代谢组学在植物代谢研究中的应用
代谢组学技术在动植物研究中的应用
代谢组学技术在动植物研究中的应用代谢组学是一种研究生物体代谢过程和代谢物的定量和质量的科学方法。
在过去的几十年里，它已经成为了生物医学研究领域中不可或缺的一部分。
特别是，在动植物研究领域中，代谢组学技术已经被广泛应用，并取得了很多重要的成果。
代谢组学技术最早是用于对单个代谢产物的研究，但随着技术的不断发展，它现在已经能够同时检测到数百上千个代谢物质。
这种技术的发展，使得代谢组学能够更加全面地衡量机体的代谢状态，并找到不同代谢物质之间的关系。
在动植物研究中，代谢组学技术被广泛应用，尤其是对于实验动物和植物的研究非常有用。
例如，在饲养实验动物方面，代谢组学技术可以用于快速检测饲料配制的质量，比如检测饲料中各种营养成分的含量等。
同时，也可以通过代谢组学技术来研究饲养环境对实验动物身体的影响；比如说，可以检测环境中的污染物质是否会对动物身体的代谢水平产生影响，进而推断这些污染物质是否对动物健康造成危害。
在植物研究领域中，代谢组学技术的应用也是十分广泛的。
比如说，可以通过分析不同植物品种之间的代谢物质的差异，来研究它们之间的遗传差异和生长差异。
另外，代谢组学技术也可以用来探究植物对不同环境刺激的生理响应和代谢调节机制。
例如，可以通过对植物在高温、干旱等压力下的代谢物质变化进行分析，来研究植物在应对不同压力时的代谢调节策略，以期为植物的育种和种植提供科学依据。
当然，代谢组学技术的应用在动植物研究中也存在一些挑战和限制。
比如说，由于这种技术对样品的要求非常高，因此在实验中需要对各种数据进行严格质控，以确保分析结果的准确性。
此外，在代谢组学的应用中，不同实验条件和实验方法对结果的影响也需要加以考虑和分析。
要想更好地利用代谢组学技术，在方法的选用、数据处理的准确性等诸多方面需要更加重视。
综上所述，代谢组学技术在动植物研究中的应用前景非常广阔。
从检测饲料质量到揭示植物生长与繁殖机制，代谢组学都扮演着非常重要的角色。
植物代谢途径分析及其应用
植物代谢途径分析及其应用植物代谢途径是指植物在进行生物化学反应过程中所使用的化学通路，这些通路可以被用于合成生物大分子，调节能量代谢，并且对环境因素做出响应。
因此，对植物代谢途径的研究具有重要的科学意义和实际应用价值。
1. 植物代谢途径分析技术（1）代谢组学技术代谢组学是一种全面分析生物体内代谢物的技术手段，可以对植物代谢途径进行高通量的分析。
采用代谢组学技术，可以对数千个代谢产物进行同时检测和分析，进而解析植物代谢途径中的关键代谢产物，推断出代谢途径的构成、功能和调控机制。
（2）基因工程技术基因工程技术是利用重组DNA技术对生物基因进行修改、表达和调控的一系列技术手段。
将这种技术应用于植物代谢途径研究中，可以构建出具有特定代谢特征的转基因植物，并从分子水平上解析代谢途径的机理。
另外，还可以通过基因敲除、基因过表达等手段对代谢途径进行功能分析。
（3）同位素示踪技术同位素示踪技术是利用含有特定同位素的代谢物来跟踪代谢反应的过程，并且推断出代谢途径的路线、速率，确定代谢物来源和去向等信息。
该技术可以用于解析植物代谢途径中某些复杂的异源代谢反应，推断出代谢途径在不同环境条件下的变化，具有重要的应用价值。
2. 植物代谢途径的应用（1）农业领域植物代谢途径的应用在农业生产中具有广泛的应用前景。
例如：通过基因工程技术调控植物次生代谢途径，可以实现植物抗病、抗逆、增强产量等改良目标的达成。
同时，利用代谢组学技术，可以推断出适应不同环境条件的植物代谢途径，为植物适应不同环境提供基础理论支持。
（2）新药研发植物代谢途径研究可以为新药物的研发提供基础理论。
通过基因工程技术或同位素示踪技术等手段，可以高效筛选出具有特定代谢物的植物物种，并从中提取出具有药用价值的化合物。
同时，植物代谢途径的研究还可以为合成新型药物提供基础理论支持。
