植物代谢组学课件
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《植物代谢组学》课件
代谢物的提取与分离
提取方法
根据不同植物组织和代谢物的特性，选择合适的溶剂进行提 取。
分离纯化
通过色谱、电泳等技术对提取的代谢物进行分离纯化，提高 检测的准确性。
代谢物的检测与分析
检测方法
采用质谱、核磁共振等技术对分离纯化的代谢物进行检测。
数据分析
对检测到的代谢物进行定性和定量分析，确定其分子量和组成。
数据处理与解析
数据预处理
对原始数据进行清洗、去噪和归一化 处理，提高数据质量。
统计分析
采用统计分析方法，对数据进行深入 挖掘和解析，揭示代谢物之间的相互 关系和变化规律。
植物代谢组学的应
03
用
在植物生理生化研究中的应用
代谢物鉴定与分类
通过代谢组学方法，对植物中的代谢物进行鉴定和分类，有助于深入了解植物的生理生化过程。
随着研究的深入，人们将更加关注植物代谢物在环境和生 物胁迫下的动态变化，揭示其在植物生命活动中的调控机 制。
未来植物代谢组学的研究将更加注重实际应用，将研究成 果转化为农业生产中的实用技术和方法，为农业可持续发 展提供有力支持。
THANKS.
VS
生物农药与生物肥料开发
通过代谢组学技术分析植物与微生物之间 的相互作用，有助于开发新型生物农药和 生物肥料，促进绿色农业的发展。
植物代谢组学的研
04
究展望
提高检测灵敏度与特异性
总结词
随着代谢组学技术的发展，提高检测灵敏度 和特异性是未来的重要研究方向，这将有助 于发现更多低丰度代谢物，更准确地解析植 物代谢过程。
特点
具有系统性、复杂性、动态性等 特点，能够全面揭示植物体内代 谢物质的变化规律，为植物生理 生化研究提供有力支持。
代谢组学ppt课件
簇类分析(Hierarchical Cluster Analysis ,HCA) 簇类的独立软模式分类法(Soft In- dependent Modeling of Class Analogy， SIMCA)、PLS-DA (PLSDiscriminant Analysis) 、人工神经网络 (Artificial Neural Network，ANN) 等
4
2 代谢组学的概念
在新陈代谢的动态进程中,系统地研究代 谢产物的变化规律,揭示机体生命活动代 谢本质的科学。
5
Metabonomics ---英 Jeremy K.Nicholson 20世纪
90年代
生命体系对病理生理刺激或遗传改造所产生的 动态,多指标代谢响应的定量测定.
Metabolomics ---Oliver Fiehn需要,可将 组织行甲醇除蛋白、庚烷除脂肪及冻干等处 理),加至质谱仪,经历汽化,离子化、加速分离 及检测分析后即可得出相应代谢产物或是代谢 组的图谱。图谱中每个峰值对应着相应的分子 量,结合进一步的检测分析可以部分鉴定出化 学成分以及半定量关系。
34
(3)常用的其他一些分析技术
代谢产物的检测、分析与鉴定是代谢组学 技术的核心部分,最常用的方法是有两种
NMR 质谱(MS)
28
(1)核磁共振技术
原理
核磁共振技术核磁共振是原子核的磁矩在恒定 磁场和高频磁场同时作用，且满足一定条件时 所发生的共振吸收现，是一种利用原子核在磁 场中的能量变化来获得关于核信息的技术. 生 命科学领域中常用的有三种
气相色谱(GC) 高效液相色谱仪(HPLC) 高效毛细管电泳(HPCE)
往往与NMR或MS技术联用,进一步增加其灵敏性。 敏感性及分辨率提高,“假阳性”率也就越大
4
2 代谢组学的概念
在新陈代谢的动态进程中,系统地研究代 谢产物的变化规律,揭示机体生命活动代 谢本质的科学。
5
Metabonomics ---英 Jeremy K.Nicholson 20世纪
90年代
生命体系对病理生理刺激或遗传改造所产生的 动态,多指标代谢响应的定量测定.
