《植物代谢组学》
代谢组学的研究方法和研究流程-PPT
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• 优点：能够对样品实现非破坏性、非选择 性分析。它是唯一既能定性, 又能在微摩 尔范围定量有机化合物的技术。
• 缺点：灵敏度相对较低, 不适合分析低浓 度代谢物。
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代谢组学的研究流程
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代谢组学研究流程
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代谢组学各分析流程技术
样品的提取
自动进样 样品预处理
化合物的分离
检测及鉴定
数据分析与可 视化，建模与 仿真
固相微萃取 固相萃取 亲和色谱
气相色谱 液相色谱 毛细管电泳
光谱 质谱 核磁共振 电化学
生物信息学 化学信息学 化学计量学 计算生物学
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2024/1/3
代谢组学的研究流程
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结束
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代谢组学的研究方法
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代谢产物分析4个层次
• 代谢物靶标分析。对个别特定组分分析。 • 代谢轮廓分析。对预设组分的分析。 • 代谢组学。特定样品中所有代谢物分析。 • 代谢指纹分析。比较代谢物指纹图谱。
2024/1/3
真正意义的代谢组学研究。 预处理和检测技术需满足高 灵敏度、高选择性和高通量 的要求。需要对获得的数据 进行解析。
Mass Selective Detector
MS
Mass Spectrometer
A B C D
Identification
• 优点：集色谱法的高分离能力和质谱法的结构鉴
定能力于一体 ， 灵敏度高，可检测到大量低含量 的小分子代谢产物。
• 缺点：无法分析热不稳定性的物质和分子量较大
的代谢产物。
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桂花花期不同阶段代谢组与比较转录组分析及花色和花香关键基因的克隆
利用已克隆的关键基因，发掘与之相关的其他基因资源，进一步拓展花色和花香研究领域。通过比较不同物种的花色和花 香相关基因，可以发现新的基因资源和潜在的进化机制。
应用实践
将研究成果应用于实践，如花卉育种、香气改良等。通过研究不同品种间花色和香味的差异，培育具有优良性状的花卉新 品种。同时，研究结果还可以为香气合成和香气改良提供理论指导和技术支持。
比较转录组学分析
转录本的提取和检测
转录本
01
02
03
提取方法
检测方法
指真核生物基因表达的中间产物 ，是mRNA前体剪接、拼接后 的结果。
通常采用基于RNA的分离和纯 化方法，如聚乙二醇沉淀法、离 子交换法等。
通常采用高通量测序技术，如 Illumina测序、PacBio测序等。
转录本的分类和鉴定
《桂花花期不同阶段代谢组 与比较转录组分析及花色和
花香关键基因的克隆》 2023-10-29
目 录
• 研究背景与目的 • 材料与方法 • 代谢组学分析 • 比较转录组学分析 • 花色和花香关键基因的克隆 • 结论与展望
01
研究背景与目的
研究背景
桂花是我国的传统名花，具有悠久的栽培历史和广泛的用途。其花色和花香是观 赏和利用的重要品质，受到许多研究者的关注。
研究结论
代谢组学分析
通过对桂花花期不同阶段的代谢组学分析，发现了许多与花色和花香相关的代谢物，如类黄酮、挥发性有机物等。这些代谢 物的变化与花色的深浅和花香的味道密切相关。
转录组学分析
通过对花期不同阶段的转录组学分析，发现了许多与花色和花香相关的基因，如与类黄酮合成、花香代谢等相关的基因。 这些基因的表达模式与代谢物的变化趋势一致，进一步证明了它们在花色和花香形成中的重要作用。
代谢组学ppt课件
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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。
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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。
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(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)
