【前沿组学】您所不了解的黄瓜清香味

2018-11-10 12:15:03, 安捷伦 TSA 团队安捷伦科技（中国）有限公司

黄瓜，是人们日常生活中常见的蔬菜之一，它不仅口感清脆，含水量极高，且含抑制糖类转化为脂肪的丙醇二酸，被视为减肥养身的明星产品。它的嫩籽含维生素 E 较多，还有美肤作用，经常有爱美的女士将它切片贴在脸上改善面部皮肤。

除了黄瓜本身的营养价值，很多食客酷爱其特有的淡淡清香味，从薯片到饮料，都开发了黄瓜口味，并且十分畅销。吃了多年的黄瓜，您可知道它的这种独特的清香缘由何物？这一期的前沿组学为您分享代谢组与转录组整合，闻香识黄瓜。

分享内容来自中国科学院遗传与发育研究所王国栋研究员课题组在 Plant Physiology 上发表的题为 Integrative Analyses of Nontargeted Volatile Profiling and Transcriptome Data Provide MolecularInsight into VOC Diversity in Cucumber Plants (Cucumis sativus) 的文章。

文章链接：http://www.plantphysiol.org/content/early/2016/07/25/pp.16.01051.full.pdf+html

代谢组与转录组整合深度解析黄瓜挥发性有机物的生物合成途径

在自然界，植物能够合成和释放多种多样的挥发性有机化合物，这些化合物在吸引昆虫授粉、种子传播、植物防御过程中抵御外界干扰及对人类的营养健康等方面发挥重要作用。黄瓜（Cucumis sativus L.），是一种广泛种植的重要的经济栽培蔬菜，以清香味道闻名，然而人们对于黄瓜挥发性化合物生物合成及调控的分子机制尚不清楚。本研究采用代谢组与转录组整合，首次全面解析了黄瓜不同部位、不同生长阶段 23 个组织中挥发性有机化合物（volatile organic compounds, VOCs）的分布及生物合成网络。

代谢组分析揭示挥发性化合物的组织分布特点

为了整体表征黄瓜 VOCs 的代谢轮廓，研究选取了黄瓜测序品种 9930 不同组织、不同发育阶段的 23 个样品（图1），利用固相微萃取结合安捷伦 7890A GC-5975C MSD 系统对挥发性化合物种类及含量进行了全面分析。

图 1. 用于 VOCs 代谢轮廓和转录组分析的 23 个黄瓜组织样品

检测并鉴定到 85 个挥发性化合物信号，其中有多达 36 种挥发性萜类化合物。对 85 个挥发性化合物进行主成分分析（PCA）及聚类分析（图2），揭示黄瓜挥发性化合物含量呈现出组织特异性分布特点。这种高度组织特异性，为代谢-基因关联分析筛选参与 VOCs 生物合成通路的候选基因提供了便利。

图 2. 黄瓜挥发性化合物 PCA 和聚类分析

转录组分析揭示组织基因表达量

利用 RNAseq 技术得到了黄瓜 23 个组织的转录组数据。23 个组织中，在至少一个组织中表达量超过 0.5 FPKM 的基因有 21788 个，这 21788 个基因在各组织中的表达量为 67 至 152 FPKM，其中 46.59％的基因表达量为 10 至 100 FPKM（图3A）。与代谢组数据中 VOCs 含量的高度组织特异性相反，只有一小部分基因（6.26％）表现出了组织特异性（图3B），这些基因被认为参与了黄瓜中的特异代谢途径（包括 VOC 生物合成）。

图 3. （A）23 个黄瓜组织基因整体表达水平; (B) 23 个黄瓜组织中有组织特异性的基因个数

代谢物-基因关联分析及体外生化结果

利用挥发性代谢物-基因关联分析，构建了黄瓜挥发性化合物的代谢网络，系统性研究和阐明黄瓜挥发性化合物的生物合成通路和调控的分子机制。

图 4.黄瓜挥发性化合物-基因关联分析

体外生化结果表明，黄瓜 TPS11/TPS14，TPS01 和 TPS15 可能分别参与了根，花和果实中挥发性萜类化合物的合成，进一步研究发现 SSUI 可能在根和花中调控了挥发性单萜前体 GPP 的合成，从整体上揭示黄瓜挥发性萜类物质多样性形成的分子基础。

本研究采用代谢组与转录组结合，整体研究了黄瓜挥发性有机化合物生物合成及调控机制。该研究为进一步明确挥发性化合物在植物-环境互作中的生理功能，以及黄瓜风味品质改良育种方面均奠定了坚实基础。本研究亦是首次对一种植物各组织挥发性成分进行整体性分析的报道。

参考文献：

G Wei，P Tian，F Zhang，H Qin，H Miao, GDWang et al, Integrative Analyses of Nontargeted Volatile Profiling and Transcriptome Data Provide Molecular Insight into VOC Diversity in Cucumber Plants (Cucumis sativus), Plant Physiology, 2016, 172,603-618

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