园艺学报 ›› 2024, Vol. 51 ›› Issue (7): 1595-1609.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2023-0699
李文远1,2, 林梦桦2, 李亚辉2, 于全琦2, 梁颖2,*(), 张志勇2,*(
)
收稿日期:
2023-11-08
修回日期:
2024-03-10
出版日期:
2024-07-25
发布日期:
2024-07-19
通讯作者:
基金资助:
LI Wenyuan1,2, LIN Menghua2, LI Yahui2, YU Quanqi2, LIANG Ying2,*(), ZHANG Zhiyong2,*(
)
Received:
2023-11-08
Revised:
2024-03-10
Published:
2024-07-25
Online:
2024-07-19
摘要:
目前梨代谢组学的研究主要集中在果实生育期代谢图谱差异表达分析、不同品种果实代谢物差异分析及表征、采后贮藏保鲜及加工过程代谢物动态变化和影响果实品质相关代谢产物积累因素分析等。近年来,代谢组学结合转录组学、蛋白质组学等数据集联合分析,建立多维数据集之间的相关性,在识别重要性状的关键基因、阐明果实品质形成机制和揭示未知代谢物代谢途径等方面展现出巨大潜力。本文中主要介绍了代谢组学检测技术和数据分析现状,代谢组学技术及多组学技术在梨果实上的研究进展,并展望了多种新兴代谢组学技术以及多组学联合研究在梨果实中的应用前景,以期为梨品种改良和品质提升提供参考。
李文远, 林梦桦, 李亚辉, 于全琦, 梁颖, 张志勇. 梨果实代谢组学研究进展[J]. 园艺学报, 2024, 51(7): 1595-1609.
LI Wenyuan, LIN Menghua, LI Yahui, YU Quanqi, LIANG Ying, ZHANG Zhiyong. Advances in Metabolomics of Pear Fruit[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2024, 51(7): 1595-1609.
技术 Technique | 重现性 Reproducibility | 灵敏度 Sensitivity | 样品制备 Sample preparation | 代谢物覆盖范围和鉴定 Metabolite identification | 参考文献 Reference |
---|---|---|---|---|---|
LC-MS | 高 High | 高 High | 制备复杂,需要色谱分离 Complex preparation and require chromatographic separation | 覆盖范围广泛,缺少商业标准库,鉴定较困难 Wide range of coverage,lack of a commercial standards base,more difficult to identify | Ma & Qi, Yan et al., |
GC-MS | 高 High | 高 High | 制备复杂,部分需要衍生化 Complex preparation,some require derivatisation | 适合热稳定和挥发性代谢物鉴定 Suitable for heat stabilisation and volatile metabolite identification | Ma & Qi, Monti et al., |
NMR | 较高 Higher | 低 Low | 制备简单 Simple preparation | 覆盖范围有限,精确定性Limited coverage,precise characterisation | Li et al., |
MALDI-MSI | 较高 Higher | 高 High | 制备复杂,需要冷冻切片处理以及基质喷涂 Complex preparation,requires frozen section processing and substrate spraying | 覆盖范围广泛,缺少商业标准库,鉴定较困难 Wide range of coverage,lack of a commercial standards base,more difficult to identify | Segers et al., |
TOF-MS | 高 High | 高 High | 制备简单 Simple preparation | 覆盖范围广,鉴定困难,尤其是非靶向代谢组 Wide coverage and identification difficulties, especially for non-targeted metabolomes | Alvarez & Naldrett, |
GC-IMS | 高 High | 高 High | 制备简单 Simple preparation | 适合热稳定和挥发性代谢物,鉴定相对容易 Suitable for heat-stable and volatile metabolites, relatively easy to identify | Ma et al., |
表1 常用代谢组学检测技术及其特点
Table 1 Common metabolomics techniques and characteristics
技术 Technique | 重现性 Reproducibility | 灵敏度 Sensitivity | 样品制备 Sample preparation | 代谢物覆盖范围和鉴定 Metabolite identification | 参考文献 Reference |
---|---|---|---|---|---|
LC-MS | 高 High | 高 High | 制备复杂,需要色谱分离 Complex preparation and require chromatographic separation | 覆盖范围广泛,缺少商业标准库,鉴定较困难 Wide range of coverage,lack of a commercial standards base,more difficult to identify | Ma & Qi, Yan et al., |