Metabolomics ---Oliver Fiehn需要,可将 组织行甲醇除蛋白、庚烷除脂肪及冻干等处 理),加至质谱仪,经历汽化,离子化、加速分离 及检测分析后即可得出相应代谢产物或是代谢 组的图谱。图谱中每个峰值对应着相应的分子 量,结合进一步的检测分析可以部分鉴定出化 学成分以及半定量关系。
34
(3)常用的其他一些分析技术
代谢产物的检测、分析与鉴定是代谢组学 技术的核心部分,最常用的方法是有两种
NMR 质谱(MS)
28
(1)核磁共振技术
原理
核磁共振技术核磁共振是原子核的磁矩在恒定 磁场和高频磁场同时作用，且满足一定条件时 所发生的共振吸收现，是一种利用原子核在磁 场中的能量变化来获得关于核信息的技术. 生 命科学领域中常用的有三种
气相色谱(GC) 高效液相色谱仪(HPLC) 高效毛细管电泳(HPCE)
往往与NMR或MS技术联用,进一步增加其灵敏性。 敏感性及分辨率提高,“假阳性”率也就越大
植物体内有机物的代谢(共27张PPT)
Phytoalexins（植物抗毒素） are a primary
player in plant immune response
❖ Phytoalexins can be antimicrobial
terpenoids or phenolics （抗菌的萜或酚类）
❖ Synthesized in response to infection or
stored in surface glands表面腺细胞）
❖
Sesquiterpenes (C-15)
Herbivory deterБайду номын сангаасents威慑草食动物
(generalized)
❖ Bitterness
❖ Examples include
sagebrush山艾树 and
sunflower向日葵
其数目，可分为:
单萜(monoterpene)、倍半萜(sesquiterpene)、
双萜(diterpene)、
三萜(triterpene)、
四萜(tetraterpene)、 多萜(polyterpene)。
CH3
头
CH2 = C
CH = CH2
尾
Terpenoids: The largest group
合
Flavor deterrent威慑味道，如涩味
Tea, blackberry,grape, apple
Mode of action is via protein binding蛋白鞣质结
Examples of phenolic compounds
Monoterpenes (C-10)
Pyrethroid insecticides拟除虫菊脂
player in plant immune response
❖ Phytoalexins can be antimicrobial
terpenoids or phenolics （抗菌的萜或酚类）
❖ Synthesized in response to infection or
stored in surface glands表面腺细胞）
❖
Sesquiterpenes (C-15)
Herbivory deterБайду номын сангаасents威慑草食动物
(generalized)
❖ Bitterness
❖ Examples include
sagebrush山艾树 and
sunflower向日葵
其数目，可分为:
单萜(monoterpene)、倍半萜(sesquiterpene)、
双萜(diterpene)、
三萜(triterpene)、
四萜(tetraterpene)、 多萜(polyterpene)。
CH3
头
CH2 = C
CH = CH2
尾
Terpenoids: The largest group
合
Flavor deterrent威慑味道，如涩味
Tea, blackberry,grape, apple
Mode of action is via protein binding蛋白鞣质结
Examples of phenolic compounds
Monoterpenes (C-10)
Pyrethroid insecticides拟除虫菊脂
植物的新陈代谢PPT教学课件