（3）生态保护植物代谢途径的研究对于生态环境保护具有重要的意义。
通过对植物代谢途径的研究，可以了解植物在不同环境条件下的响应机制，进而指导生态环境保护和恢复工作的开展。
植物代谢组学的研究与应用
植物代谢组学的研究与应用随着生物科学的不断发展，基因组学、转录组学、蛋白质组学等各种组学研究已经成为一个庞大的领域，并被广泛应用于医疗、生命科学、农业和环境等领域。
而另一个与之密切相关的组学领域——植物代谢组学也在近些年来备受关注。
植物代谢组学的研究和应用对于了解植物代谢途径、发掘天然产物、提升农业生产力、研究植物生态适应等方面具有重要意义。
一、植物代谢组学的研究方法植物代谢组学主要研究植物的次生代谢产物，即植物生长和发育后期分泌的一些化合物，包括酚类、苷类、多糖类、生物碱、黄酮类等。
调查和分析这些代谢产物的组成、结构和功能，是植物代谢组学研究的主要内容。
这项研究主要采用质谱和色谱技术。
其中，质谱技术是代表性的分析技术，能够快速、高通量地筛选和定量代谢物，并且还可以通过配合生物信息学技术，对代谢物发挥作用的基因及其调控网络进行分析和研究。
二、植物代谢组学的研究应用1.发掘植物次生代谢产物植物次生代谢产物具有丰富的生物活性，具有广泛的应用前景。
可以应用于医药、食品、美容等多个领域。
比如，现在市面上大量的天然护肤品就是用植物次生代谢产物为原料加工而成。
国内外的一些研究人员在调查和分析了许多植物代谢产物后，已经发现了很多天然物质，如桉树油中提取的精油有效成分，被广泛地应用于医疗、消毒、除臭和美容等领域。
2.提高植物环境适应性植物代谢组学的研究可以帮助了解和掌握植物在极端环境（如高海拔、高温、低温、干旱等）中生存和适应的代谢机理。
例如，一些高山峡谷中的植物能够在低温和低压等严酷环境下生长和繁殖，就是得益于它们合成了一些特殊的代谢产物以应对环境压力。
3.提高农业生产力植物代谢组学作为使植物生长变得更为快捷和高效的关键技术，被广泛应用于植物遗传育种和有机农业。
它可以帮助科学家们理解植物代谢的基础知识，从而创造出更强健、更适应于不同气候和土壤条件的植物品种。
通过交叉育种或基因修饰，科学家们可以调节靶标基因的表达，从而调控植物所产生的次生代谢产物。
代谢组学在生物研究和医学研究中的应用研究
代谢组学在生物研究和医学研究中的应用研究代谢组学是一种目前最为前沿、最为高效的研究生命科学中代谢和代谢通路的方法。
其应用涉及广泛，可以用于食品化学、环境科学、医药研究等各个领域。
本文将着重探讨代谢组学在生物研究和医学研究中的应用研究。
一、代谢组学在生物研究中的应用研究代谢组学能够为生物研究提供一些理解代谢通路和获得全身代谢状态信息的新方法。
代谢组学在生物研究中主要应用在生物海洋学、食品化学、植物生理与生态等多方面。
以代谢组学在植物生理和生态中的应用为例，代谢组学通过分析代谢物的组成与生命体征的判别，能够比较准确地评估植物生长和适应力的状态。
该技术可以更好地解释植物交互作用的机理，以及植物与环境之间的互相作用。
在生物研究中，代谢组学具有较高的实用性，主要体现在抓取数据、发现新代谢物、提供代谢图谱等方面。
通过分析代谢物的变化，可以寻找到蛋白质、基因和其他环境因素对代谢的影响及代谢物的识别。
此外，代谢图谱也可以用来提供生物分子互相作用和网络关联信息，如复杂代谢通路等。
这对进一步的生物研究提供了有力的支持和帮助。
二、代谢组学在医学研究中的应用研究代谢组学在医学研究中也有着广泛的应用。
其中，其在临床诊断方面的功效尤为显著。
代谢组学在临床医学中主要用来探索人体内代谢物与各种疾病之间的关联性，并为临床医生提供有力的诊断和治疗支持。
因此，代谢组学已成为个体化医学发展和现代医学研究的一个重要且欣欣向荣的领域。
代谢组学可以通过对代谢物的分析，为医学研究提供相应的实验依据和数据支持。
以肝病的代谢组学研究为例，代谢组学可以通过代谢数据的分析，对肝功能损害进行实时监测，其准确性和灵敏度甚至优于CT、MRI等传统影像学方法。