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(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
植物代谢与次生代谢物研究
植物代谢与次生代谢物研究植物代谢是指植物体内的化学物质转化过程，包括生理代谢和生化代谢两个方面。
生理代谢是指维持植物正常生命活动所需的基础代谢，而生化代谢则是指植物针对内外环境变化而产生的次生代谢物。
植物的次生代谢物对人类和生态环境都具有重要的意义，因此在科学研究中备受关注。
一、植物代谢研究的重要性植物代谢研究可以帮助人们更好地了解植物生长发育过程中的代谢规律，揭示植物与环境之间的相互作用。
此外，对植物代谢的深入研究还可以为植物遗传改良和高效利用提供理论基础和技术支持。
二、植物代谢的分类植物代谢可以分为原代代谢和次生代谢两大类。
原代代谢是指维持植物正常生长需要的代谢过程，包括光合作用、呼吸作用、糖代谢等。
次生代谢是植物在特定环境条件下合成的化学物质，不是植物生长发育必需，但对植物的适应性和生存具有重要作用。
三、次生代谢物的研究1. 次生代谢物的种类：植物次生代谢物包括生物碱、黄酮类化合物、挥发性油脂等。
不同的植物种类会合成不同种类和数量的次生代谢物，因此研究次生代谢物的分布和功能具有较大的科学和应用价值。
2. 次生代谢物在人类健康中的应用：许多药物和保健品中都含有来自植物的次生代谢物，这些物质对人类的健康具有积极的影响。
研究植物代谢物可以帮助我们发掘植物潜在的药用价值。
3. 次生代谢物的生态功能：植物次生代谢物不仅仅对人类有益，它们在植物与其他生物的互动过程中也起到重要作用。
例如，植物次生代谢物可以用于吸引传粉昆虫、抵御害虫、招引天敌等。
4. 次生代谢物的合成途径：研究植物次生代谢物的合成途径可以为植物遗传改良和药物开发提供指导。
通过转基因技术和代谢工程等手段，可以提高目标次生代谢物的产量和质量。
四、植物代谢研究的方法1. 代谢组学：通过大规模检测和分析植物代谢物的方法，用于研究植物在不同生长发育阶段和环境条件下代谢物的变化规律，揭示植物代谢的调控机制。
2. 代谢工程：通过基因工程和代谢工程手段，调控植物相关基因的表达，增加目标次生代谢物的合成产量和质量。
基于植物代谢组学的栽培型与野生型野菊花的化学成分比较及定量分析
* 国家十二五“重大新药创制”科技重大专项(2012ZX09301002-001)；国家十二五“重大新药创制”科技重大专项(2012ZX09201201-001) ** 通信作者 Tel ：（010）57833290；E-mail ：zmzou@ 第一作者 Tel ：139********；E-mail ：gulf@成分分析基于植物代谢组学的栽培型与野生型野菊花的化学成分比较及定量分析*韩正洲1，3，杨勇2，贾红梅2，魏民3，马庆3，詹若挺1，陈蔚文1，邹忠梅2**（1.广州中医药大学中药资源科学与工程研究中心，岭南中药资源教育部重点实验室（广州中医药大学），广州 510006；2.中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所，北京 100193；3.华润三九医药股份有限公司，深圳 518110）摘要 目的：研究栽培型与野生型野菊花药材之间的化学成分差异。
方法：采用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF/MS ）技术，结合化学计量学，对栽培型和野生型野菊花药材的整体化学组成进行比较，并采用超高效液相对其中的主要差异成分进行定量分析。
结果：主成分分析结果显示，栽培与野生型野菊花在t ［1］主成分方向区分明显，表明两者的化学组成存在显著差异。
随后采用正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA ）方法筛选和鉴定两者的差异成分，结果显示，香叶木 素-7-O -芸香苷、刺槐素-7-O -（6″-O -α-L -鼠李吡喃糖-β-槐糖苷）、木犀草素、蒙花苷、5-羟 基-4′-甲氧基-黄酮-7-O -α-L -吡喃鼠李糖（1→6）［2-O -乙酰-β-D -吡喃葡萄糖（1→2）］-β-D 吡喃葡萄糖苷、芹菜素、3，5-二咖啡酰奎宁酸、4，5-二咖啡酰奎宁酸和刺槐素含量在两者间存在显著性差异，可以作为区分栽培型和野生型野菊花的特征性成分。
结论：植物代谢组学技术能快速筛选特征性化学成分，为野菊花的质量评价提供有效手段。
代谢组学的定义(1)
代谢组学的定义代谢组学(metabolomics/metabonomics)[1, 2]是上世纪90 年代中期发展起来的一门新学科，它是研究生物体系受外部刺激所产生的所有代谢产物变化的科学，所关注的是代谢循环中分子量小于1000 的小分子代谢物的变化，反映的是外界刺激或遗传修饰的细胞或组织的代谢应答变化。
代谢组学的概念来源于最初人们提出的“代谢物组”(metabolome)，即指某一生物或细胞所有代谢产物，后来发展为代谢组学的概念。
