2021-01-28 11:12:38, 多层组学定制服务 上海欧易生物医学科技有限公司
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前言
本文由鹿明生物合作客户中国农科院茶叶研究所合作客户陈亮博士课题组在Journal of Agricultural and Food Chemistry发表的题为 “Comprehensive Dissection of Metabolic Changes in Albino and Green Tea Cultivars”的研究成果,本研究采用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS非靶向代谢组学)和超高效液相色谱-质谱(LC-MS非靶向代谢组学)联用技术,对3种白茶(安吉白茶、黄金芽茶和白鸡冠)和两种绿茶(龙井43、福鼎)进行了代谢物分析。揭示了不同叶色茶树品种间代谢谱的差异。
中文标题:白化茶和绿茶品种代谢变化的综合分析
研究对象:白化茶和绿茶
发表期刊:Agricultural and Food Chemistry
影响因子:4.192
合作单位:中国农科院茶叶研究所
运用欧易/鹿明生物技术:GC-MS非靶向代谢组学、LC-MS非靶向代谢组学(由鹿明生物提供技术支持)
研究背景
白化茶树是茶树的一种特殊突变体,叶片为白色或黄色,有两种:一种是温敏型,另一种是光敏型。与绿茶品种相比,白化品种芽中氨基酸含量较高,多酚和咖啡因含量较低,但白化茶品种的代谢机制尚未被研究。
本研究利用代谢组学的手段研究白化茶和绿茶的代谢差异,对初级差异代谢物和次级代谢差异物进行了鉴定和分析。
研究思路
研究结果
1.3个白化茶品种和2个绿茶品种的表型特征
早春低温弱光条件下,3个白化品种的新梢均为黄绿色。当晚春嫩枝生长到第3片及第5片叶片完全开放的阶段时,“Aj”的叶色变白,“Bj”和“Hj”的叶色保持黄色,而正常的绿色品种“Fd”和“Lj”的叶色为深绿色(图1A)。
“Aj”、“Bj”和“Hj”的第3和第5片叶片中叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b的浓度显著低于“Fd”和“Lj”中的相应叶片(p<0.05,Student''s t检验)(图1B)。叶绿素a、b含量的降低可能是白化茶品种与绿茶品种色差的主要原因。
图1 | 白化茶品种和绿茶品种的叶片表型和叶绿素浓度
(A)白化茶品种和绿茶品种第3和第5片叶的叶片表型。安吉白茶(Aj)、白鸡冠(Bj)、黄金牙(Hj)、福鼎大白茶(Fd)、龙井43(Lj)。
(B)叶绿素浓度。采用Student’s t检验比较了白化茶树品种(Aj、Bj和Hj)和绿茶品种(Fd和Lj)叶片叶绿素含量。
“∗”表示显著差异(p<0.05),“∗∗”表示显著差异(p<0.01)。
2. 白化茶品种和绿茶品种代谢组学的差异
分别用HPLC-MS和GC-MS非靶向代谢组学对3个白化茶品种(Aj、Bj和Hj)和2个绿茶品种(Fd和Lj)的60份茶树叶片样品进行了代谢物分析。
通过HPLC-MS获得的代谢物在不同品种中不同,形成不同的簇,特别是白化茶品种和绿茶品种中的代谢物簇分成两个部分(图2A)。然而,通过GC-MS非靶向代谢组学得到的PCA结果不同品种间并没有明显分开,而且显示出一些样品的重叠。这可能是因为GC-MS检测到的代谢物在不同的品种之间的差异较小。通过LC-MS/MS非靶向代谢组学获得的代谢物在不同品种中不同,形成不同的簇,特别是白化品种和绿色品种中的代谢物簇成两个不同的部分。
图2 | (A)色谱-质谱数据和(B)气相色谱-质谱数据的主成分分析得分图
数据来自白化茶品种和绿茶品种的第3和第5片叶子的6个生物学重复。
3. 不同时期Aj和Lj叶片的代谢组学比较分析
“Aj”和“Lj”第3片叶中差异代谢产物集中的代谢途径,包括类黄酮生物合成、组氨酸和嘌呤生物碱生物合成、氨酰tRNA生物合成、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成等代谢途径上。“Aj”和“Lj” 第5片叶中差异代谢产物集中的代谢途径,包括硫代谢、苯丙酸生物合成、组氨酸和嘌呤衍生生物碱生物合成以及柠檬酸循环[三羧酸(TCA)循环](图3、4、5、6)。
图3 | GC-MS鉴定到的代谢物富集到的KEGG途径
白化茶品种(Aj、Bj和Hj)和绿茶品种(Lj和Fd)的第3或第5片叶中的差异代谢物被富集到不同的代谢途径上。根据超几何分布计算富集p值。选择p值为0.01的阈值来降低错误发现率。
4. 不同时期Aj和Fd叶片的代谢组学比较分析
