenBank数据库中公布的Shiraia sp. slf14菌株的基因组数据,选取nrSSU、nrLSU、tef-1α和rbp2 4段序列联合分析,与国际真菌生命之树计划（Assembling The Fungal Tree of Life,AFTOL）中的74种子囊菌比较,进行目级归属的系统发育分析;选择ITS、nrLSU和tub2 3段序列联合分析,与GenBank数据库中格孢腔菌目Pleosporales的30种真菌比较,进行科级归属的系统发育分析。分别采用最大似然法（maximum likelihood,ML）和贝叶斯推断法（Bayesian inference,BI）构建系统发育树,结果支持了单独建立竹黄科的分类处理,且竹黄科应归于格孢腔菌目,竹黄属中可能有隐存种。     

基于GC-MS的野生和‘鲁赫’刺蔷薇叶片代谢差异研究

为探究野生刺蔷薇（Rosa acicularis）和‘鲁赫’刺蔷薇（Rosa acicularis ‘Luhe’）叶片的代谢物和代谢通路差异，对2种刺蔷薇叶片进行了GC-MS非靶向代谢组学试验，共检测出6种氨基酸、12种糖类、4种烷烃类化合物、17种有机酸、5种酯类和7种其他类化合物，共计51种代谢物。PCA模型符合预期，OPLS-DA模型筛选出19种显著差异代谢物，差异代谢通路分析共分析出5条主要的差异代谢通路。综合各项结果，2种刺蔷薇叶片在部分有机酸和糖类的代谢上有显著差异，同时也在ABC转运蛋白、苯丙烷的生物合成、苯甲酸的降解和丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸的代谢上有显著差异，推测2种植物可能在叶片光合效率和抗胁迫能力上有显著不同，但仍需进一步结合基因组、蛋白质组、转录组和其他方法进行深入研究。     

Bioactivation of flavonoid diglycosides by chicken cecal bacteria

Flavonoids, the potent antioxidant and anti-inflammatory plant compounds, require deglycosylation for absorption across the intestine. Intestinal bacteria are indispensable for the hydrolysis of flavonoid diglycosides. We isolated, for the first time, three anaerobic Lactobacillus -like strains designated as MF-01, MF-02 and MF-03 from the cecum of chicken capable of converting flavonoid diglycosides into bioactive aglycones. All the isolated strains were found to be active in the conversion of quercetin-3-rhamnoglucoside (rutin) and hesperetin-7-rhamnoglucoside (hesperidin) into their aglyconic forms. No metabolites were detected after the fermentation tests with naringenin-7-rhamnoglucoside (naringin). The degradation rates of flavonoids and influence of different carbon sources, following incubation with isolated strains, were also monitored. Overall maltose resulted in rapid degradation of flavonoids. However, when organic acids (lactate, acetate, butyrate or propionate) were added to the basal medium as carbon source, flavonoid degradation was completely inhibited. Using consortium of three isolated strains, fructooligosaccharide (10 g L⁻¹) supplementation was found to be imperative for preserving aglycone hesperitin while organic acids supplementation (10 g L⁻¹) to the fermentation medium resulted in rapid degradation of hesperitin indicating that the metabolic fate of flavonoids may be related to the gut metabolic behavior. Butyrate and propionate also suppressed rutin deglycosylation by the consortium.     

冠突曲霉 veA基因缺失型与野生型的差异代谢物研究

为了鉴定冠突曲霉 veA基因缺失型与野生型的差异代谢物,寻找与 veA 基因产孢相关的代谢物,采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）的代谢组学技术,分别收集2个菌株培养48h的菌丝体,经液氮研磨、超声萃取、三甲基氯硅烷衍生化后上机检测,将GC-MS检测的数据进行前处理和代谢物注释,并用统计学相关软件进行差异物筛选和相关性分析。结果显示,共鉴定99种代谢物,其中差异代谢物41种,野生型菌株中表达上调的显著差异代谢物有20种, veA缺失型菌株中表达上调的显著差异代谢物有21种,并预测差异代谢物的相关性,发现与623种代谢物产生相关性,其中313种呈正相关,310种呈负相关。筛选出来的差异代谢物涉及有机酸、氨基酸、碳水化合物、醇类、脂肪酸类等多种代谢物质,其中有机酸和氨基酸类代谢物占主导地位。本研究结果为进一步研究冠突曲霉代谢物与产孢的关联提供了一定的理论基础。     