在癌症领域，代谢组学也可以发现癌细胞独特的代谢途径，从而为癌症的早期诊断和治疗提供了有力支持。
除此之外，代谢组学在新药研发、药效评估、药物代谢和毒性评估方面的应用也成为越来越多的研究热点。
代谢组学作为新一代的药物评价技术，可以在药物试验和评估过程中，快速准确地了解药物代谢和毒性表现，减少药物研发中无效药物的研发成本和时间，大幅提升研发效率。
植物代谢组学的研究现状与前景
植物代谢组学的研究现状与前景植物代谢是植物体内的化学反应之一，它包括原生代谢和次生代谢两个部分。
原生代谢是植物生长、发育和繁殖过程中所需的基本代谢反应；而次生代谢不仅用于植物自身的保护和应激响应，同时还会产生丰富的化学成分，对医学、食品、饲料和工业等领域有着重要的应用价值。
随着高通量生物技术的快速发展，代谢组学研究对于植物生理学、生态学等学科的研究都产生了重要影响。
植物代谢组学是研究整个植物体系代谢组成、代谢调控机制和路线的学科。
在较早的研究中，利用基于液相色谱质谱和核磁共振等技术对植物样本进行系统分析，可以获得大量和详细的代谢数据。
然而，如何有效利用这些数据进行建模和分析，以揭示代谢通路，对生物活性物质进行鉴定和筛选，成为了当前植物代谢组学研究的重要问题之一。
为了更好地了解当前植物代谢组学的研究现状和未来发展，我们可以从以下几个方面进行探讨。
一、代谢组学技术和工具的发展代谢组学技术和工具的发展是推动植物代谢组学向前发展的重要因素。
在近年来的研究中，不断发展的代谢组学技术和工具，包括液相色谱、气相色谱、质谱和核磁共振等，在植物代谢组学研究中起到了至关重要的作用。
此外，随着不断增加的代谢组学数据的积累，更为高效的数据预处理和数据组合算法也应运而生。
这些算法能够将具有代表性的特征与不同组之间的差异区分开，并发现多个代谢物之间的相关性。
这一发展有助于解决植物代谢组学研究中的数据处理和分析难题，从而更加快速和准确地分析代谢组数据。
二、代谢路线的重构和优化代谢路线的重构和优化是植物代谢组学研究的核心目的之一，这可以通过代谢模型的建立和分析实现。
代谢模型是指在基因组、转录组和蛋白组等多层面信息的基础上，建立描述植物生物化学反应过程及其调控的简化的数学模型，可以帮助研究人员更好地理解植物代谢组织结构和代谢通路的酶之间的相互依赖关系。
目前，代谢模型的构建和分析已成为了植物代谢组学研究中的重要内容。
采用代谢模型可以通过定量研究代谢物之间的反应和信号传递通路来准确预测生物学过程。
植物代谢组学的研究方法及其应用
植物代谢组学的研究方法及其应用近年来，随着生命科学研究的发展，尤其是在完成拟南芥(Arabidopsis thaliana) 和水稻 (Oryza sativa) 等植物的基因组测序后，植物生物学发生了翻天覆地的变化。
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 的转录组学及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(Hall et al.，2002)。
代谢组学的概念来源于代谢组，代谢组是指某一生物或细胞在一特定生理时期内所有的低分子量代谢产物，代谢组学则是对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新学科(Goodacre，2004)。
它是以组群指标分析为基础，以高通量检测和数据处理为手段，以信息建模与系统整合为目标的系统生物学的一个分支。
代谢物是细胞调控过程的终产物，它们的种类和数量变化被视为生物系统对基因或环境变化的最终响应(Fiehn，2002)。
植物内源代谢物对植物的生长发育有重要作用 (Pichersky and Gang，2000)。