a 是有分泌功能的细胞产生的 b、 有的 从食物获得，有的在体内转化而来 c、 凡是活细胞都能产生酶 d、酶多数是 蛋白质 e、有的酶是蛋白质，有的是 固醇 f、 酶在代谢中有多种功能 g、 在新陈代谢和生殖发育中起调控作用 h、 酶只是起催化作用
A、cdh B、ace C、cdg D、agh
二、水分代谢
农业生产实践上，往往采用完全培 养液来进行无土栽培。
判断植物必需矿质元素的标准
1、由于缺乏某种矿质元素，植物的生长 发育发生障碍，不能完成它的生活史。
2、除去某种元素以后，植物体表现出专 一的病症，而且这种缺素症是可以利用 该种矿质元素进行预防和恢复的。
3、某种矿质元素在植物营养上表现的效 果是直接的。
1.细菌没有叶绿体，也没有摄食结构,依赖现 存的有机物生活。2.细菌内看不到细胞核。
细胞质
细胞壁
遗传物质
细胞膜
核糖体
鞭毛
细菌
细菌的细胞由细胞壁、细胞膜、细胞质等 部分构成，但没有形成的细胞核。除此以外， 有些细菌生有能够摆动的鞭毛，可以在水中 游动。有些细菌的细胞壁外面，有一层具有 粘性的荚膜，荚膜对细菌有一定的保护作用。 有些细菌在一定上的条件下，细胞里面形成 一个椭圆形的休眠体。叫做芽孢。芽孢的壁 很厚，对干旱、低温、高温等恶劣的环境有 很强的抵抗力。
三、矿质代谢
1、植物必需的元素 大量元素：C、H、O、N、S、P、K、Ca、
Mg 微量元素：Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl 2、矿质元素 （1）概念： （2）功能：
3、根吸收矿质元素的过程
主动运输（原理） 载体和能量
4、根吸收矿质元素的特点
（1）与根细胞的呼吸作用有关
为主动运输提供能量
第5节显微镜下的各种生物 （2课时）
A、cdh B、ace C、cdg D、agh
二、水分代谢
农业生产实践上，往往采用完全培 养液来进行无土栽培。
判断植物必需矿质元素的标准
1、由于缺乏某种矿质元素，植物的生长 发育发生障碍，不能完成它的生活史。
2、除去某种元素以后，植物体表现出专 一的病症，而且这种缺素症是可以利用 该种矿质元素进行预防和恢复的。
3、某种矿质元素在植物营养上表现的效 果是直接的。
1.细菌没有叶绿体，也没有摄食结构,依赖现 存的有机物生活。2.细菌内看不到细胞核。
细胞质
细胞壁
遗传物质
细胞膜
核糖体
鞭毛
细菌
细菌的细胞由细胞壁、细胞膜、细胞质等 部分构成，但没有形成的细胞核。除此以外， 有些细菌生有能够摆动的鞭毛，可以在水中 游动。有些细菌的细胞壁外面，有一层具有 粘性的荚膜，荚膜对细菌有一定的保护作用。 有些细菌在一定上的条件下，细胞里面形成 一个椭圆形的休眠体。叫做芽孢。芽孢的壁 很厚，对干旱、低温、高温等恶劣的环境有 很强的抵抗力。
三、矿质代谢
1、植物必需的元素 大量元素：C、H、O、N、S、P、K、Ca、
Mg 微量元素：Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl 2、矿质元素 （1）概念： （2）功能：
3、根吸收矿质元素的过程
主动运输（原理） 载体和能量
4、根吸收矿质元素的特点
（1）与根细胞的呼吸作用有关
为主动运输提供能量
第5节显微镜下的各种生物 （2课时）
《代谢组学介绍》课件
代谢组学的研究内容
代谢产物的检测与
鉴定
通过高通量检测技术，对生物体 内的代谢产物进行定性和定量分 析，了解代谢产物的种类和含量 。
代谢产物的变化规
律
研究生物体在生理、病理或环境 因素刺激下，代谢产物的变化规 律及其与生物功能的关系。
代谢调控机制
探讨代谢产物的合成、分解、转 化等过程，揭示代谢调控的机制 和规律。
跨学科融合
代谢组学与生物信息学、人工智能等领域的交叉融合，将有助于从海量数据中挖掘出更 具有预测性和指ห้องสมุดไป่ตู้意义的生物标志物。
应用领域拓展
代谢组学在药物研发、毒理学、营养学等领域的应用将不断拓展，为相关领域的研究提 供新的思路和方法。
未来代谢组学的研究方向
提高检测灵敏度和特异性
进一步改进和完善代谢组学技术，提高检测灵敏度和特异性，是未 来研究的重要方向之一。
代谢组学研究的新方法与新技术
代谢组学研究的新方法
