代謝組學是系統(tǒng)生物學中最接近于表型的組學技術，通過對小分子代謝物的研究來揭示生物體的生理和功能狀態(tài)，與上游的基因組學和蛋白質組學信息關聯(lián)，有助于全面地了解生物系統(tǒng)。基于其獨特的優(yōu)勢，目前代謝組學研究已被廣泛應用于植物化學和中藥研究領域。

       本期我們特別分享來自中國中醫(yī)研究院中藥研究所孫偉團隊最新發(fā)表在 Food Chemistry 上的一篇代謝組學文章[1]，文章采用基于液質聯(lián)用的代謝組學方法，研究了苦蕎種子中的多酚類活性成分與表型之間的關聯(lián)。

 

       苦蕎屬于蓼科的一年生非單子葉植物作物，主要生長在中國西南部、印度北部、不丹、尼泊爾等山區(qū)�？嗍w種子屬于無麩質谷物，具有抗高血壓、疲勞和高脂血癥等功效，有極好的農(nóng)業(yè)價值。多酚（黃酮類和蒽醌類）是苦蕎最重要的植物化學成分之一�？嗍w種子的形態(tài)（顏色和形狀）是植物識別和分類的重要特征。然而，苦蕎種子中的次生代謝產(chǎn)物與形態(tài)差異之間的關系尚不清楚。我們開發(fā)了一種基于液相色譜-質譜聯(lián)用的靶向代謝組學方法，用于對 40 種苦蕎種子中的 60 種黃酮和 11 種蒽醌進行研究，旨在闡明苦蕎種子形態(tài)與多酚類代謝產(chǎn)物之間的關聯(lián)。

 

       研究背景與目的

 

       與非靶向代謝組學相比，靶向代謝組學可以更靈敏、更具特異性地對代謝物進行檢測，適合探索形態(tài)差異與復雜植物基質中化學成分之間的相關性。在本研究中，選擇了來自不同地區(qū)的 40 種苦蕎種子，利用基于超高效液相色譜-三重四極桿液質聯(lián)用系統(tǒng)(UHPLC-MS/MS)的靶向代謝組學方法來研究多酚類成分與形態(tài)差異之間的關系。

       研究包括四個步驟：

       1）建立了一種基于 UHPLC-MS/MS的代謝組學方法，用于檢測苦蕎種子中黃酮類和蒽醌類的化學成分

       2）40 種苦蕎麥種子分為谷粒和谷殼兩組，進行顏色和形狀分析

       3）探討了苦蕎谷粒和谷殼的形態(tài)差化與代謝產(chǎn)物之間的關系

       4）探討了苦蕎種子的谷粒和谷殼之間的差異

 

       研究結果

 

       1）苦蕎種子中黃酮類和蒽醌類化合物的鑒定

       采用質譜技術對苦蕎種子中黃酮和蒽醌類成分進行鑒定。通過與對照品比對，以及通過質量數(shù)、碎片離子信息以及黃酮類化合物的裂解規(guī)律對苦蕎種子中的多酚類化合物進行推斷，在苦蕎種子中鑒定出 71 種化合物，包括 60 種類黃酮（43 種黃酮、11 種黃烷醇和 6 種其它黃酮）和 11 種蒽醌。

 

       2）苦蕎種子的形態(tài)分析

       不同品種的苦蕎種子可以按不同顏色（黑色和黃棕色）和形狀（長和短）來區(qū)分。

 

       3）苦蕎種子的形態(tài)與代謝產(chǎn)物的關聯(lián)分析

       通過 OPLS-DA 模型和 t-test 可以尋找不同形態(tài)的苦蕎種子中的差異代謝產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)谷粒中有 12 種黃酮和 3 種蒽醌與種子顏色相關，11 種黃酮與種子形狀相關；谷殼中 16 種黃酮和 2 種蒽醌與種子顏色相關，2 種黃酮與種子形狀相關。實驗結果表明苦蕎種子中部分黃酮類和蒽醌類次生代謝產(chǎn)物與種子表型之間具有很好的相關性。

 

       4）苦蕎種子谷粒和谷殼的差異分析

       研究發(fā)現(xiàn) 64 種代謝物（53 種黃酮和 11 種蒽醌）的含量在谷粒和谷殼中具有顯著差異。其中 17 種在谷殼中含量較高，46 種在谷粒中含量較高。值得注意的是，谷殼中蘆丁（苦蕎中一種主要成分）的含量高于谷粒，約為谷粒的兩倍。據(jù)文獻報道蕎麥谷殼的抗氧化活性可能高于谷粒，因此推斷苦蕎的谷殼也可能具有較高的抗氧化活性。利用苦蕎殼作為原料，不僅可以減少環(huán)境污染，而且可以提高苦蕎種子的使用價值。

 

       結論

 

       本研究建立了基于液質聯(lián)用的靶向代謝組學方法，用于對苦蕎種子中的  60 種黃酮和 11 種蒽醌類成分進行了分析，并對不同地區(qū)的 40 種苦蕎種子進行了研究。研究結果表明苦蕎種子中黃酮和蒽醌類代謝產(chǎn)物與種子的顏色和形狀之間具有相關性。這項研究為苦蕎種子的選育、鑒定和利用提供了依據(jù)，本文建立的方法也將為更廣泛的植物表型與活性成分的關聯(lián)研究提供參考。