GC-MS | 高 High | 高 High | 制备复杂,部分需要衍生化 Complex preparation,some require derivatisation | 适合热稳定和挥发性代谢物鉴定 Suitable for heat stabilisation and volatile metabolite identification | Ma & Qi, Monti et al., |
NMR | 较高 Higher | 低 Low | 制备简单 Simple preparation | 覆盖范围有限,精确定性Limited coverage,precise characterisation | Li et al., |
MALDI-MSI | 较高 Higher | 高 High | 制备复杂,需要冷冻切片处理以及基质喷涂 Complex preparation,requires frozen section processing and substrate spraying | 覆盖范围广泛,缺少商业标准库,鉴定较困难 Wide range of coverage,lack of a commercial standards base,more difficult to identify | Segers et al., |
TOF-MS | 高 High | 高 High | 制备简单 Simple preparation | 覆盖范围广,鉴定困难,尤其是非靶向代谢组 Wide coverage and identification difficulties, especially for non-targeted metabolomes | Alvarez & Naldrett, |
GC-IMS | 高 High | 高 High | 制备简单 Simple preparation | 适合热稳定和挥发性代谢物,鉴定相对容易 Suitable for heat-stable and volatile metabolites, relatively easy to identify | Ma et al., |
数据库 Database | 简介 Introduction | 化合物数量 Compound number | 应用实例 Example | 参考文献 Reference |
---|---|---|---|---|
HMDB | 人类代谢组数据库,其中内源代谢物占81%,食品、药物、植物等外源代谢物占19% Human metabolome database,with 81% endogenous metabolites and 19% exogenous metabolites from food,drugs,plants,etc | 114 100 | 草莓 Strawberry | Antunes et al., |
METLIN | 最大的代谢物串联质谱数据库,包括脂类、类固醇、碳水化合物及微生物代谢组、外源性药物、毒物等 Largest metabolite tandem mass spectrometry database,including lipids,steroids,carbohydrates and microbial metabolomes,exogenous drugs,poisons,etc | > 850 000 | 柑橘,草莓 Citrus, strawberry | Antunes et al., |
mzCloud | 标准品采集,高分辨/高准确度质谱数据库,应用于生命科学、代谢组学、药物研究、毒理学、食品工业等 Standard collection,high-resolution/high-accuracy mass spectrometry database for applications in life sciences,metabolomics,pharmaceutical research,toxicology,food industry,etc | 19 211 | 木薯 Cassava | Chaowongdee et al., |
GNPS | 天然产物质谱数据库,整合了第三方数据库及全球多个科研团队提供的代谢物质谱谱图数据 Natural product mass spectrometry database,integrating metabolite mass spectrometry data from third-party databases and multiple research teams around the world | 18 163 | 苹果 Apple | Bilbrey et al., |
MassBank | 通用数据库,质谱数据来自多个实验室,包括多种离子化方式、高分辨质谱、低分辨质谱得到的数据 Common database with mass spectrometry data from multiple laboratories,including data from multiple ionisation modes,high-resolution mass spectrometry and low-resolution mass spectrometry | 14 788 | 柑橘 Citrus | Tan et al., |
KEGG | 整合了基因组、化学和系统功能信息的数据库 Databases integrating genomic,chemical and systemic functional information | — | 梨,猕猴桃 Pear,kiwifruit | Yu et al., |
表2 果实代谢组学常用数据库
Table 2 Common fruit metabolomics database
