实验室医学:组学与代谢组学的临床应用

组学是生物医学研究的热门领域,很多证据表明,组学翻译程序和整体分析方法能丰富实验室诊断并最终改善患者的临床结局。代谢组学以生命体代谢物为研究对象,主要研究相对分子质量较小的分子,这些分子可以是内源性代谢物,也可以是外源性代谢物,能反映环境因素,如饮食、微生物和药物。靶向组学是临床筛查、疾病诊断、预后预测以及常规临床检测的实用工具,非靶向代谢组学是数据驱动和假设生成的方法,涉及尽可能多的代谢物综合分析。将生物标志物应用于危重患者的诊断、监测、实施精准医学治疗以及个体化临床干预中,可改善预后。代谢组学的发展可进一步辅助临床各学科的医疗保健工作。

冠心病心血瘀阻证大鼠心肌组织代谢组学研究

目的研究冠心病心血瘀阻证大鼠心肌组织代谢产物谱,探讨其病证生物学基础。方法SD大鼠随机分为假手术组和模型组,采用冠状动脉左前降支结扎法制备冠心病心血瘀阻证大鼠模型,观察大鼠一般状态,检测舌象色度、心电图、心功能,HE染色、透射电镜观察心肌组织形态及超微结构,用超高效液相色谱-质谱技术检测心肌组织差异代谢物,并对代谢通路进行富集分析。结果与假手术组比较,模型组大鼠舌象色度R、G、B值均显著降低(P<0.05),心电图心率、ST段抬高幅度显著上升(P<0.05),左室射血分数、左室短轴缩短率显著下降(P<0.05),左室收缩末期内径、左室舒张末期内径显著上升(P<0.05);心肌组织结构模糊,有炎性细胞浸润,线粒体肿胀、破裂、溶解,嵴结构断裂减少。代谢组学共鉴定出29个假手术组与模型组差异显著的潜在生物标志物(7个上调、22个下调),主要富集于硫胺素代谢,精氨酸生物合成,嘌呤代谢,氨酰基-tRNA生物合成,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,戊糖和葡萄糖醛酸相互转化,糖酵解/糖异生,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解,三羧酸循环,丙酮酸代谢10条代谢通路。结论冠状动脉左前降支结扎法可较好地模拟冠心病心血瘀证病理过程,其病理机制涉及葡萄糖代谢、线粒体能量代谢、氨基酸代谢、蛋白质生物合成、嘌呤代谢等多层次代谢网络紊乱。

基于靶向代谢组学研究苍术麸炒前后干预脾虚大鼠氨基酸水平变化的影响

目的研究采用靶向代谢组学方法,观察苍术麸炒前后对脾虚大鼠血清氨基酸水平的变化,探讨苍术炮制机制。方法72只大鼠随机分成正常组、模型组、低剂量生苍术组(生低组)、中剂量生苍术组(生中组)、高剂量生苍术组(生高组)、低剂量麸炒苍术组(麸炒低组)、中剂量麸炒苍术组(麸炒中组)和高剂量麸炒苍术组(麸炒高组),共8组,每组9只。除正常组外,模型组通过过度疲劳、苦寒泻下和饮食不节法造模。对各组大鼠采用酶联免疫吸附测定(Enzyme Linked Immunosorbent Assay,ELISA)方法测定颌下腺中水通道蛋白3(Aquaporin-3,AQP-3)、水通道蛋白4(AQP-4)、水通道蛋白5(AQP-5)、水通道蛋白8(AQP-8)的含量,结肠中水通道蛋白1(AQP-1)、水通道蛋白2(AQP-2)、水通道蛋白9(AQP-9)、紧密连接蛋白1(zonula occludes protein-1,ZO-1)的含量。对生中组和麸炒中组采用超高效液相色谱-三重四极杆质谱(Ultra high performance liquid chromatography-triple quadrupole tandem mass spectrometry,UH-PLC-MS/MS)检测血清中24种氨基酸水平的变化。结果与正常组比较,模型组中颌下腺AQP-3、AQP-4、AQP-5、AQP-8的含量显著降低(P<0.05);模型组中结肠AQP-1和AQP-2的含量显著升高(P<0.05),AQP-9和ZO-1的含量显著降低(P<0.05)。生苍术和麸炒苍术对上述指标均有调节作用。经进一步同等剂量的生苍术和麸炒苍术相比,麸炒中组使上述指标含量升高更明显。与正常组比较,模型组血清中L-缬氨酸等4种物质的水平显著升高(P<0.05),L-酪氨酸等11种物质的水平均显著降低(P<0.05)。经进一步比较,麸炒苍术对上述指标调节效果优于生苍术。靶向代谢通路分析表明,这些差异代谢物主要与精氨酸和脯氨酸代谢、氨酰tRNA生物合成、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、乙醛酸和二羧酸代谢通路有关。结论苍术炮制后的增效机制可能与对脾虚大鼠血清中氨基酸调节有关。