“Aj”和“Fd”第3片叶中差异代谢产物集中的代谢途径,包括色氨酸代谢、氨酰tRNA生物合成、萜类骨架生物合成和玉米素生物合成等代谢途径。“Aj”和“Fd”第5片叶中差异代谢产物集中的代谢途径,包括丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸代谢和萜类骨干生物合成(图3、4、5、6)。
图4 | HPLC−MS鉴定到的代谢物富集到的KEGG途径
白化茶品种(Aj、Bj和Hj)和绿茶品种(Lj和Fd)的第3或第5片叶中的差异代谢物被富集到不同的代谢途径上。根据超几何分布计算富集p值。选择p值为0.01的阈值来降低错误发现率。
5、不同时期Bj和Lj叶片的代谢组学比较分析
“Bj”和“Lj” 第3片叶中差异代谢产物集中的代谢途径,包括咖啡因代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、硫代谢等代谢途径。“Bj”和“Lj” 第5片叶中差异代谢产物集中的代谢途径,包括苯丙酸的生物合成、组氨酸和嘌呤生物碱的生物合成、柠檬酸盐循环(TCA循环)、黄酮和黄酮醇的生物合成、黄酮类化合物的生物合成,氧化磷酸化和半乳糖代谢(图3、4、5、6)。
图5 | 不同品种不同叶期初级代谢物浓度的热图显示在代谢途径上
Log10根据刻度条,红色或绿色阴影表示每个品种在每个阶段的Log10浓度比。数据表示每个品种和阶段的6个生物学重复的平均值。
6. 不同时期Bj和Lj叶片的代谢组学比较分析
“Bj”和“Lj”第3片叶中差异代谢产物集中的代谢途径,包括苯丙酸的生物合成和咖啡因代谢。“Bj”和“Lj”第5片叶中差异代谢产物集中的代谢途径,包括植物激素生物合成、黄酮生物合成、戊糖磷酸途径、组氨酸和嘌呤生物碱生物合成、苯丙酸生物合成和柠檬酸循环(TCA循环)(图3、4、5、6)。
图6 | 不同品种不同叶期次级代谢物浓度的热图显示在代谢途径上
Log10根据刻度条,红色或绿色阴影表示每个品种在每个阶段的Log10浓度比。数据表示每个品种和阶段的6个生物学重复的平均值。
7.不同时期Hj和Lj叶片的代谢组学比较分析
“Hj”与“Lj”第3片叶中差异代谢产物集中的代谢途径,包括苯丙酸的生物合成、苯丙氨酸的代谢、苯丙酸的生物合成、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解以及组氨酸和嘌呤类生物碱的生物合成“Hj”与“Lj”第5片叶中差异代谢产物集中的代谢途径,包括半乳糖代谢、苯丙酸生物合成、苯丙酸生物合成、组氨酸和嘌呤生物碱生物合成、柠檬酸盐循环(TCA循环),植物激素的生物合成(图3、4、5、6)。
8. 不同时期Hj和Fd叶片的代谢组学比较分析
“Hj”和“Fd”第3片叶中差异代谢产物集中的代谢途径,包括苯丙酸的生物合成和氨酰tRNA的生物合成。“Hj”和“Fd”第5片叶质谱那个差异代谢产物集中的代谢途径主要是硫代谢、组氨酸和嘌呤生物碱的生物合成和玉米素生物合成等代谢途径(图3、4、5、6)。
研究结论
白化茶树是茶树的一个特殊突变体,叶色为白色或黄色。本研究采用气相色谱-质谱联用技术和超高效液相色谱-质谱联用技术,对安吉白茶(Aj)、黄金芽茶(Hj)和白鸡冠(Bj)、龙井43(Lj)和福鼎茶(Fd)进行了代谢物分析。多因素分析显示,白化茶品种和绿茶品种叶片中的代谢物存在显著差异。差异代谢相关途径包括半乳糖代谢、色氨酸代谢、苯丙酸生物合成和类黄酮生物合成。白化茶品种中幼叶糖(山梨醇biaoxi和红糖)和氨基酸(主要是脯氨酸、异亮氨酸、鸟氨酸、天冬氨酸、苏氨酸和缬氨酸)含量增加,而没食子儿茶素、没食子儿茶素和没食子酸盐含量降低。这些结果揭示了不同叶色茶树品种间代谢谱的差异。随着叶片的发育,白化茶品种老叶中黄酮类化合物的含量显著增加。
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部分参考文献:
Chun-Fang Li, Jian-Qiang Ma et al. Comprehensive Dissection of Metabolic Changes in Albino and Green Tea Cultivars[J]. Journal of agricultural and food chemistry, 2018, 66(8):2040-2048.
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END
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