数据库 Database | 简介 Introduction | 化合物数量 Compound number | 应用实例 Example | 参考文献 Reference |
---|---|---|---|---|
HMDB | 人类代谢组数据库,其中内源代谢物占81%,食品、药物、植物等外源代谢物占19% Human metabolome database,with 81% endogenous metabolites and 19% exogenous metabolites from food,drugs,plants,etc | 114 100 | 草莓 Strawberry | Antunes et al., |
METLIN | 最大的代谢物串联质谱数据库,包括脂类、类固醇、碳水化合物及微生物代谢组、外源性药物、毒物等 Largest metabolite tandem mass spectrometry database,including lipids,steroids,carbohydrates and microbial metabolomes,exogenous drugs,poisons,etc | > 850 000 | 柑橘,草莓 Citrus, strawberry | Antunes et al., |
mzCloud | 标准品采集,高分辨/高准确度质谱数据库,应用于生命科学、代谢组学、药物研究、毒理学、食品工业等 Standard collection,high-resolution/high-accuracy mass spectrometry database for applications in life sciences,metabolomics,pharmaceutical research,toxicology,food industry,etc | 19 211 | 木薯 Cassava | Chaowongdee et al., |
GNPS | 天然产物质谱数据库,整合了第三方数据库及全球多个科研团队提供的代谢物质谱谱图数据 Natural product mass spectrometry database,integrating metabolite mass spectrometry data from third-party databases and multiple research teams around the world | 18 163 | 苹果 Apple | Bilbrey et al., |
MassBank | 通用数据库,质谱数据来自多个实验室,包括多种离子化方式、高分辨质谱、低分辨质谱得到的数据 Common database with mass spectrometry data from multiple laboratories,including data from multiple ionisation modes,high-resolution mass spectrometry and low-resolution mass spectrometry | 14 788 | 柑橘 Citrus | Tan et al., |
KEGG | 整合了基因组、化学和系统功能信息的数据库 Databases integrating genomic,chemical and systemic functional information | — | 梨,猕猴桃 Pear,kiwifruit | Yu et al., |
[1] |
doi: 10.1042/ETLS20200271 pmid: 33704399 |
[2] |
doi: 10.1104/pp.16.01287 pmid: 27872244 |
[3] |
doi: 10.1002/jsfa.9986 pmid: 31414485 |
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
doi: 10.1111/nph.17693 pmid: 34472097 |
[7] |
|
[8] |
doi: S0963-9969(17)30090-X pmid: 28395820 |
[9] |
|
[10] |
doi: 10.1007/s00217-019-03392-z |
[11] |
doi: S0958-1669(18)30076-4 pmid: 30138778 |
[12] |
doi: 10.1186/s12870-023-04181-3 pmid: 37020181 |
[13] |
|
[14] |
|
[15] |
|
[16] |
doi: 10.1021/acs.analchem.7b03929 pmid: 29039932 |
[17] |
|
[18] |
doi: 10.4155/bio.12.204 pmid: 23046267 |
[19] |
doi: 10.1111/tpj.14097 pmid: 30231195 |
[20] |
|
[21] |
doi: 10.1038/s41596-021-00636-9 pmid: 34952956 |
[22] |
|
[23] |
|
[24] |
|
[25] |
doi: 10.1186/s12859-019-2848-8 pmid: 31101001 |
[26] |
|
[27] |
|
[28] |
|
[29] |
doi: 10.1021/pr1007703 pmid: 20825247 |
[30] |
|
[31] |
doi: 10.1270/jsbbs.66.122 pmid: 27069397 |
[32] |
|
[33] |
doi: 10.1002/pca.1188 pmid: 19904733 |
[34] |
|
[35] |
|
[36] |
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2015-0713 |
李静, 聂继云, 曹玉芬, 李志霞, 闫震, 毋永龙. 2016. 砀山酥梨和秋白梨酚类物质UPLC-PDA-MS/MS-ESI分析. 园艺学报, 43 (4):752-762.