基于非靶向代谢组学的平菇子实体发育过程中菌丝体差异代谢物分析

为了解平菇生长发育过程中子实体形成的代谢物基础,采用超高效液相色谱-电喷雾串联四级杆质谱(UPLC-ESI-MS/MS)技术结合多变量统计分析方法对发菌完成期(MM)、原基期(MP)及子实体分化期(MF)的平菇菌丝体进行代谢组学分析。结果表明,主成分(PCA)模型分析结果显示3个时期平菇菌丝体中的代谢产物具有明显差异。通过正交偏最小二乘判别分析(OPLS‐DA),以VIP(varible importance in the projection)>1和差异倍数值(fold change)≥2或≤0.5为条件对MM vs MP、MM vs MF和MP vs MF中的差异代谢物进行比较分析,分别获得139个、147个和67个差异代谢物,变化倍数最大的物质包括氨基酸及其衍生物、脂质、生物碱、有机酸等,说明这些差异代谢物对平菇子实体发育具有重要影响。KEGG分析表明,苯丙氨酸代谢、色氨酸代谢、嘌呤代谢等20条代谢通路表现活跃。在子实体发育过程中,脂质、有机酸、核苷酸及其衍生物、氨基酸及其衍生物之间明显相关。以上研究结果为平菇子实体发育机制和标准化栽培提供了理论依据。

不同品质青稞种子的广泛靶向代谢组学研究

通过测定蛋白质、淀粉、β-葡聚糖和γ-氨基丁酸等品质指标含量,从81个西藏青稞种质资源中挑选出3种不同品质级别的青稞:品质较好的为比如青稞,品质中等的为曲水青稞,品质较差的为巴日白青稞,利用LC-MS/MS对不同品质的青稞种子中代谢物的变化进行研究。结果表明:比如青稞和巴日白青稞(56个代谢物上调,206个下调)、比如青稞和曲水青稞(179个上调,82个下调)、曲水青稞和巴日白青稞(58个上调,240个下调)差异表达显著的代谢物总数分别为262、261、298。差异倍数分析发现,和巴日白青稞相比,比如青稞上调的代谢物主要是酚酸类物质;和曲水青稞相比,比如青稞上调的代谢物主要是花青素类物质;和巴日白青稞相比,曲水青稞上调的代谢物主要是黄酮碳糖苷类物质。代谢通路富集分析结果表明,和品质较差的青稞相比,品质较好青稞的差异代谢物共富集在65条代谢通路上,主要是氨基酸的生物合成、氨酰生物合成、类黄酮生物合成等通路富集显著。和品质中等的青稞相比,品质较好青稞上调的差异代谢物共富集在65条代谢通路上,主要是氨基酸的生物合成、氨酰生物合成和2-氧代环戊烷羧酸甲酯代谢等通路显著富集;和品质较差的青稞相比,品质中等青稞的差异代谢物共富集在61条代谢通路上,主要是黄酮和黄酮醇的生物合成、嘌呤代谢、嘧啶代谢、氨酰生物合成。

