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项目文章Microchemical Journal | 代谢组揭示杜仲不同组织间的差异及相关性

2021-12-29
中科新生命
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杜仲是我国特有的乡土树种,具有很高的经济、药用和生态价值,自然分布于贵州、四川、湖南、河南等省区。在药理研究中,杜仲提取物具有降血压、降血脂、抗糖尿病、抗炎、神经保护、延缓衰老等保健作用。由于杜仲含有环丙烷、木脂素、苯丙素、类黄酮和酮类等多种药用成分,对其叶、皮、种子的药用价值和生物活性的研究一直是人们关注的焦点。

2021年9月29日,北京化工大学董益阳教授为通讯作者(陈江艳和王维滔为共同第一作者)Microchemical Journal(IF=4.821)发表了题为“Application of UHPLC-Q-TOF MS based untargeted metabolomics reveals variation and correlation amongst different tissues of Eucommia ulmoides Oliver”的论文,本研究通过非靶向代谢组技术对杜仲的叶、皮、种子的代谢表型进行了描绘和比较,为杜仲资源开发奠定了理论基础。上海中科新生命参与了本研究中非靶向代谢组检测工作


技术路线


研究结果

1. 代谢物鉴定结果

从杜仲的叶片(EL),树干树皮(EB),树枝树皮(EBB),种子(ES)中共鉴定出2373种代谢物,包括1386种来自正离子模式的代谢物和987种来自负离子模式的代谢物。其中脂质和类脂分子所占比例最大,占总鉴定代谢物的22.461%。未分类的代谢物占总代谢物的15.887%,有机酸及其衍生物占比13.569%,其次是苯丙烷和聚酮类化合物占比12.432%,有机杂环化合物占比11.252%,有机含氧化合物占比0.451%和苯类化合物占比9.608%。

2. PCA/PLS-DA统计学发现差异代谢物

在PCA模型发现,除EB和EBB组外,其它部位间代谢物表达模型存在显著差异。为了进一步筛选差异代谢物,研究者对EL、EB、EBB和ES组之间进行方差分析(ANOVA)和偏最小二乘回归分析(PLS-DA),以P value<0.05和VIP>1.5筛选差异代谢物。在这些组中,共筛选出116种差异代谢物,主要是脂类和类脂分子、有机氧化合物、有机酸及其衍生物、苯类、有机杂环化合物、苯丙类和聚酮类化合物。


PCA分析

3. 生物信息学分析

通过次聚类发现杜仲不同组织中的代谢物呈现出明显的差异表达模式,例如发现诸如脂类和类脂分子如杜鹃酸、甘油磷胆碱、棕榈酸糖酸a主要在种子中表达,而2,3-二甲基苯甲酸、酪胺和人参皂苷a等主要在树皮中表达。


层次聚类分析

通过构建相关性网络网,可以对代谢物之间的关系进行分析,例如图中甘油酸和棉子糖显示出与其他代谢物显著负相关,这可能表明这两种代谢物被分解并用来合成其他代谢物。


差异代谢物表达相关性展示

KEGG通路富集分析显示苯丙烷类化合物的生物合成、组氨酸和嘌呤生物碱的生物合成、ABC转运蛋白、植物激素的生物合成和苯丙氨酸代谢是造成欧盟不同组织代谢差异的主要途径。其中苯丙烷合成通路在不同组织间差异较大,该通路中包括山奈酚、槲皮素、芦丁和绿原酸等杜仲必需的药用活性成分。因此研究者根据相关代谢组数据绘制了苯丙烷生物合成的途径,以揭示它们在不同组织中的相互作用。


杜仲不同组织中苯丙烷生物合成途径

小结

本研究通过非靶代谢组研究为分离和鉴定杜仲的新成分提供了理论依据,也为进一步阐明杜仲在这些组织中差异代谢物的生物合成途径奠定了基础。