随着技术的不断发展，代谢组学研究的方法也在不断更新。近年来，新的研究方法如基于质谱的代谢组学、核磁 共振代谢组学和代谢组学数据分析方法等得到了广泛应用。这些新方法提高了代谢组学研究的灵敏度、特异性和 可重复性，为代谢组学研究提供了更可靠的工具。
代谢组学研究的新技术
代谢组学在个体化医疗和精准医学方 面具有广阔的应用前景。通过对个体 代谢产物的差异进行分析，可以为个 体化医疗和精准医学提供更准确的诊 断和治疗方案。
代谢组学与其他领域的交叉研究
营养学与代谢组学
营养学与代谢组学的交叉研究对于了解营养物质在生物体内的代谢过程和作用机制具有重要意义。通 过代谢组学的研究，可以深入了解不同营养物质对生物体代谢的影响，为营养学提供更科学的基础。
代谢组学的应用PPT课件
（四）数据分析与表征
①主成分分析技术（PCA） ②偏最小二乘法-判别分析技术（PLS-DA）
一、代谢组学概况
(五)代谢通路分析
代谢组学通过代谢产物的量化表达来追踪机体 固有代谢通路的变化，以通过代谢通路的调节表 达规律来阐明机体生理病理变化的实质和规律。
(六)代谢组学涵盖以下几个层次：
①代谢物靶标分析； ②代谢产物谱分析； ③代谢指纹图谱分析； ④代谢组学分析； ⑤代谢表型分析；
三、代谢组学在中药领域的应用
5 代谢组学与中药单味药和方剂的研究
目前，代谢组学在中药单味药研究中应用比较广泛，应用代谢组 学的方法可以推测发生改变的内源性代谢物和发生异常的代谢通路， 从而阐明药物的作用机制。
中药方剂通过多途径、多靶点的协同、将药效进行整合，从而在 一些 复杂疾病的治疗中体现出优于单成分、单靶点药物的疗效优势， 但其作用机制不明，这也是制约其发展的瓶颈。利用代谢组学的整 体综合信息来研究方药的作用机制具有优势。
7
筛选中药种质资源
生物的个体特征除决定于先天遗传因素外，还受其存环境的诸多影 响，这些内外因素决定了生物个体的总体特征——代谢表型。应用代 谢组学技术研究中药种质资源代谢表型，将为中药资源的可持续发展 和利用提供科学根据和保障。
展望：
进入后基因组时代后，代谢组学作为一门新技术在 中医药方面的重要性越来越明显。同时代谢组学在方 法学上具有融整体、动态、综合、分析于一体的特点， 符合中药整体性原则。可以预见，代谢组学将成为中 药现代研究的一种重要的技术手段。
代谢组学研究可对各原料药有效成分进行动态监测，从而克服采 用不同原料药材的中药成品质量不稳定的弊端，并对道地药材进行指纹 图谱水平鉴别。
２
代谢组学与中药整体疗效、药效物质基础及 作用机制的研究
①主成分分析技术（PCA） ②偏最小二乘法-判别分析技术（PLS-DA）
一、代谢组学概况
(五)代谢通路分析
代谢组学通过代谢产物的量化表达来追踪机体 固有代谢通路的变化，以通过代谢通路的调节表 达规律来阐明机体生理病理变化的实质和规律。
(六)代谢组学涵盖以下几个层次：
①代谢物靶标分析； ②代谢产物谱分析； ③代谢指纹图谱分析； ④代谢组学分析； ⑤代谢表型分析；
三、代谢组学在中药领域的应用
5 代谢组学与中药单味药和方剂的研究
目前，代谢组学在中药单味药研究中应用比较广泛，应用代谢组 学的方法可以推测发生改变的内源性代谢物和发生异常的代谢通路， 从而阐明药物的作用机制。
中药方剂通过多途径、多靶点的协同、将药效进行整合，从而在 一些 复杂疾病的治疗中体现出优于单成分、单靶点药物的疗效优势， 但其作用机制不明，这也是制约其发展的瓶颈。利用代谢组学的整 体综合信息来研究方药的作用机制具有优势。
7
筛选中药种质资源
生物的个体特征除决定于先天遗传因素外，还受其存环境的诸多影 响，这些内外因素决定了生物个体的总体特征——代谢表型。应用代 谢组学技术研究中药种质资源代谢表型，将为中药资源的可持续发展 和利用提供科学根据和保障。
展望：
进入后基因组时代后，代谢组学作为一门新技术在 中医药方面的重要性越来越明显。同时代谢组学在方 法学上具有融整体、动态、综合、分析于一体的特点， 符合中药整体性原则。可以预见，代谢组学将成为中 药现代研究的一种重要的技术手段。
代谢组学研究可对各原料药有效成分进行动态监测，从而克服采 用不同原料药材的中药成品质量不稳定的弊端，并对道地药材进行指纹 图谱水平鉴别。
２
代谢组学与中药整体疗效、药效物质基础及 作用机制的研究
植物代谢组学 PPT课件
2、意义
●通过研究不同物种的代谢产物 ,可以指导植物分 类学 ,对植物进行更加合理的分类;
