“百益之果”不同产地果实形态及活性成分的差异性研究-代谢组学

“百益之果”皱皮木瓜在不同产地果实形态及活性成分的差异性研究-代谢组学解读

文章标题：Comparative Metabolomics Study of Chaenomeles speciosa(Sweet) Nakai from Different Geographical Regions

发表期刊：FOODS

发表时间：2022.3.31

影响因子：4.35

合作客户：西南大学

百趣生物提供服务：植物广靶代谢组学检测服务

研究背景

百趣代谢组学解读，皱皮木瓜作为一种可鲜食的水果备受人们的喜爱，在我国的云南、贵州、山东、四川、浙江和重庆，湖北和安徽等地广泛栽培。皱皮木瓜果实中含有多种营养物质和活性成分，在抗癌、抗氧化、抗病毒、抗菌性能、抗炎等方面有着一定的作用。本文选取了8个皱皮木瓜的主要产地进行研究，系统的论证了生态环境因素对皱皮木瓜果实代谢产物的影响。

01.研究内容

地理区域气候条件对果实大小的影响

百趣代谢组学解读，在本研究中，收集了8个主要产地YN(中国云南临沧马台乡)、GZ(中国贵州镇安桐梓坪)、CQ(中国重庆綦江打通)、ZJ(中国浙江淳安左口)、HB(中国湖北长阳土家族自治县榔坪)、AH(中国安徽宣城新田)、SC(四川达州复兴)和SD(山东临沂汤河)。图1A为本研究的8个聚集点，图1B为8个产区的经纬度，图1C,D为各气候参数。SD是八个产地中气温最低的地区，海拔高度HB最高，YN次之，SD和AH最低。YN年降雨量最高，SD年光照时间最长，年降雨量最少。广州和CQ的年降水量和光照时数均低于ZJ、HB、AH和SC。从总体上看，8个不同果区的气候条件存在明显差异。

对商品成熟期的果实样本进行研究，表1是方差分析和Duncan检验的结果。从整体上看，SC和GZ产区的果实较其他地区明显较厚、较长、较重，其中AH产区的微型果实最多。不同品种的果实形态差异明显，特别是GZ、SC和AH。以上结果表明，不同地理区域的气候条件对果实大小有重要影响。

图1. 采集的果实样本的地理分布和气候条件，(A)样品生产地点，(B)八个区域坐标，(C)年降雨量(mm)和年日照时数(h)，(D)年平均温度(◦C)和海拔高度(m)

表1. 不同地区果实表观差异

02.不同地区果实代谢物检测分析

为进一步了解不同产地果实的代谢产物差异，采用UPLC-QqQ-MS/MS对8个产地的鲜果进行了检测分析，共鉴定到了974种代谢物，并将其分为19类（图2A/B），包括163种类黄酮、119种生物碱、118种萜、83种酚、58种氨基酸及其衍生物、50种有机酸及其衍生物、47种脂类、47种类固醇及其衍生物、40种碳水化合物和醇、39种苯丙素、38种核苷酸及其衍生物、30种香豆素、20种木脂素、17种苯及其取代衍生物、15种口山酮、15种维生素及其衍生物、14种醌、13种植物激素和48种其他类代谢物。百趣代谢组学解读。

图2. 不同地区果实代谢物聚类热图、饼图、HCA图和PCA图展示

03.TCMSP数据库中识别有效代谢物

我们将鉴定到的974个代谢物与TCMSP数据库进行匹配，以确定与抗病和药物靶点相关的有效成分，对匹配到的有效成分进行分类统计，并对疾病和药物靶点分别进行了相关性作图分析。如图3所示，黄酮类化合物在与疾病和药物靶点相关的代谢产物中含量最高，相关性也最显著。此外，木脂素、苯丙素和生物碱类物质也与疾病或靶点显著相关。为了进一步寻找潜在的关键活性代谢物，以口服利用度(OB)≥30%和类药性(DL)≥0.18作为筛选标准，发现黄酮类化合物是潜在的主要抗病成分。百趣代谢组学解读。

图3. (A)19种化合物与326种相关疾病代谢物的Pearson相关性分析、(B) 19种化合物类与336个相关靶点代谢物的Pearson相关性分析

*不同类别与疾病或目标有显著相关性，p < 0.05

**不同类型与疾病或靶标显著相关，p < 0.01

***不同类别与疾病或靶标显著相关，p < 0.001

04.不同地区气候、主要代谢物和差异代谢物的相关性研究

在研究中我们还发现经纬度与黄酮类代谢产物含量存在较强的负相关关系。纬度越高(◦N)，类黄酮含量越低，如表2所示。为了进一步分析寻找不同产地木瓜果实代谢物的差别，我们对数据进行了可视化作图分析，如图3所示，对筛选到的548个差异代谢物的种类按数量进行排序（图4A），并将其映射到KEGG数据库中，选出差异显著性前25的通路进行绘制（图4B），发现黄酮类化合物在木瓜果实的代谢中起着主要作用。百趣代谢组学解读。

表2. 气候特征与主要大类代谢物的相关性分析

图4. 548个差异代谢物分析，(A) C. speciosa 548个差异代谢物的分类，(B) 548个差异代谢物和前25个通路的KEGG富集分析，(C)选择潜在的标记代谢物，使每个区域的标记代谢物可视化
05.核心区的确定及与其他区域的比较

经过前期研究分析，我们发现YN与其他产地差异显著。我们将YN作为一个核心群体与其他群体进行比较。如图5A所示，绘制不同地区差异代谢物的集合图（图5A），最终选择25个共同的差异代谢物作为YN的关键代谢物，并进行层次聚类图的绘制（图5C）。此外，我们对YN地区果实差异代谢物进行了富集通路分析表明黄酮类化合物的生物合成、甾体激素的生物合成、苯丙素的生物合成和生物碱的生物合成途径是YN区果实代谢物主要的富集途径（图5D）。百趣代谢组学解读。

图5. YN与其他区域差异代谢物的比较，(A)常用的代谢物用倒置图表示，(B)共有代谢物中含量最高的5种代谢物，(C) 25种常见代谢物的热图，(D) YN中含量较高的差异代谢物KEGG富集分析

结论

百趣代谢组学解读，在本研究中，我们对8个地区皱皮木瓜果实的代谢物进行了研究，发现不同地区皱皮木瓜果实的代谢产物含量存在差异，表明了生态因素对皱皮木瓜果实的代谢有一定的影响，在8个地区中，YN地区和其他地区的代谢产物有着较为明显的差异。此外，本研究还将皱皮木瓜的代谢物和TCMSP数据库相结合，对数据源等重要信息进行了整理总结，以OB≥30%、DL≥0.18为筛选标准，共筛选出101个潜在的关键代谢产物，为其活性成分在治疗人类疾病方面提供了一定的参考依据。

文/阿趣代谢组学