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2015-0713 |
|
[37] |
|
[38] |
|
[39] |
|
[40] |
|
[41] |
|
[42] |
|
[43] |
|
[44] |
|
[45] |
doi: 10.1104/pp.111.186064 pmid: 22021422 |
[46] |
|
[47] |
|
[48] |
|
[49] |
|
[50] |
|
[51] |
|
[52] |
|
[53] |
doi: S0308-8146(15)00935-8 pmid: 26213052 |
[54] |
doi: 10.3724/SP.J.1123.2021.05002 |
牟红梅, 慈志娟, 艾沙江·买买提, 梁艳萍, 刘笑宏, 杜晓云, 于强, 李庆余, 李元军. 2021. 基于非靶向代谢组学的茄梨和红茄梨成熟期果皮代谢产物的差异分析. 色谱, 39 (11):1203-1212.
doi: 10.3724/SP.J.1123.2021.05002 |
|
[55] |
doi: 10.1111/pbi.13287 pmid: 31675761 |
[56] |
|
[57] |
|
[58] |
doi: 10.1007/s40626-019-00147-9 |
[59] |
doi: 10.1038/nprot.2017.013 pmid: 28301461 |
[60] |
|
[61] |
|
[62] |
|
[63] |
|
[64] |
doi: 10.16333/j.1001-6880.2022.11.019 |
覃舒然, 刘海翠, 李大山, 王文静. 2022. 质谱分子网络在天然产物结构研究中的应用. 天然产物研究与开发, 34 (11):1978-1987.
|
|
[65] |
|
[66] |
doi: 10.1038/s41580-019-0108-4 pmid: 30814649 |
[67] |
|
[68] |
doi: 10.4155/bio-2019-0014 pmid: 31845604 |
[69] |
|
申国安, 段礼新, 漆小泉. 2015. 植物代谢组学数据分析和数据库生命科学, 27 (8):995-999.
|
|
[70] |
|
[71] |
doi: 10.1038/s41467-019-09550-x pmid: 30944337 |
[72] |
|
[73] |
|
[74] |
|
[75] |
|
[76] |
|
[77] |
doi: 10.7506/spkx1002-6630-20200423-301 |
孙莉琼, 郝雯菁, 唐晓清, 王康才, 张绍铃. 2020. UPLC-MS/MS研究36个梨品种成熟果实中的特征性多酚和三萜酸类物质. 食品科学, 41 (22):206-214.
|
|
[78] |
Tkindt, Morreel, Deforce, Boerjan,
|
[79] |
|
[80] |
doi: 10.3390/metabo2040775 pmid: 24957762 |
[81] |
|
[82] |
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2021-1080 |
王宏, 杨王莉, 蔺经, 杨青松, 李晓刚, 盛宝龙, 常有宏. 2022. 早熟砂梨‘苏翠1号’与其亲本‘翠冠’‘华酥’成熟果实差异代谢产物及差异基因比较分析. 园艺学报, 49 (3):493-508.
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2021-1080 |
|
[83] |
|
[84] |
|
[85] |
|
[86] |
|
[87] |
doi: 10.1021/acs.analchem.8b05112 pmid: 30453740 |
[88] |
|
[89] |
|
[90] |
|
[91] |
|
[92] |
doi: 10.1186/s43897-022-00038-9 pmid: 37789425 |
[93] |
doi: 10.1016/j.molp.2021.10.005 pmid: 34715392 |
[94] |
|
[95] |
|
[96] |
|
[97] |
|
[98] |
|
[99] |
|
[100] |
|
[101] |
|
[102] |
|
[103] |
|
[104] |
|
张绍铃, 谢智华. 2019. 我国梨产业发展现状、趋势、存在问题与对策建议. 果树学报, 36 (8):1067-1072.