●通过研究不同基因型植物的代谢物 ,可以发现新 的功能基因 ,促进转基因植物的研究 ,同时还可以对 转基因植物及其在食用方面的安全性进行代谢物组学 水平上的评估;
●通过研究不同生态环境下植物的代谢产物 ,了解 植物的区域性分布。如果所研究的植物是某种药用植 物 ,则就可以应用于中药道地药材的确定;
Fiehn(2003)利用HPLC/MS检测笋瓜
(Cucurbitamaxima Gelber Zentner)叶柄和叶
片抽提物,检测到了超过400种代谢物,有90种被 定性,其中大部分是氨基酸、糖和糖苷。
Huhman和Sumner(2002)在紫花苜蓿和蒺藜状 苜蓿中各鉴定出15个和27个皂角甙,并在紫花苜 蓿中找到了2个新的乙二酸皂角甙。
基因组、转录组、蛋白质组和代谢组的关系
系统生物学研究的四个层次
三、植物代谢组学的研究方法
植物材料培养
样品制备
成分分析与鉴定
数据分析与解释
代谢组学研究技术步骤
1、植物培养（栽培）
对研究对象进行培育的目的是为了对样本的 稳定性进行控制 ,相对于微生物和动物而言 ,植 物的人工栽培需要考虑更多的问题,如中药材在 不同年龄、不同发育阶段、不同部位以及光照、 水肥、耕作等环境因素的微小差异都可引起生理 状态的变化,而这些非可控及可控双重因素的影 响很难进行精确的控制,从而影响药用植物代谢 组研究的重复性。为了解决以上问题 ,推荐使用 大容量的培养箱 ,定时更换培养箱中栽培对象的 位置,以及使用无土栽培技术等, 利用无土栽培 系统将水和养分直接引入植物根部,并且对供给 量进行精确地控制 ,大大提高了实验的重复性。
系统生物学 第五讲 代谢组学 ppt课件
• 非靶向代谢组学方法能够同时检测数百乃至数千种代谢物（包括 已知和未知代谢物） ，但其灵敏度较之前者减低 1-2 个数量级， 定性定量准确性也相对较差 。
• 针对上述两种方法的优缺点，近年来相继发展出能够同时定性、 定量数百种已知代谢物和定量近千种已知及未知代谢物的广泛靶 向代谢组学分析方法（Widely-targeted metabolomics）
代谢产物进行比较
• 代谢物群矩阵clique-metabolite matrices • 单一代谢物首先被鉴定出来，然后在不同的代谢物组
中寻找相关性； • 这些既独立又相关的代谢物被用来鉴定代谢途径，寻
找在已经受到影响的情况下植物的代谢网络，而这些 网络途径则用来测定和研究更加广泛的生物学反应和 基因功能。
PPT课件
24
代谢组学的研究策略
• 代谢物指纹分析（Metabolic fingerprinting）：
• 代谢物图谱有其特质性，类似样品的“指纹”一 样；对这种特质性进行区分、鉴定，被称为“代 谢指纹分析”，帮助找出机体代谢的共性与个性。 代谢物指纹分析的目的在于根据其来源和生物学 相关性对样品进行快速分类。在工业和临床应用 上，它有时不能在一个样品中测定所有代谢物， 也不能分离鉴定具体单一组分，但是对于样品的 快速分类是很合适的（如表型的快速鉴定）。
PPT课件
15
代谢组学是“组学”研究的最终方向
• 基因组的变化不一定能够得到表达，从而并不一定对系 统产生影响；
• 某些蛋白的浓度会由于外部条件的变化而升高，但由于 这个蛋白可能不具备活性，从而也不对系统产生影响；
• 由于基因或蛋白的功能补偿作用，某个基因或蛋白的缺 失会由于其他基因或蛋白的存在而得到补偿，最后反应 的净结果为零；
• 针对上述两种方法的优缺点，近年来相继发展出能够同时定性、 定量数百种已知代谢物和定量近千种已知及未知代谢物的广泛靶 向代谢组学分析方法（Widely-targeted metabolomics）
代谢产物进行比较
• 代谢物群矩阵clique-metabolite matrices • 单一代谢物首先被鉴定出来，然后在不同的代谢物组
中寻找相关性； • 这些既独立又相关的代谢物被用来鉴定代谢途径，寻
找在已经受到影响的情况下植物的代谢网络，而这些 网络途径则用来测定和研究更加广泛的生物学反应和 基因功能。
PPT课件
24
代谢组学的研究策略
• 代谢物指纹分析（Metabolic fingerprinting）：