基于非靶向代谢组学比较手工和机制信阳毛尖的代谢物差异

目的探明两种加工方式对信阳毛尖的化学成分影响。方法以信阳群体种一芽一叶为原料,分别按照手工和机制方式加工信阳毛尖,采用超高效液相色谱-四极杆-静电轨道阱质谱法对非挥发性化合物进行分析。结果本研究共鉴定出93个化合物,包括生物碱类、氨基酸类、儿茶素类、儿茶素二聚物类、黄酮(醇)糖苷类、酚酸类、核苷类等。采用主成分分析(principal component analysis,PCA)和正交偏最小二乘法判别分析(orthogonal partial least squares-discriminant analysis,OPLS-DA)等方法,对手工和机制加工信阳毛尖过程样的研究表明:手工和机制加工过程样可以通过化学成分的组成进行较好地区分,进一步分析两种加工方式发现了40种差异化合物,其中黄酮(醇)糖苷类和氨基酸是差异最明显的两大类成分,机制茶加工过程样中多数黄酮(醇)糖苷类和氨基酸含量高于手工制作,手工茶的L-丙氨酸、γ-氨基丁酸、山奈酚3-O-半乳糖苷和槲皮素含量高于机制茶。手工茶制作过程中,杀青温度较低、时间相对较长,从而产生了更多的表阿夫儿茶精-3-没食子酸酯、原花青素B1、聚酯型儿茶素A和茶黄素双没食子酸酯等二聚物。此外,手工茶的多数酚酸类化合物,以及一磷酸腺苷和磷酸甘油胆碱等含量高于机制茶。结论本研究采用代谢组学方法较为系统地分析了手工和机制信阳毛尖加工过程中的差异化合物,为信阳毛尖手工茶和机制茶品质差异评价及加工技术提升提供了理论依据。

基于尿液代谢组学的小儿积滞体质代谢特征分析

目的基于超高效液相色谱-四级杆-静电场轨道阱高分辨质谱联用(UPLC-QE-MS)技术的尿液代谢组学方法,寻找与小儿积滞体质相关的潜在生物标志物,探究积滞体质形成的代谢特征。方法依照侯江红教授制定的中医儿童体质分型与判定标准,纳入积滞体质与健康体质志愿者各30例。采集两组志愿者的尿液样品,利用UPLC-QE-MS技术进行尿液样品检测和数据采集,结合无监督的主成分分析法(PCA)和正交信号校正的偏最小二乘判别分析法(OPLS-DA)统计处理数据,以变量投影重要度(VIP)>1,P<0.05为卡值标准筛选积滞体潜在生物标志物,将筛选得到的差异代谢物导入到KEGG数据库,通过富集和拓扑分析,寻找相关性最强的关键途径。结果积滞体质与健康体质OPLS-DA得分图表明两种体质之间存在明显差异。在正、负离子模式下共鉴定出43个与积滞体质相关的潜在生物标志物,其中3个标志物涉及色氨酸代谢、脂肪酸代谢等5条通路。结论积滞体质潜在生物标志物主要参与苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸代谢,脂肪酸代谢,β-丙氨酸代谢,烟酸和烟酰氨代谢,嘧啶代谢等途径,对机体的影响与积滞体质免疫力低下、易感冒、大便干结、易口疮和苔腻等状态相符,为儿童体质分型和判定标准提供客观化依据。

花生种皮类黄酮物质的代谢组与转录组分析

为探究不同颜色花生种皮的类黄酮物质成分及花青素生物合成对种皮颜色形成的调控机制,本研究利用粉色、红色、白色、黑色以及花斑色(红色和白色)共5种颜色差异明显的花生品种,对种皮进行类黄酮代谢组和转录组分析,明确种皮花青素合成相关的关键代谢物和关键基因。结果表明,5种花生种皮共鉴定到329种类黄酮代谢物,其中黄酮醇类物质相对含量及种类最多。共检测到19种花青素色苷,主要是矢车菊素色苷、飞燕草素色苷、矮牵牛素色苷,多以葡萄糖苷、桑布苷、芸香苷、半乳糖苷等糖苷修饰。黑色种皮花青素含量约是其他皮色的22.60~66.72倍。黑色种皮中以矢车菊素-3-O-桑布双糖苷相对含量最高。4种有色种皮分别与白色种皮相比,差异代谢物主要在花青素生物合成、类黄酮生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成、异黄酮生物合成途径中显著富集。有色种皮中,类黄酮和花青素生物合成途径结构基因的高表达水平,是促进种皮花青素积累的主要原因。花青素还原酶(ANR)和糖基转移酶(UGT)是参与种皮色素沉着的候选基因,两者的活性以及对底物花青素的竞争,最终决定花生种皮的颜色模式。本研究解析了类黄酮物质对花生种皮颜色合成的调控机制,可为特色花生品种培育以及营养价值利用提供重要参考。