植物中代谢物超过20万种，有维持植物生命活动和生长发育所必需的初生代谢物；还有利用初生代谢物生成的与植物抗病和抗逆关系密切的次生代谢物，所以对植物代谢物进行分析是十分必要的。
但是，由于植物代谢物在时间和空间都具有高度的动态性(stitt and Fernie，2003)。
尤其是次生代谢物种类繁多、结构迥异，且产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性，难于进行分离分析，所以人们一直在寻找更为强大的检测分析工具。
在代谢物分析领域，人们已经提出了目标分析、代谢产物指纹分析、代谢产物轮廓分析和代谢表型分析、代谢组学分析等概念。
20世纪90年代初，Sauter 等(1991)首先将代谢组分析引入植物系统诊断，此后关于植物代谢组学的研究逐年增多。
随着拟南芥等植物的基因组测序完成以及代谢物分析手段的改进和提高，今后几年进入此研究领域的科学家和研究机构将越来越多。
植物代谢组学的研究进展
植物代谢组学的研究进展植物代谢组学是研究植物代谢谱的科学，代谢组学可以帮助我们更好地理解植物代谢途径的变化和控制机制，在植物生物技术、农业、医药等行业都有广泛应用。
在过去的几十年里，随着分析技术和计算化学及统计学方法的不断发展，植物代谢组学的研究成果越来越丰富。
一、代谢组学技术1. 质谱技术质谱技术已成为代谢组学的重要手段，可以分析代谢产物结构和数量多种改变。
质谱技术可分为三类：GC-MS、LC-MS和二维GC-MS。
GS-MS可以检测分子量较小的代谢产物，如氨基酸等。
LC-MS更适合较大的代谢产物，如激素和酚酸类物质。
二维GC-MS则可以分离并检测复杂的代谢组。
2. 核磁共振技术核磁共振技术可以测量可自旋核子的共振信号，从而得到代谢产物的结构和浓度信息，但是此项技术比质谱技术复杂。
3. 光谱技术光谱技术可以测量物质各种电子、振动和旋转等状态。
近红外(NIRS)、荧光和红外(IR)等光谱技术被广泛应用于代谢组学中，尤其是NIRS技术在定量分析中作用更大。
二、代谢组学在植物中的应用1. 创新药物开发代谢组学研究可以帮助我们了解植物代谢物如何影响生物过程和药物效应。
例如，角蛋白可以被提取出来作为药物成分使用，代谢组学可以检测到角蛋白在制药过程中化合物的变化，从而调整生产过程。
2. 生物气味控制植物代谢组学研究也可用于生物气味的控制。
气味物质是由代谢产物分解而产生的，可以通过代谢产物分析来控制气味物质。
例如，对茶香的研究可以通过气味物质分析来改进茶叶加工工艺，控制气味质量。
3. 植物保护植物代谢组学研究对植物保护也有积极意义。
提高植物代谢产物含量，可以增加植物的抵抗力；或根据代谢产物消耗量来制定动植物共生计划，从而保护生态平衡。
4. 品质控制代谢组学研究也可用于产品品质控制。
例如，利用代谢产物分析检测到，烯丙基普通对苯酚是和葡萄酒中风味物质共同解释葡萄酒中的特殊风味和口感。
因此，代谢组学可以帮助各行业提高产品品质。
代谢组学在植物代谢研究中的应用
代谢组学在植物代谢研究中的应用一、本文概述代谢组学，作为系统生物学的一个重要分支，专注于生物体在特定生理或环境条件下所有低分子量代谢物的定性和定量分析。
这一领域的研究不仅深化了我们对生物体内复杂代谢网络的理解，也为揭示生命活动的本质提供了新的视角。
近年来，代谢组学在植物科学领域的应用日益广泛，尤其在植物代谢研究中发挥了不可替代的作用。
本文旨在探讨代谢组学在植物代谢研究中的应用。
我们将简要介绍代谢组学的基本原理和研究方法，包括代谢物的提取、分离、检测以及数据分析等。
随后，我们将重点阐述代谢组学在植物代谢研究中的几个主要应用领域，如植物次生代谢产物的分析、植物对环境胁迫的响应机制以及植物与微生物互作的研究等。
我们还将讨论代谢组学在植物代谢研究中的优势与挑战，并展望其未来的发展方向。
通过本文的阐述，我们期望能够增进读者对代谢组学在植物代谢研究中的应用价值的认识，并为相关领域的研究提供有益的参考和启示。