• 代谢物图谱有其特质性，类似样品的“指纹”一 样；对这种特质性进行区分、鉴定，被称为“代 谢指纹分析”，帮助找出机体代谢的共性与个性。 代谢物指纹分析的目的在于根据其来源和生物学 相关性对样品进行快速分类。在工业和临床应用 上，它有时不能在一个样品中测定所有代谢物， 也不能分离鉴定具体单一组分，但是对于样品的 快速分类是很合适的（如表型的快速鉴定）。
PPT课件
15
代谢组学是“组学”研究的最终方向
• 基因组的变化不一定能够得到表达，从而并不一定对系 统产生影响；
• 某些蛋白的浓度会由于外部条件的变化而升高，但由于 这个蛋白可能不具备活性，从而也不对系统产生影响；
• 由于基因或蛋白的功能补偿作用，某个基因或蛋白的缺 失会由于其他基因或蛋白的存在而得到补偿，最后反应 的净结果为零；
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基因组、转录组、四个层次
三、植物代谢组学的研究方法
植物材料培养
样品制备
成分分析与鉴定
数据分析与解释
代谢组学研究技术步骤
1、植物培养（栽培）
对研究对象进行培育的目的是为了对样本的 稳定性进行控制 ,相对于微生物和动物而言 ,植 物的人工栽培需要考虑更多的问题,如中药材在 不同年龄、不同发育阶段、不同部位以及光照、 水肥、耕作等环境因素的微小差异都可引起生理 状态的变化,而这些非可控及可控双重因素的影 响很难进行精确的控制,从而影响药用植物代谢 组研究的重复性。为了解决以上问题 ,推荐使用 大容量的培养箱 ,定时更换培养箱中栽培对象的 位置,以及使用无土栽培技术等, 利用无土栽培系 统将水和养分直接引入植物根部,并且对供给量 进行精确地控制 ,大大提高了实验的重复性。
● 植物在受到某种内部或外界因素刺激之后会产生 的特定的应激变化 ,最终会表现在代谢物的改变上 ,通 过研究这种变化规律 ,为从植物中定向培养得到某一 特定代谢物提供指导。
二、代谢组学在系统生物学中的地位
20世纪末到本世纪初，大规模的基因组测序 工作产生了海量数据。但仅仅是依赖DNA序列 我们能够得到的信息还是有限的，科学家迫切希 望在整体水平上了解基因表达的特征和基因所编 码的产物的功能。因此， “功能基因组学 (functional genomics)”的研究逐渐兴起。它 是通过大规模地分析细胞内转录水平(转录组)和 蛋白质水平(蛋白质组)上的变化，进而推测基因 功能，这就开启了“功能基因组学”的研究。
2、意义
●通过研究不同物种的代谢产物 ,可以指导植物分类 学 ,对植物进行更加合理的分类;
●通过研究不同基因型植物的代谢物 ,可以发现新的 功能基因 ,促进转基因植物的研究 ,同时还可以对转基 因植物及其在食用方面的安全性进行代谢物组学水平 上的评估;
●通过研究不同生态环境下植物的代谢产物 ,了解植 物的区域性分布。如果所研究的植物是某种药用植物 , 则就可以应用于中药道地药材的确定;
然而，转录组和蛋白质组不一定能很好地预测基因的功能。 尽管转录组携带了细胞内蛋白质合成的密码子，但是mRNA 水平上的增加与蛋白质水平的增加并不一致，况且蛋白质合成 后的各种修饰往往带来活性的改变。考虑到这些因素，仅凭转 录组或者蛋白质组的改变不一定能够准确预测生化表型(代谢 物)的改变。
另外，在建立转录谱和蛋白谱的时候，要鉴定一种mRNA 或者蛋白质，现代的技术手段主要是通过序列相似性比对和与 数据库的匹配来确定的，这样的鉴定主要依赖于匹配度，因此 不是直接的。由于现有数据库信息的缺乏，转录组和蛋白质组 也就只能提供有限的信息。
近年来,随着生命科学研究的发展,尤其是完成 拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻（Oryza sativa)等植物的基因组测序后,植物科学发生了翻 天覆地的变化。有人说生命科学研究跨入了后基因 组时代。
人们已经把目光从基因的测序转移到了基因的
功能研究。在研究DNA的基因组学、mRNA的转 录组学和蛋白质的蛋白组学后,接踵而来的是研究 代谢物的代谢组学。
代谢组：
是指细胞或者生物体内的所有代谢物的 总和，也有人将它定义为细胞、组织、器 官或者生物体内的所有小分子代谢组分的 集合。 代谢组学：
通过大量代谢成分的定性、定量分析来 定义生物体的生化表型(代谢表型)及其与 基因型的关系，从而为研究基因功能、诠 释生命现象提供大量的代谢信息，这就是 代谢组学（metabolomics)。
