3个不同木薯品种的代谢产物解析.docx

? ? 3个不同木薯品种的代谢产物解析 ? ? 吴金山，王思琦，耿梦婷，宋记明，黄家权，贾迎雪，张逸杰，张肖飞，陈银华* 3个不同木薯品种的代谢产物解析 吴金山1,3，王思琦1，耿梦婷1，宋记明2，黄家权1，贾迎雪3，张逸杰1，张肖飞4，陈银华1* 1. 海南大学热带作物学院，海南海口 570228；2. 云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所，云南保山 678000；3. 海南大学林学院，海南海口 570228；4. 国际热带农业中心（CIAT），卡利A.A 6713 本研究以3种木薯品种（‘KU50’‘SC205’和‘SC9’）块根为实验材料，采用色谱-质谱联用非靶向代谢组学技术，对8月龄木薯块茎的代谢物进行差异性分析。通过鉴定共获得77个差异代谢物，主要涉及糖及其衍生物、氨基酸、有机酸等，‘KU50’和‘SC205’两个品种的优势代谢产物（相对含量15%）均为蔗糖，且二者含量基本相当，‘SC9’的优势代谢产物为蔗糖与果糖；‘SC9’中蔗糖、柠檬酸相对含量显著低于‘KU50’和‘SC205’，但果糖、半乳糖、葡萄糖高于二者。利用主成分分析（PCA）发现，3个木薯品种块根代谢物组成结构差异性显著，获得差异显著的33种代谢物中主要涉及糖类及其衍生物、有机酸及其衍生物、生物碱、核苷酸及其衍生物、氨基酸及其衍生物等5个类别。通过GO、KEGG、通路富集分析共注释到14个差异显著性代谢途径，其中，共有16个代谢物富集于氨酰tRNA生物合成途径，9个富集于精氨酸和脯氨酸代谢途径，3个富集于氰基氨基酸代谢途径。本研究通过对3个木薯品种块根代谢物的种类、相对含量、主要代谢物和显著差异代谢物进行分析，阐明了不同木薯品种淀粉品质形成的物质基础。可为后期更好地进行木薯品种改良、品种选育及木薯食品加工提供参考。 木薯；代谢产物；代谢途径；差异分析 木薯（Crantz），又称南洋薯、木番薯、树薯，为大戟科灌木状多年生植物，是热带、亚热带地区主要的粮食作物[1-2]。主要用于生产以木薯淀粉为基础的食品及生物能源，其深加工产品多达3000种[3]，是全球近10亿人的日常口粮[4]，被称为“淀粉之王”“特用作物”“地下粮仓”[5]，因此提高木薯淀粉含量一直是木薯栽培、育种研究中的核心问题。针对木薯淀粉合成机制，研究人员从基因水平、蛋白质水平均进行了不同的探讨[6-7]，而木薯淀粉品质的不同也与各品种的蛋白质和淀粉代谢有关[8]。 代谢组学能够通过对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析[9]，考察生物体系在特定时期或受到刺激、扰动前后所有小分子代谢物的组成及其含量变化，从而表征生物体系的整体代谢特征，研究涉及微生物[10-11]、植物[12-13]及药物[14-15]等方面，在食品安全、食品质控、食品加工、食品溯源等领域有着广泛的应用[16-18]。 由于木薯在食品安全中的重要性，人们对木薯进行了大量的研究，以明确木薯中有益于人类的代谢物，从而开发更高营养价值的新品种。目前已经建立了木薯初级代谢产物和次级代谢产物的化学筛选方法，主要是通过色谱-质谱联用技术（GC-MS）[19]，并结合主成分分析（principal component analysis，PCA）、偏最小二乘（partial least squares，PLS）等统计学方法[20]，用于鉴定与木薯目的性状相关的代谢产物。但相关的研究报道多集中于特定木薯品种基因层面[21]及理化性质[22-23]层面，鲜有文献探讨不同木薯品种间特别是与淀粉品质相关代谢物的差异，以及在探究优势代谢物的生物学角色和代谢途径方面的研究较为欠缺。 本研究主要以3个优质的木薯品种为实验材料，3个木薯品种均具淀粉含量多、产量高等优质特性，尤其是‘SC9’的口感品质比其他2个品种好。造成3个木薯不同的淀粉品质特性是否与差异代谢物有密切联系，为解决这一问题，本研究采用GC-MS的非靶向代谢组学，结合PCA、正交偏最小二乘判别（orthogonal partial least squares discrimination analysis，OPLS-DA）等方法，差异分析3个不同木薯品种的代谢产物及各自优势代谢物，进一步探讨优势代谢物的代谢途径和富集通路，旨在全面鉴定具有不同淀粉品质的木薯中代谢物的自然变异及相关的调控机制，为更好地进行木薯品种改良、品种选育奠定基础，同时本研究结果也可为3个木薯品种深加工利用提供参考。 1 材料与方法 1.1 材料 木薯块茎选自海南省儋州市海南大学农科基地木薯种植资源圃3个品种‘KU50’‘SC205’‘SC9’，分别取相同种植条件下8个月龄木薯块茎，然后进行剥皮、洗净处理，于–80℃下保存，后续用于代谢产物的测定。实验设3个生物学重复。 1.2