二、代谢组学基本原理与技术代谢组学，作为一种研究生物体系中所有小分子代谢物（分子量通常小于1000 Da）的定性定量分析的科学，近年来在植物科学研究领域得到了广泛应用。
代谢组学的基本原理主要基于生物体系的代谢是遗传信息表达的最终体现，即基因型和表型之间的桥梁。
代谢组学通过全面、系统地研究生物体系在特定生理或环境条件下的代谢物变化，从而揭示生物体的代谢途径、调控机制以及代谢网络与表型之间的关联。
代谢组学的研究主要依赖于一系列先进的技术手段，包括样品制备、分离技术、检测技术和数据分析方法。
样品制备是代谢组学研究的首要步骤，它涉及到样品的采集、处理、提取和纯化等过程，以确保代谢物的完整性和代表性。
分离技术如气相色谱、液相色谱等，可以将复杂的代谢物混合物分离成单个组分，为后续的检测提供条件。
检测技术中，质谱技术和核磁共振技术是代谢组学中最常用的两种技术。
质谱技术具有高灵敏度、高分辨率和高通量的特点，能够同时检测多种代谢物，并给出其精确的分子量、结构信息等。
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[ 收稿日期 ] 2007-01-20 [ 通 讯 作 者 ] * 贾 伟, T e:l ( 021 ) 62932292, Fax: ( 021 ) 62932292, E-m a i:l w eijia@ sjtu. edu. cn
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指纹图谱, 作为通用 的准则 抢占国际 标准的 制高 点, 将更进 一步解决如何体现中药和制剂的整体性和复杂性的难 题, 是 中药现代化研究的一个重要的突破口 [15] 。 2 不同 / 型 0植物的代谢产物比较
对突变型或者基因改 造型植 物的代谢 变化 和正 常野生 型的差异进行比较, 或者对组织培 养得到的代谢产物与野生 型之间的差异 进行 比较, 评 价基 因改 造或 者组 织 培养 的效 果、筛选优良品种等 有重要 作用。随 着生物 技术 的进步, 这 方面的 研究 将 越 来 越广 泛。 M urch采 用 HPLC-M S 对黄 芩 Scutellaria baicalensis代谢成分进 行研 究, 发现 了 2 000个成 分, 并对其中的 781个成分进行鉴定, 从而为筛选、评价优良 品种建立了筛选 模型 [16]。 D avu luri应用代 谢组 学方 法研究 了基因改造西红柿中与 人体健 康相关 的成分类 胡萝 卜素和 解毒的黄酮类成分与野生株的差别, 同时也用代谢轮廓的方 法研究了来自葡萄的 1, 2-二苯 乙烯基 因的转 基因西 红柿中 的新的解毒 成分 [17]。 Fukusaki应用 代 谢组 学研 究 方法, 采 用 GC-M S从拟南芥 中鉴定了 48个 成分, 用 多维统计方法研 究了拟南芥叶和培养细胞 T 87 的差别, 确定了培 养细胞 T87 的代谢物差异, 证明 了细 胞培养 的优 势 [ 18] 。对 于珍稀 名贵 中药材, 代谢组学提供了全面评价 培养型和野生型之间的异 同, 筛选优良品种等Байду номын сангаас方法学 平台, 为是解 决资源 匮乏 中药材 提供了可能。 3 监测植物体内代谢产物的变化
代谢组学应用的 高灵敏度、高 通量检 测技 术, 可同时 对 大量代谢物进行定性定量分析 , 较为全面地研究植物不 同时 期或者不同部位代谢物种类与 含量变化, 并进一步通过 这些 变化来推测相应的代谢途径和 代谢网络; 也可用来研究 不同 生长环境对植物代 谢的影 响, 从 而对植 物进行 分类, 推测 亲 缘关系。由于植物利 用复杂的 机制来 维持体 内主 要代谢 物 水平的相对稳定, 因此对植物代谢组的分析力求可检测 样品 中每种代谢物, 这是进行功能基因组学研究和植物质量 控制 的基础。 