基于UPLC-QTOF-MS代谢组学研究灰树花发酵的代谢差异

为了解天麻苦荞复配液的添加对灰树花深层发酵过程中代谢产物的差异性,采用超高效液相色谱-四级杆串联飞行时间质谱（UPLC-QTOF-MS）技术结合多变量统计分析方法,对发酵7d的灰树花菌丝体细胞代谢物进行分析。主成分（PCA）模型显示添加天麻苦荞复配液的菌丝体细胞与对照组菌丝体细胞相比代谢产物差异明显（P<0.05）,通过正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）,以VIP（varible importance in the projection）>1和P<0.05为条件进行筛选和鉴定得到44种差异代谢物,包括糖类6种、氨基酸类13种、维生素类5种、核苷酸类7种、有机酸类10种、脂肪酸类3种。其中,与对照组相比鼠李糖、D-半乳糖、D-甘露醇、果糖-6-磷酸等7种物质含量显著下调,D-木糖醇、异亮氨酸、赖氨酸、泛酸、二十二碳六烯酸、D-葡萄糖醛酸、琥珀酸等37种物质含量显著上调。通过对差异代谢物进行通路分析,得到具有显著影响的代谢通路14条,推测了灰树花胞外多糖合成通路。由此推断天麻苦荞复配液的添加对灰树花胞外多糖的增效作用和提升营养品质的原因,为今后深层次研究外源添加物对灰树花发酵过程的影响提供理论依据。     

Metabolic responses of wheat roots to alkaline stress

Aims The aim of this study was to investigate the effects of alkaline stress on primary, secondary metabolites and metabolic pathways in the roots of wheat (Triticum aestivum). The results were used to evaluate the physiological adaptive mechanisms by which wheat tolerated alkali stress.Methods A pot experiment was carried out in the greenhouse. For each plastic pot, five wheat seeds were planted. After germination, seedlings were allowed to grow under controlled water and nutrient conditions for two months, then seedlings were exposed to alkaline stress (NaHCO₃-Na₂CO₃) for 12 days. The relative growth rate (RGR), absolute water content (AWC), metal elements, free cations and metabolites were measured.Important findings The alkaline stress caused the reduction of RGR and AWC. Alkaline stress caused a rapid increase of Na content with the concurrent decrease in K and Cl content, resulting in inhibited metal element accumulation and an ionic imbalance. In the present study, alkaline stress strongly enhanced Ca accumulation in wheat roots, suggesting that an increased Ca concentration can immediately trigger the salt overly sensitive (SOS)-Na exclusion system and reduce Na-associated injuries. Also, 70 metabolites, including organic acids, amino acids, sugars/polyols and others, behaved differently in the alkaline stress treatments according to a GC-MS analysis. The metabolic profiles of wheat were closely associated with alkaline-stress conditions. Alkaline stress caused the accumulation of organic acids, accompanied by the depletion of sugars/polyols and amino acids. Organic acids could play a central role in the regulation of intracellular pH by accumulating vacuoles to neutralize excess cations. Glycolysis and amino acid synthesis in roots were inhibited under salt stress while prolonged alkaline stress led to a progressive tricarboxylic acid (TCA) cycle. The severe negative effects of alkaline stress on sugar synthesis and storage may reflect the toxic levels of Na⁺ accumulating in plant cells in a high-pH environment, implying that the reactive oxygen species detoxification capacity was diminished by the high pH. A lack of NO₃^- in wheat roots can decrease synthase enzyme activities, limiting the synthesis of amino acids. Under salt stress, the TCA cycle and organic acid accumulation increased, but glycolysis and amino acid synthesis were inhibited in roots. Thus, energy levels and high concentrations of organic acids may be the key adaptive mechanisms by which wheat seedlings maintain their intracellular ion balance under alkaline stress.     

基于GC-MS代谢组学技术委陵菜与星毛委陵菜的初生代谢比较研究

为明确药用植物委陵菜与其同属植物星毛委陵菜在不同基原之间的代谢差异，更有效的利用药用植物资源。基于气相色谱与质谱联用技术对两药用植物间的小分子初生代谢物进行非靶向代谢组学分析，利用主成分分析和偏最小二乘法分析，寻找可区分两物种的差异代谢物以及在初生代谢途径上的差异。结果：利用GC-MS在两植物中共检测到134个色谱峰，通过与数据库比对，共鉴定出43种初生代谢产物。PCA分析结果显示代谢物在委陵菜和星毛委陵菜间的分布有较大的差异；采用OPLS-DA筛选获得导致2物种区分的差异代谢物共33种，两物种在半乳糖代谢、淀粉和蔗糖代谢、氨酰生物合成、氨基糖和核苷酸糖代谢和果糖和甘露糖代谢途径有显著的差异。委陵菜和星毛委陵菜的初生代谢方面存在较大差异，虽然两植物来源于同科同属植物，但是星毛委陵菜不适合代替委陵菜作为药材使用。     

Regulation, evolution, and functionality of flavonoids in cereal crops

Flavonoids are plant secondary metabolites that contribute to the adaptation of plants to environmental stresses, including resistance to abiotic and biotic stress. Flavonoids are also beneficial for human health and depress the progression of some chronic diseases. The biosynthesis of flavonoids, which belong to a large family of phenolic compounds, is a complex metabolic process with many pathways that produce different metabolites, controlled by key enzymes. There is limited knowledge about the composition, biosynthesis and regulation of flavonoids in cereals. Improved understanding of the accumulation of flavonoids in cereal grains would help to improve human nutrition through these staple foods. The biosynthesis of flavonoids, scope for altering the flavonoid composition in cereal crops and benefits for human nutrition are reviewed here.