代谢组和转录组分析籼稻福香占干旱胁迫的分子响应

干旱是影响农业生产最重要的原因之一。本研究以优质香稻福香占为材料,对其苗期干旱响应的生理指标、激素代谢物及基因表达调控网络进行分析。干旱处理后,福香占干旱存活率、抗氧化酶活性高于恢复系明恢63、明恢86和干旱敏感的丽江新团黑谷,但电导率较低且过氧化物累积较少。IAA、ICA、ABA、cZ和SA等5种激素的代谢物含量上升,tZ、DHZ、GA1、JA等11种激素的代谢物含量下降。6118个差异表达基因(DGEs)中有2615个上调、3503个下调,涉及了光合作用、能量代谢、转录调控、氧化还原、离子结合等生物学过程和氨基酸、糖、脂肪酸、激素等合成代谢及植物激素信号转导等相关途径。激素代谢组和转录组学分析同时鉴别出植物激素信号转导、玉米素生物合成、类胡萝卜素生物合成和色氨酸代谢4个KEGG代谢通路,并构建了差异表达基因调控网络。转录因子、抗氧化酶基因、渗透调节等相关的28个干旱应答关键基因在福香占干旱处理后的表达量均上调。福香占受干旱胁迫后,激素水平发生了变化;抗逆应答的基因表达量均上调,包括转录因子、抗氧化系统基因、渗透调节及其他耐旱基因;抗氧化酶活性相关生理指标发生改变。研究结果有助于进一步挖掘抗旱基因,服务水稻抗旱育种。

藜麦叶花青素生物合成转录组-代谢组联合分析

本研究利用转录组和代谢组学技术探究了翠绿色和粉红色藜麦(Chenopodium quinoa Willd.)叶片中花青素的合成机制,分析了不同时期不同品种之间的差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs)及差异代谢物(Differential accumulated metabolites,DAMs)。通过对藜麦叶片的DEGs进行分析发现:与花青素生物合成密切相的DEGs有11个分别为4CL、C3’H、HCT、CHS、CHI、ANR、CYP75B1、UGT79B1、FG3、FG2、CYP73A;转录因子有4个分别为:MYC2、BHLH14、HY5和TGA。GO富集分析结果表明有7条GO Terms(GO:0009812(类黄酮代谢过程,flavonoid metabolic process)、GO:0010468(基因表达调控,regulation of gene expression)、GO:0051553(黄酮生物合成过程,flavone biosynthetic process)、GO:0009813(类黄酮生物合成过程,flavonoid biosynthetic process)、GO:0009411(应对紫外线,response to UV)、GO:0043169(阳离子绑定,cation binding)和GO:0016703(氧化还原酶活动,oxidoreductase activity))与花青素生物合成密切相关;KEGG富集分析发现6条(苯丙氨酸代谢(Phenylalanine metabolism,ko00360)、苯丙素的生物合成(Phenylpropanoid biosynthesis,ko00940)、类黄酮生物合成(Flavonoid biosynthesis,ko00941)、植物激素信号转导(Plant hormone signal transduction,ko04075)、黄酮和黄酮醇生物合成(Flavone andflavonolbiosynthesis,ko00944)和昼夜节律-植物(Circadianrhythm-plant,ko04712))与花青素生物合成显著相关的代谢途径。代谢组学分析确定了矢车菊素3-O-3",6"-O-二丙二基葡萄糖苷(Cyanidin 3-O-3",6"-O-dimalonylglucoside)和柚皮素(Naringenin)可能是粉红色藜麦叶片形成的关键DAMs;转录组-代谢组学联合分析表明类黄酮生物合成和花青素生物合成途径是藜麦叶片中花青素生物合成的主要富集途径;通过qRTPCR对10个DEGs进行验证,结果表明qRT-PCR的验证结果与转录组测序结果一致。

不同果锈程度的阳光玫瑰葡萄果皮的代谢组学分析

【目的】探明阳光玫瑰葡萄果锈形成的机制,为其有效防治提供科学的指导建议。【方法】以6年生阳光玫瑰葡萄植株为试材,在果实进入软化期后,采集有果锈和无果锈的果粒样品,按照果锈发生程度分成无果锈、轻度果锈和重度果锈3个等级,研究不同果锈等级的果皮相关物质含量、酶活性及代谢组的变化。【结果】随着果锈程度的增加,阳光玫瑰葡萄果皮的叶绿素、纤维素、半纤维素和总果胶含量逐渐降低,木质素、总黄酮和总酚含量逐渐升高;果皮中过氧化物酶、多酚氧化酶、苯丙氨酸解氨酶、肉桂醇脱氢酶和4-香豆酸:辅酶A连接酶的活性逐渐升高,过氧化氢酶活性先升高后降低,肉桂酸-4-羟基化酶活性先降低后升高。不同果锈程度的果皮中共鉴定到1372种代谢物,差异代谢物有485种,3组果锈等级的果皮之间共有的差异代谢物有110种,其中,有105种差异代谢物在3组中均上调表达,占所有差异代谢物的95.45%,包括37种酚酸类、31种黄酮、17种芪类和5种醌类等;2种差异代谢物在3组中均下调表达,包括1种脂质和1种核苷酸及其衍生物。上述差异代谢物质主要分布在17条代谢途径中,包括山柰酚苷元Ⅱ的生物合成、山柰酚苷元Ⅰ的生物合成和次生代谢物的生物合成等。【结论】酚酸类和黄酮类物质对阳光玫瑰葡萄果锈的发生影响最大,且山柰酚苷元Ⅱ的生物合成途径可能在果锈的形成中发挥重要作用。