其最主要的特征是通过高通量的实验和大规模的计算，从系统生物学的角度出发，全面地综合地考察机体的代谢变化。
作为一种崭新的方法学，代谢组学已成为国际上疾病与健康研究的一个重要热点。
Nicholson 研究小组于1999 年提出了metabonomics 的概念[1]，并在疾病诊断、药物筛选等方面做了大量的卓有成效的工作[3, 4]。
Fiehn 等[5]提出了metabolomics 的概念，第一次把代谢产物和生物基因的功能联系起来。
之后很多植物化学家开展植物代谢组学的研究，使代谢组学得到了极大的发展，形成了当前代谢组学的两大主流领域：metabolomics 和metabonomics。
前者是对生物系统整体的、动态的认识(不仅关心代谢物质的整体也关注其动态变化规律)，而后者强调分析且是个静态的认识概念，因此可以认为metabolomics 是metabonomics 的一个组成部分。
代谢组学经过不断的发展，一些相关层次的定义已被学术界广泛接受。
第一个层次为靶标分析，目标是定量分析一个靶蛋白的底物和/或产物；第二个层次为代谢轮廓分析，采用针对性的分析技术，对特定代谢过程中的结构或性质相关的预设代谢物系列进行定量测定；第三个层次为代谢指纹，定性或半定量分析细胞内外全部代谢物；第四个层次为代谢组分析，定量分析一个生物系统全部代谢物，其目前还难以实现。
目前，代谢组学已在药物毒性和机理研究[6-7]、微生物和植物研究[8,9]、疾病诊断和动物模型[10, 11]、基因功能的阐明[12]等领域获得了较广泛的应用，在中药成分的安全性评估[13]、药物代谢分析[14]、毒性基因组学[15]、营养基因组[16]、药理代谢组学[17-19]、整合药物代谢和系统毒理学[20, 21]等方面也取得了新的突破和进展代谢组学的具体研究方法是：运用核磁共振(NMR)、质谱(MS)、气质联用(GC-MS)、高效液相色谱(HPLC)等高通量、高灵敏度与高精确度的现代分析技术，通过对细胞提取物、组织提取物、生物体液(血浆、血清、尿液、胆汁、脑脊液等)和完整的脏器组织等随时间变化的代谢物浓度进行检测，结合有效的模式识别方法进行定性、定量和分类，并将这些代谢信息与生理病理过程中的生物学事件关联起来，从而了解机体生命活动的代谢过程[22]。
三个玫瑰品种花色物质的代谢组学分析
三个玫瑰品种花色物质的代谢组学分析作者：魏丽琴种培芳包新光何海玲李清清来源：《广西植物》2024年第02期摘要：玫瑰（Rosa rugosa）具有很高的观赏价值和商业价值，但其花色比较单一，限制了玫瑰的开发利用及其在园林造景中的应用。
为了探究‘苦水玫瑰’‘墨红玫瑰’和‘保加利亚白玫瑰’3个不同品种玫瑰的呈色物质，该研究利用超高效液相色谱-四级杆-飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF-MS）联用检测花瓣类黄酮的种类和含量，通过KEGG数据库对差异代谢物进行富集分析，筛选出关键代谢物，并分析与花色表型值的相关性。
结果表明：（1）在3个不同色系玫瑰花瓣中共检测到58种代谢物，其中花青素只有一种为矢车菊-3-O葡萄糖苷，约占30.45%。
（2）K-means聚类分析表明，共有12种关键代谢物注释到KEGG代谢通路中，其中乔松素和杨梅黄酮是决定‘苦水玫瑰’和‘墨红玫瑰’花色呈红色的主要物质，圣草酚、木犀草素和山萘酚是决定‘保加利亚白玫瑰’花色呈白色的主要物质。
该研究结果可为具有特定颜色玫瑰的育种提供理论依据，并促进玫瑰在园林绿化中的应用。
关键词：玫瑰品种，花色物质，代谢组学，UPLC-Q-TOF-MS，相关性中图分类号：Q946 文献标识码：A 文章编号：1000-3142（2024）02-0281-10****************.cn。
Metabolomics analysis of flower color substances in three Rosa rugosa cultivarsWEI Liqin， CHONG Peifang*， BAO Xinguang， HE Hailing， LI Qingqing（ College of Forestry， Gansu Agricultural University， Lanzhou 730070， China ）Abstract： Rosa rugosa is a deciduous shrub belonging to Rosa L. in Rosaceae. It has a high ornamental value and commercial value， but its single color limits the development and utilization of rose and its application in landscape architecture. In order to explore the coloring substances of