F iehn对笋瓜 Cucurb ita m ax im a 的叶 柄脉 管和叶 片 抽提物进行 GC-M S分析, 得到了 400多个 峰, 通 过与质 谱数 据库比对, 初步鉴定出 90个化合物, 并比较了叶柄与叶 片之 间在糖、氨基酸等 代 谢物 组分 方面 的差 别 [ 13] 。 K im 对 3 种 麻黄植物 Ephed ra 进行了核磁氢谱 指纹图谱 分析, 通过 主成 分分析找到了它们之间的代谢 物差异, 证明指纹图谱分 析是 植物化学分类学的一个有力工 具, 并为其全面质量控制 带来 了可能 [ 14] 。中药做为一 个复 杂成分 体系, 应 用代谢 组学 技 术对其进行全面质 量控制, 保证 中草药 的药效 稳定 可靠性, 可以归属为中药指纹 图谱技术。一方面, 针对中药及其 制剂 产品进行大量的指纹图谱研究 , 建立系统的测定方法和 全面 的指标控制参数, 通过和 使得数 学模型 的建立, 表 征中药 的 特性, 表达成品的质量, 以达到 对原药 材和工 艺操 作的质 量 控制, 达到指纹图谱的可 操作性、稳 定、量 化的 目的, 提高 中 药质量控制的水平。另一方面 , 将传统的植物化学纯化 分离 技术与现代的基于色 谱-质谱联用技术对指 纹图谱中的 指纹 峰进行系统的指认和定量研究 , 寻找指纹特征和药效的 相关 性, 即 / 谱效 关系 0研 究, 探讨 指 纹 图谱 的 生物 等 效性 研 究 等, 使指纹图谱技术更 加合理 可靠的 控制中 药质 量。因此, 基于代谢组学思想的 化学分 析平台 得出的 中药成 分指纹 图 谱 ( 数据库 ), 包括了 体现 药效信 息的 多个 有效 部位 的各 种
第 32卷第 22期 2007 年 11月
# 综述 #
中国中药杂志
Ch ina Journal of Ch in ese M ateria M ed ica
V o.l 32, Issue 22 N ovem ber, 2007
代谢组学在植物代谢研究中的应用
淡 墨, 高先富, 谢国祥, 刘 忠, 赵爱华, 贾 伟*
析平台得出的 中药组 分各 种指 纹化图 谱 (数 据库 ), 作为 通 用的准则抢占国际标准的制高 点, 将成为中药现代研究 的一 个基本突破口。建立 完善的标 准组分 库是现 代中 药创制 的 前提性基础研发 资源, 魏陆 海等 [ 11] 认 为应着 重做 好以下 几 方面工作: 建立符合 GM P 中药生 产的控 制检测 (包 括栽培、 药材分级和炮制加工 )体系; 建立生药质量 控制标准体系; 建 立 新 药研 制 与 代 谢 图 谱 库; 构 建 优 质、道 地、珍 稀 中 药 材 DNA 分子标记与基因库。而代谢 组学在 解决这 些领域 的问 题时, 有其他方法无法比拟的优势 [12]。 1 指纹图谱分析
[ 关键词 ] 代谢组学; 代谢途径; 系统生物学; 中药; 功能基因组学; 蛋白质组学; 转 录组学 [ 中图分类号 ] R 284. 1 [文献标 识码 ] A [文章编号 ] 1001-5302( 2007) 22-2337-05
随着系统生物学的发展, 生命科学研究跨入了后基 因组 时代, 人们更加注重功能基因的研究。代谢组学是继基 因组 学和蛋白质组学之后出现的一 门新学科, 已成为后基因 组学 时代的一个非常重要 的分支。 20世 纪 90年 代末, 代谢 组学 的概念就已经在微 生物 领域出 现 [ 1] , 随后 T rethew ey 提出 了 代谢组学在植物领 域的重 要性 [2] 。代谢 组是指 某一组 织或 者细胞在一特定 生理 时期 内所 有低 分子 量的 代谢 产 物 ( 基 因表达终产物 ), 植物代谢 组学则 是对植 物的某 一组织 或细 胞在一特定生理时期 内所有 低分子 量代谢 产物同 时进行 定 性和定量分析。