代谢组可以在代谢物的基础上来区分表型；不论是可见的还 是不可见的表型，用代谢物来区分可能是更无偏见的，至少是 提供了代谢水平上的证据。而且，在那些由突变体或者转基因 造成的可以测量的表型变化的实例中，代谢组的方法可以被用 来阐明造成这种可见表型的生化原因或者结果。
因此，以DNA、mRNA、蛋白质和代谢物为研究对象的基 因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学是一个密切相关的 整体，他们共同构成系统生物学（systems biology)。
2、样品制备
植物代谢物样品制备分为组织取样→匀浆→抽提→保 存→样品预处理等步骤。
代谢产物通常用水或有机溶剂(如甲醇和己烷等)分别 提取,获得水提取物和有机溶剂提取物,从而把非极性的 亲脂相和极性相分开。
分析之前,通常先用固相微萃取、固相萃取和亲和色 谱等方法进行预处理。
然而植物代谢物千差万别,其中很多物质稍受干扰结 构就会发生改变,且对其分析鉴定所采用的设备也不同。 目前还没有适合所有代谢物的抽提方法,通常只能根据 所要分析的代谢物特性及使用的鉴定手段选择合适的提 取方法。而抽提时间、温度、溶剂成分和质量及实验者 的技巧等诸多因素也将影响样品制备的水平。
3、成分分析鉴定
对获得的样品中所有代谢物进行分析鉴定是代谢组学研究 的关键步骤,也是最困难和多变的步骤。
与原有的各种组学技术只分析特定类型的物质不同,代谢组 学分析对象的大小、数量、官能团、挥发性、带电性、电迁移 率、极性以及其他物理化学参数差异很大,要对它们进行无偏 向的全面分析,单一的分离分析手段往往难以保证。色谱、质 谱、核磁共振、红外光谱、库仑分析、紫外吸收、荧光散射、 发射性检测和光散射等分离分析手段及其组合都被应用于代谢 组学的研究。一般根据样品的特性和实验目的,可选择最合适 的分析方法。
目前最常用的分离分析手段： ◆气相色谱和质谱联用(GC/MS) ◆液相色谱和质谱联用(LC/MS)
植物代谢组学
目录
一、植物代谢组学的概念和意义 二、代谢组学在系统生物学中的地位 三、植物代谢组学的研究方法 四、代谢组学在植物科学中的应用 五、展望
一、植物代谢组学的概念和意义
1、概念
生物学中“组”的概念： ◆“组”：来源于希腊语ome，意指每个、所有、 全部。 ◆以它为后缀最先用于基因组：genome,指一个 物种的全部遗传组成。 ◆自基因组学概念提出后，带组学（omics)的概 念出现有200多种。如蛋白组学、代谢组学等。
三、植物代谢组学的研究方法
植物材料培养
样品制备
成分分析与鉴定
数据分析与解释
代谢组学研究技术步骤
1、植物培养（栽培）
对研究对象进行培育的目的是为了对样本的 稳定性进行控制 ,相对于微生物和动物而言 ,植 物的人工栽培需要考虑更多的问题,如中药材在 不同年龄、不同发育阶段、不同部位以及光照、 水肥、耕作等环境因素的微小差异都可引起生理 状态的变化,而这些非可控及可控双重因素的影 响很难进行精确的控制,从而影响药用植物代谢 组研究的重复性。为了解决以上问题 ,推荐使用 大容量的培养箱 ,定时更换培养箱中栽培对象的 位置,以及使用无土栽培技术等, 利用无土栽培系 统将水和养分直接引入植物根部,并且对供给量 进行精确地控制 ,大大提高了实验的重复性。
● 植物在受到某种内部或外界因素刺激之后会产生 的特定的应激变化 ,最终会表现在代谢物的改变上 ,通 过研究这种变化规律 ,为从植物中定向培养得到某一 特定代谢物提供指导。
二、代谢组学在系统生物学中的地位
20世纪末到本世纪初，大规模的基因组测序 工作产生了海量数据。但仅仅是依赖DNA序列 我们能够得到的信息还是有限的，科学家迫切希 望在整体水平上了解基因表达的特征和基因所编 码的产物的功能。因此， “功能基因组学 (functional genomics)”的研究逐渐兴起。它 是通过大规模地分析细胞内转录水平(转录组)和 蛋白质水平(蛋白质组)上的变化，进而推测基因 功能，这就开启了“功能基因组学”的研究。
2、意义
●通过研究不同物种的代谢产物 ,可以指导植物分类 学 ,对植物进行更加合理的分类;
●通过研究不同基因型植物的代谢物 ,可以发现新的 功能基因 ,促进转基因植物的研究 ,同时还可以对转基 因植物及其在食用方面的安全性进行代谢物组学水平 上的评估;