three different varieties of roses，‘Rosa rugosa×Rosa sertata’，‘Rosa Crimson Glory’ and ‘Rosa alba’， this study used ultra-high performance liquid chromatography-quadrupole-time-of-flight mass spectrometry （UPLC-Q-TOF-MS） to detect the types and contents of flavonoids in petals. The KEGG database was used to enrich the differential metabolites， screen out the key metabolites，and analyze the correlation with the phenotypic value of flower color. The results were as follows：（1） A total of 58 metabolites were detected in the petals of three different color rose varieties， of which only one anthocyanin was cyanidin-3-O-glucoside， accounting for 30.45%. （2） K-means clustering analysis showed that a total of 12 key metabolites were annotated to the KEGG metabolic pathway. Among them， pinocembrin and myricetin were the main substances that determined the red color of ‘Rosa rugosa×Rosa sertata’ and ‘Rosa Crimson Glory’， and eriodictyol， luteolin and kaempferol w ere the main substances that determined the white color of ‘Rosa alba’. In conclusion，this study can provide a theoretical basis for the breeding of roses with specific colors and promote the application of roses in landscaping.Key words： Rosa rugosa cultivars， flower color substances， metabolomics， UPLC-Q-TOF-MS， correlation花色是園林植物的重要特征，决定着观赏植物的观赏价值和商业价值（黄沙沙，2017）。
基于植物代谢组学的湘西宜昌悬钩子不同部位化学成分差异的研究
〔２〕张萍，李明华，刘薇，等２０１５年全国中药材及饮片质量状况分析与探讨〔Ｊ〕中药材，２０１６，３９（１０）：２４００２４０６〔３〕李丽红，刘丽婷，刘亚男，等基于综合评分法优选猪苓最佳炮制方法〔Ｊ〕天津中医药大学学报，２０１９，３８（０５）：４９１４９５〔４〕杨宇多指标综合评价中赋权方法评析〔Ｊ〕统计与决策，２００６，（１３）：１７１９〔５〕刘秋艳，吴新年多要素评价中指标权重的确定方法评述〔Ｊ〕知识管理论坛，２０１７，２（０６）：５００５１０〔６〕ＳａａｔｙＴＬＴｈｅａｎａｌｙｔｉｃＨｉｅｒａｒｃｈｙＰｒｏｃｅｓｓ：ｐｌａｎｎｉｎｇ，ＰｒｉｏｒｉｔｙＳｅｔｔｉｎｇ，ＲｅｓｏｕｒｃｅＡｌｌｏｃａｔｉｏｎ〔Ｍ〕ＮｅｗＹｏｒｋ：ＭｃＧｒａｗＨｉｌｌ１９８０〔７〕朱建军层次分析法的若干问题研究及应用〔Ｄ〕东北大学，２００５〔８〕李斌层次分析法和特尔菲法的赋权精度与定权〔Ｊ〕系统工程理论与实践，１９９８，（１２）：３５〔９〕丰朴春，陈大勇，杨蕾馨优序图法在投标项目选择中的应用研究〔Ｊ〕价值工程，２０１１，（２８）：７２７３〔１０〕辛德财，王鹏文，王国琴，等优序图法在鲜食糯玉米食味品质评价中的应用〔Ｊ〕天津农学院学报，２０１０，１７（４）：２１２４〔１１〕李琴炮制工艺和炮制时间对何首乌成分含量的影响研究〔Ｊ〕医药前沿，２０１６，６（０１０）：３２１３２２〔１２〕任峰，牛东晓，赵晓坤用简化的ＡＨＰ法实现动力电源性能评价〔Ｊ〕华北电力大学学报，２００５，（０４）：６３６５〔１３〕金新政，厉岩优序图和层次分析法在确定权重时的比较研究及应用〔Ｊ〕中国卫生统计，２００１，（０２）：５５５６〔１４〕丰朴春，陈大勇，杨蕾馨优序图法在投标项目选择中的应用研究〔Ｊ〕价值工程，２０１１，３０（２８）：６２６３〔１５〕王莲芬，许树柏层次分析法引论〔Ｍ〕中国人民大学出版社，１９９０