它是以组群指 标分析为基础, 以高通量 检测 和数据处理为手段, 以信 息建模 与系统 整合为 目标, 从宏 观 角度研究生 物机 体的 生化 变化, 从 而监 控或 者评 价 基因 功 能 [ 3] 。与微生物和动物 相比, 植物代 谢物种 类繁多, 其中 大 部分次生代谢产物具有重要的 生物学功能和商业价值, 因而 大量应用在药 品、食 品、抗氧 化剂、香 味 剂和 天然 色 素等 方 面。目前已知植物代谢产物达 20万种之多 [ 4] , 仅拟南芥 A rabidop sis thaliana 就预测有超过 5 000 种初级 和次 生代谢 产 物。相比之 下, 微 生 物 仅有 1 500 种 代 谢 物, 动 物 也 只 有 2 500种代谢物。当然海量的植物代谢 产物也为 科学研 究带 来了一定的困难 [ 5-7] 。
活动过程, 以及寻找 植物间 的亲缘关 系等等 提供 了可能, 同 时也为阐明中草药 / 黑箱体 0, 更 好的评 价中药, 为人 类所用 提供了一个良好的平 台。研究如 此大 量、复 杂的 化合物, 需 要依赖于先进的实验 设备和数 据分析 方法的 改进。 植物代 谢组学进行的是无差别代谢成分全分析, 代谢物的数量和化 学特性都是未知的, 所以分析方法 必须对较多的物质有一定 的灵敏度并且要避免 忽视某种 或某些 特定的 化合 物。现在 普遍应用在植物代谢组学研究方面的分 析技术有 NMR, GCM S, LC-M S, FTM S[8] 和 CE-M S [ 9], 然而它们在对特 定化合物 的分析或者灵敏度或 者选择性 方面均 有一定 的局 限性。高 通量分析技术为研究纷 繁复杂 的植物 次生代谢 体系 提供了 可能, 同时也产生了 前所未 有的海 量数 据。因此, 如 何利用 统计学、生物信息学方法从海量数 据中获得有意义的信息已 成为研究能否取得成 功的非常 重要的 环节。目 前常 用的分 析方法有多元回 归 ( m ultip le reg ression)、判别 分析 ( discr im -i nant ana lysis)、主成分分 析 ( pr inc ipal componen t ana lysis)、聚 类分析 ( h ierarch ica l c luste r ana lys is)、因素 分析 ( factor ana lysis)和经 典分析 ( canonica l analysis) 等等 [ 10] 。分析技 术和数 据处理技术的快速发 展将推动 植物代 谢组学 迅猛 发展。近 年发展起来 的多级联 用技术、U PLC等 等都为植物 代谢组学 研究提供了巨大的推 动力。将植 物代谢 分析的 结果 与转录 组学、蛋白质组学和基因组学相结 合将有利于建立基因和代 谢产物之间的完整网络 关系, 从而为 从基因、蛋 白和 代谢角 度进一步全面阐明植物 代谢规 律及其 关键步骤 打开 了智慧 之门。对于中药研究来说, 利 用现代 分析技 术, 从不 同层面 深入阐明初级及其次生 代谢产 物, 为 开发中 草药 打好基 础。
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第 32卷第 22期 2007 年 11月
中国中药杂志
Ch ina Journal of Ch in ese M ateria M ed ica
V o.l 32, Issue 22 N ovem ber, 2007
对于中药而言, 可以利用植物代谢组的研究方法和思路 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 , 应用现代代谢组学研究 方法 对道地药材进行指纹图谱水平 鉴别, 严格控制中药原药 材质 量。在现代中药系统 研究的 指导思 想上, 建立 符合 多成分、 多靶点、整体调节的中医 药基本 思想的 研究方 法, 以现代 技 术进行有效的科学 表征。建立 基于代 谢组学 思想 的化学 分