●通过研究不同生态环境下植物的代谢产物 ,了解植 物的区域性分布。如果所研究的植物是某种药用植物 , 则就可以应用于中药道地药材的确定;
然而，转录组和蛋白质组不一定能很好地预测基因的功能。 尽管转录组携带了细胞内蛋白质合成的密码子，但是mRNA 水平上的增加与蛋白质水平的增加并不一致，况且蛋白质合成 后的各种修饰往往带来活性的改变。考虑到这些因素，仅凭转 录组或者蛋白质组的改变不一定能够准确预测生化表型(代谢 物)的改变。
另外，在建立转录谱和蛋白谱的时候，要鉴定一种mRNA 或者蛋白质，现代的技术手段主要是通过序列相似性比对和与 数据库的匹配来确定的，这样的鉴定主要依赖于匹配度，因此 不是直接的。由于现有数据库信息的缺乏，转录组和蛋白质组 也就只能提供有限的信息。
近年来,随着生命科学研究的发展,尤其是完成 拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻（Oryza sativa)等植物的基因组测序后,植物科学发生了翻 天覆地的变化。有人说生命科学研究跨入了后基因 组时代。
人们已经把目光从基因的测序转移到了基因的
功能研究。在研究DNA的基因组学、mRNA的转 录组学和蛋白质的蛋白组学后,接踵而来的是研究 代谢物的代谢组学。
代谢组：
是指细胞或者生物体内的所有代谢物的 总和，也有人将它定义为细胞、组织、器 官或者生物体内的所有小分子代谢组分的 集合。 代谢组学：
通过大量代谢成分的定性、定量分析来 定义生物体的生化表型(代谢表型)及其与 基因型的关系，从而为研究基因功能、诠 释生命现象提供大量的代谢信息，这就是 代谢组学（metabolomics)。
代谢组可以在代谢物的基础上来区分表型；不论是可见的还 是不可见的表型，用代谢物来区分可能是更无偏见的，至少是 提供了代谢水平上的证据。而且，在那些由突变体或者转基因 造成的可以测量的表型变化的实例中，代谢组的方法可以被用 来阐明造成这种可见表型的生化原因或者结果。
因此，以DNA、mRNA、蛋白质和代谢物为研究对象的基 因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学是一个密切相关的 整体，他们共同构成系统生物学（systems biology)。
2、样品制备
植物代谢物样品制备分为组织取样→匀浆→抽提→保 存→样品预处理等步骤。
代谢产物通常用水或有机溶剂(如甲醇和己烷等)分别 提取,获得水提取物和有机溶剂提取物,从而把非极性的 亲脂相和极性相分开。
分析之前,通常先用固相微萃取、固相萃取和亲和色 谱等方法进行预处理。
然而植物代谢物千差万别,其中很多物质稍受干扰结 构就会发生改变,且对其分析鉴定所采用的设备也不同。 目前还没有适合所有代谢物的抽提方法,通常只能根据 所要分析的代谢物特性及使用的鉴定手段选择合适的提 取方法。而抽提时间、温度、溶剂成分和质量及实验者 的技巧等诸多因素也将影响样品制备的水平。
3、成分分析鉴定
对获得的样品中所有代谢物进行分析鉴定是代谢组学研究 的关键步骤,也是最困难和多变的步骤。
与原有的各种组学技术只分析特定类型的物质不同,代谢组 学分析对象的大小、数量、官能团、挥发性、带电性、电迁移 率、极性以及其他物理化学参数差异很大,要对它们进行无偏 向的全面分析,单一的分离分析手段往往难以保证。色谱、质 谱、核磁共振、红外光谱、库仑分析、紫外吸收、荧光散射、 发射性检测和光散射等分离分析手段及其组合都被应用于代谢 组学的研究。一般根据样品的特性和实验目的,可选择最合适 的分析方法。
目前最常用的分离分析手段： ◆气相色谱和质谱联用(GC/MS) ◆液相色谱和质谱联用(LC/MS)
植物代谢组学
目录
一、植物代谢组学的概念和意义 二、代谢组学在系统生物学中的地位 三、植物代谢组学的研究方法 四、代谢组学在植物科学中的应用 五、展望
一、植物代谢组学的概念和意义
1、概念
生物学中“组”的概念： ◆“组”：来源于希腊语ome，意指每个、所有、 全部。 ◆以它为后缀最先用于基因组：genome,指一个 物种的全部遗传组成。 ◆自基因组学概念提出后，带组学（omics)的概 念出现有200多种。如蛋白组学、代谢组学等。