基于代谢组学和网络药理学的橄榄类黄酮组分评价

目的:探究橄榄类黄酮组分的潜在功效及其在不同种质资源中的差异。方法:通过网络药理学和分子对接技术挖掘橄榄功效类黄酮组分,并结合代谢组学评价橄榄种质资源中类黄酮组分的积累水平。结果:从橄榄中鉴定获得44种类黄酮组分,基于TCMSP数据库、类药性和口服生物利用度筛选获得18种潜在的功效类黄酮组分及对应的180个作用靶点,其中木犀草素、槲皮素、儿茶素和表儿茶素是潜在影响橄榄药理活性的重要化学物质。基于类黄酮组分与靶点连通度筛选的35个关键作用靶点共富集到348条基因本体通路和136条京都基因与基因组百科全书信号通路,涉及抗癌、抗病毒、抗菌消炎、调节血糖和保护肝脏等药理活性。通过分子对接及可视化分析表明,所筛选的橄榄功效类黄酮组分能与关键作用靶点稳定结合。结论:代谢组学和网络药理学可为橄榄药用价值开发提供依据,橄榄类黄酮组分通过多成分-多靶点-多通路协同作用发挥多样化的药理作用。

转录组和代谢组联合分析揭示稻曲病菌的致病因子

【目的】由稻曲病菌引起的稻曲病是一种世界性水稻真菌病害,该病严重威胁水稻的产量和品质。探明稻曲病菌的致病分子机制,可为制定稻曲病防治策略和抗病分子育种开辟新思路。【方法】用稻曲病菌接种水稻幼穗,采用转录组和代谢组测序技术对接种后9 d显症的样本(S)和未接种的PXD25菌丝(CK)进行代谢组和转录组测序,以稻曲病菌菌株UV-8b基因组作为参考基因组进行对比,利用FPKM法计算基因表达量,以|log2fold change|≥1且P≤0.05为条件筛选差异表达基因(DEG);以P≤0.05且VIP≥1为标准筛选差异代谢物(DAM)。【结果】转录组测序分析表明,S vs.CK有6708个DEG,通过GO富集和KEGG代谢途经分析,将DEG划分为GO功能下的3708个词条、110条代谢途径;DEG中有91个转录因子,分属23个转录因子家族,包括bZIP、C6、C2H2等;分析显著富集代谢途径发现,线粒体自噬、次生代谢和氨基酸代谢等途径显著富集,基因表达量都发生显著变化,其中次生代谢途径中的差异表达基因都显著上调,推测这些基因在稻曲病菌致病中发挥重要作用。非靶代谢组共鉴定出392个差异代谢物(DAM),DAM分析发现丙氨酸、酪氨酸、组氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸以及脂肪酸类物质(亚油酸、棕榈酸、月桂酸、肉豆蔻酸)等都显著积累。转录组和代谢组联合分析发现苯丙氨酸、酪氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸等氨基酸代谢途径与淀粉和蔗糖等与糖代谢相关途径显著富集,表明这些代谢物和基因可能与稻曲病菌的致病性密切相关。【结论】线粒体自噬、次生代谢和氨基酸代谢等代谢途径中DEG在稻曲病菌致病中发挥重要作用,丙氨酸、酪氨酸、组氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸以及脂肪酸类物质等代谢物与稻曲病菌的致病性密切相关。