|
|
[105] |
|
[106] |
|
[1] | 郑传奇, 唐玉超, 杨盼盼, 彭富海, 徐雷锋, 唐乐, 支永明, 明军. 园艺植物苦味研究进展[J]. 园艺学报, 2024, 51(7): 1529-1546. |
[2] | 乔成奎, 庄明, 田发军, 王彩霞, 庞涛, 陈如霞, 李晓光, 成昕, 谢汉忠. 氟啶虫酰胺和螺虫乙酯在猕猴桃园中的降解及膳食风险评估[J]. 园艺学报, 2024, 51(6): 1386-1402. |
[3] | 蒋爽, 王晓庆, 施春晖, 李水根, 骆军. 利用PCR产物混池重测序检测梨褐皮关联SLAF 标签多态性[J]. 园艺学报, 2024, 51(4): 707-714. |
[4] | 陈春桥, 孙丽英, 盛强, 韩剑, 傅本重, 罗明. 梨火疫病菌与梨腐烂病菌对生长和致病的相互影响[J]. 园艺学报, 2024, 51(11): 2668-2684. |
[5] | 陈学森, 王楠, 彭福田, 毛志泉, 尹承苗, 姜远茂, 葛顺峰, 胡大刚, 李媛媛, 杜远鹏, 姚玉新, 张宗营. 中国重要落叶果树果实品质和熟期育种研究进展[J]. 园艺学报, 2024, 51(1): 8-26. |
[6] | 田洁, 周倩怡, 铁原毓, 孙海宏, 黄思杰. 干旱胁迫下大蒜幼苗的代谢组学分析[J]. 园艺学报, 2024, 51(1): 133-144. |
[7] | 徐旭华, 黄文洁, 陈旭峰, 陈园园, 吴绍文, 李红建, 晏石娟. ‘丹霞2号’红茶加工过程中品质特征成分的动态变化研究[J]. 园艺学报, 2024, 51(1): 145-161. |
[8] | 高丽娟, 李龙飞, 徐金涛, 冀明辉, 张海娥, 郝宝锋. 晚熟梨新品种‘酥玉’[J]. 园艺学报, 2023, 50(S1): 9-10. |
[9] | 齐永杰, 高正辉, 马 娜, 阚丽平, 王学良, 雷 波, 柯凡君, 徐义流, . 自花结实梨新品种‘皖梨 6 号’[J]. 园艺学报, 2023, 50(S1): 11-12. |
[10] | 宋健坤, 李鼎立, 杨英杰, 马春晖, 王彩虹, 王 然. 梨新品种‘鲁蜜’ [J]. 园艺学报, 2023, 50(S1): 13-14. |
[11] | 周成, 方怡, 周锦杨, 黄企浩, 盘永坚, 史千千, 倪慧娴, 杨震峰, 宋春波. 低温诱导的桃果实采后膜脂代谢变化与冷害的关系[J]. 园艺学报, 2023, 50(6): 1305-1317. |
[12] | 周平, 郭瑞, 颜少宾, 金光. 外源山梨醇影响桃叶片和果实糖代谢的分子机制研究[J]. 园艺学报, 2023, 50(5): 959-971. |
[13] | 贺旭, 韩剑, 盛强, 罗明, 包慧芳, 黄伟. 梨火疫病拮抗细菌FX1及其抑菌物质的防病作用[J]. 园艺学报, 2023, 50(5): 1118-1129. |
[14] | 高成昱, 王艺衡, 靳江周, 李涛, 李金斗, 周梦瑶, 张海霞, 马辉, 张玉星, 亓宝秀, 许建锋. 梨叶片原生质体制备方法的建立及其基因瞬时转化试验[J]. 园艺学报, 2023, 50(5): 1141-1150. |
[15] | 王家珍, 李俊才, 蔡忠民, 沙守峰, 李宏军, 姜晓艳. 红梨新品种‘红丰梨’[J]. 园艺学报, 2023, 50(5): 1165-1166. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||
版权所有 © 2012 《园艺学报》编辑部 京ICP备10030308号-2 国际联网备案号 11010802023439
编辑部地址: 北京市海淀区中关村南大街12号中国农业科学院蔬菜花卉研究所 邮编: 100081
电话: 010-82109523 E-Mail: yuanyixuebao@126.com
技术支持:北京玛格泰克科技发展有限公司