低蛋白质饲粮中添加益生菌对育肥猪生长性能、粪便菌群组成和代谢组特征的影响

本试验旨在探讨低蛋白质饲粮中添加益生菌对育肥猪生长性能、粪便菌群组成和代谢组特征的影响。选取平均体重为(80.56±0.45)kg的长×大育肥猪90头,随机分为3组,分别为对照组、试验Ⅰ组和试验Ⅱ组,每组3圈(重复),每圈10头(阉公猪与母猪各占1/2)。对照组饲喂含14%蛋白质的常规蛋白质饲粮,试验Ⅰ组饲喂含12%蛋白质的低蛋白质饲粮,试验Ⅱ组饲喂添加益生菌的低蛋白质饲粮(每千克低蛋白质饲粮中含2.0×10^(9)CFU乳酸菌和2.0×108CFU酿酒酵母)。预试期5 d,正试期42 d。结果显示:1)与对照组和试验Ⅰ组相比,试验Ⅱ组的平均日增重显著提高(P<0.05),料重比显著降低(P<0.05)。2)与对照组和试验Ⅱ组相比,试验Ⅰ组粪便中颤螺菌目、毛螺菌目、毛螺菌科、瘤胃球菌科、UCG-005、粪杆菌属、小杆菌属和福涅氏菌属的相对丰度显著降低(P<0.05),解纤维素菌属的相对丰度显著增加(P<0.05);试验Ⅱ组粪便中毛螺菌目、乳杆菌目和毛螺菌科的相对丰度显著高于对照组(P<0.05)。3)试验Ⅰ组与对照组、试验Ⅱ组与对照组以及试验Ⅰ组与试验Ⅱ组粪便样品间分别发现9、37和41种差异代谢物;不同组间差异代谢物的KEGG通路富集分析显示共有27条富集通路;与对照组和试验Ⅰ组相比,试验Ⅱ组粪便中5-羟基吲哚乙酸的表达量显著升高(P<0.05),肾上腺素的表达量显著降低(P<0.05);试验Ⅰ组粪便中N-乙酰-L-苯丙氨酸的表达量显著低于对照组和试验Ⅱ组(P<0.05);试验Ⅱ组粪便中L-谷氨酰胺、D-葡萄糖醛酸的表达量显著高于试验Ⅰ组(P<0.05)。4)与对照组相比,试验Ⅰ组和试验Ⅱ组粪便中总支链脂肪酸、总短链脂肪酸、氨氮和粪臭素含量显著减少(P<0.05);与试验Ⅰ组相比,试验Ⅱ组粪便中乙酸含量显著减少(P<0.05),丁酸含量显著增加(P<0.05)。综上所述,在低蛋白质饲粮中添加益生菌(乳酸菌和酿酒酵母)可改善育肥猪的肠道菌群结构及其代谢物表达,减少粪便中总短链脂肪酸、氨氮和粪臭素含量,提高育肥猪的平均日增重和饲料转化效率。

基于非靶向代谢组学分析两种酵母培养物的成分差异

【目的】比较两种酵母培养物及其代谢成分的差异,为指导酵母培养物的生产及应用提供参考。【方法】材料为1种自研酵母培养物与达农威益康XP酵母培养物,利用非靶标代谢组学UHPLC-QTOF-MS技术,分析比较二者代谢产物成分及差异。【结果】(1)在二级类别注释下,正、负离子模式分别注释到614、497个化合物,主要代谢类别为有机酸,核苷、核苷酸及其衍生物,氨基酸及其衍生物,两种酵母培养物均无特有代谢成分,只在含量上有显著(P<0.05)差异。(2)共237个差异代谢物在正离子模式检出,176个显著(P<0.05)上调表达,61个显著(P<0.05)下调表达;136个差异代谢物在负离子模式检出,64个显著(P<0.05)上调表达,72个显著(P<0.05)下调表达。(3)差异代谢物的KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)富集分析主要集中在丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸等代谢通路。【结论】自研酵母培养物与达农威益康XP的代谢产物含量存在显著差异,但其发酵原料及工艺更简便,并含有多种具药理、生理作用的代谢成分,有潜在应用价值。

柔嫩艾美耳球虫感染鸡盲肠内容物非靶向代谢组学分析

【目的】基于非靶向代谢组学探究感染柔嫩艾美耳球虫(Eimeria tenella)后鸡盲肠内容物中代谢物的变化差异,为识别和鉴定鸡球虫病潜在的生物标志物及治疗靶点提供参考依据。【方法】将60羽健康罗曼粉鸡随机分为正常组和模型组,每组30羽,模型组经口灌服柔嫩艾美耳球虫孢子化卵囊(1×104个/羽),正常组经口灌服等体积生理盐水,连续灌服5 d,然后解剖试验鸡,无菌采集鸡盲肠内容物,基于非靶向代谢组学分析正常组和模型组鸡盲肠内容物,筛选出显著差异代谢物进行KEEG代谢通路富集分析。【结果】从模型组与正常组的鸡盲肠内容物中共筛选到253种显著差异代谢物,其中,上调表达的显著差异代谢物有184种,包含L-酪氨酸、L-蛋氨酸、L-谷氨酰胺、牛磺酸、花生四烯酸、二十二碳六烯酸乙酯、胆碱和磷酸胆碱等;下调表达的显著差异代谢物有69种,包括脱氧腺苷、L-缬氨酸、N-(5-氨基戊基)乙酰胺和N-乙酰-L-谷氨酸等。正离子模式下,主要有牛磺酸、磷酸胆碱、甜菜碱、L-亮氨酸、L-谷氨酰胺、胆碱、神经鞘氨醇和L-色氨酸等20种代谢物上调表达;负离子模式下,主要有花生四烯酸、牛磺酸、L-苯丙氨酸、L-亮氨酸、琥珀酸、黄嘌呤、尿嘧啶和L-谷氨酰胺等20种代谢物上调表达。鸡盲肠内容物显著差异代谢物主要被富集到ABC转运蛋白、氨酰tRNA生物合成、赖氨酸降解、嘧啶代谢、嘌呤代谢、不饱和脂肪酸生物合成等20条KEEG代谢通路上。【结论】柔嫩艾美耳球虫感染后鸡盲肠代谢物发生显著变化,主要影响ABC转运蛋白、氨酰tRNA生物合成、氨基酸代谢、嘧啶代谢和嘌呤代谢等代谢通路。因此,牛磺酸、磷酸胆碱、L-谷氨酰胺、花生四烯酸等显著差异代谢物可作为潜在的生物标志物,用于鸡球虫病诊断检测。

2型糖尿病气阴两虚证大鼠模型证候表现与血清代谢组学的相关性

目的探讨2型糖尿病气阴两虚证大鼠模型证候表现与血清代谢组学的关系。方法将SD大鼠随机分为对照组、模型组、消渴灵组,对照组用普通饲料喂养,模型组和消渴灵组用高糖高脂饲料喂养;第4周末,模型组和消渴灵组腹腔注射链脲佐菌素35 mg/kg,1 w后选取空腹血糖>11.1 mmol/L的大鼠用作后续研究,消渴灵组于第6周开始给予消渴灵2.2 g/(kg·d)。实验期间监测大鼠运动、精神状态、体质量、进食量、饮水量、抓力及空腹血糖等体征与生理状态。实验持续至第21周,末次给药后,禁食12 h,麻醉大鼠,采血,采用试剂盒测定大鼠血清中CD4^(+)、CD8^(+)、环腺苷酸(cAMP)、环鸟苷酸(cGMP)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)及谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)含量。通过高效液相色谱串联质谱联用(LC-MS/MS)的代谢组学技术对大鼠血清样本检测,并结合主成分分析(PCA)等多元统计分析方法筛选潜在的生物标志物及代谢通路。结果与对照组比较,模型组体征表现符合2型糖尿病气阴两虚证中医临床表现,CD4^(+)、cGMP、SOD、GSH-Px含量降低,CD4^(+)/CD8^(+)降低,cAMP、MDA含量升高,cAMP/cGMP升高,差异均有统计学意义(均P<0.05)。与模型组比较,消渴灵组精神运动状态、抓力明显改善,CD4^(+)、cGMP含量升高,CD4^(+)/CD8^(+)升高,cAMP/cGMP降低,差异均有统计学意义(均P<0.05)。对照组、模型组和消渴灵组共有27个显著性差异代谢物,包括L-谷氨酸、花生四烯酸等,主要涉及的代谢通路为D-谷氨酰胺与D-谷氨酸代谢,花生四烯酸代谢,丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸代谢,精氨酸生物合成。结论2型糖尿病气阴两虚证病证结合大鼠模型证候表现可能与D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢,花生四烯酸代谢,丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸代谢,精氨酸生物合成相关。

应用靶向代谢组学技术分析白牛槭叶片不同呈色期类黄酮化合物的差异

为深入研究白牛槭(Acer mandshuricum Maxim.)5个呈色期(绿叶期、黄绿叶期、黄叶期、黄红叶期、红叶期)类黄酮化合物积累的变化,利用靶向代谢组学技术分析了白牛槭叶片呈色期类黄酮化合物的差异代谢物种类及质量分数。结果表明:绿叶期、黄绿叶期、黄叶期、黄红叶期、红叶期5个时期叶片中分别检测出36、41、40、48、46种代谢物,囊括了黄酮类及花青素类两大类。质量分数大于1μg·g^(-1)的代谢物包含黄酮类化合物6种、矢车菊素6种、原花青素4种、飞燕草素2种、天竺葵色素1种、芍药花色素1种。随着叶色变红,矢车菊素-3-O-葡萄糖苷质量分数显著升高,其他矢车菊素、天竺葵色素、芍药色素、飞燕草色素也逐渐升高。矢车菊素、天竺葵色素、芍药色素、飞燕草色素在白牛槭叶色变红过程中起到重要作用,其中,矢车菊素是白牛槭叶色变红的决定性因素。

代谢组与转录组联合解析赤皮青冈叶片黄化变异机制

为揭示赤皮青冈叶色黄化变异机制,该研究以赤皮青冈叶色变异植株和正常植株的叶片为试验材料,采用超高效液相色谱串联质谱法和高通量RNA测序技术分别进行代谢组和转录组分析。结果表明:(1)代谢组在正离子(POS)、负离子(NEG)模式下分别检测出正常植株和突变体之间存在257个和357个显著差异代谢物(SCMs),其中槲皮素、白矢车菊素、杨梅素等多种黄酮类化合物及其糖苷衍生物(吡喃酮啡肽A、异鼠李素3-葡糖苷酸等)在突变体中显著上调,而叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等色素含量则显著下降。(2)转录组测序检测出4146个差异表达基因(DEGs),其中1711个基因上调表达,2435个基因下调表达。(3)KEGG富集分析表明,SCMs和DEGs显著富集到光合作用、卟啉与叶绿素代谢、类黄酮生物合成等途径。综上表明,突变体叶色黄化可能是受到叶绿素合成受阻、叶绿体发育异常及黄酮物质合成增加等因素的综合影响。此外,MYB和bHLH家族基因在突变体中显著上调,证实该两类转录因子参与调控类黄酮生物合成。该研究结果为植物黄化突变的分子机制研究提供了新的见解,也为叶色功能基因挖掘与园林植物育种工作提供了参考。

基于非靶向代谢组学分析印度不同产地红茶关键香气代谢物

为明确印度不同产地红茶香气关键代谢物,利用非靶向代谢组学结合顶空固相微萃取、气相色谱-质谱联用技术对印度不同产地红茶香气代谢物进行分析。结果表明,在印度红茶中共鉴定出140种香气成分,根据其化学结构分为醇类、酸类、醛类、酮类、酯类、烯烃类、杂环类化合物等12类物质。大吉岭红茶醇类物质相对含量为40.58%,酯类相对含量为14.33%,显著高于阿萨姆红茶;而阿萨姆红茶中醛类(13.70%)、酮类(13.51%)和烷烃类(10.47%)等物质的相对含量均高于大吉岭红茶。感官审评结果表明,阿萨姆红茶具有甜香、清香细锐及薄荷香特征,香气持久;大吉岭红茶普遍具有甜香,个别具有花香和麝香、清香特征,T2-4红茶香气感官评分最高(94.0)。正交偏最小二乘法判别分析(orthogonal partial least squares-discrimination analysis,OPLS-DA)表明,不同产地印度红茶分别聚类到不同的区域,香气代谢物差异比较明显。香气重要贡献度因子(variable importance in projection,VIP)>1的香气代谢物有27种,包括芳樟醇、(E,E)-2,4-庚二烯醛、苯乙醛、戊酸、苯甲醛、十八烷、十三烷、(E)-6,10-二甲基-5,9-十一烯-2-酮等,其中具有香气活性(气味活性值>1)的物质包括芳樟醇、苯乙醇、苯乙醛、水杨酸甲酯、戊酸、己醛、1-甲基萘、香叶醇8种。在阿萨姆红茶中己醛、苯乙醇、戊酸、苯乙醛、1-甲基萘是区别于大吉岭红茶的关键活性香气代谢物;而大吉岭红茶中,芳樟醇、水杨酸甲酯、香叶醇是区别于阿萨姆红茶的关键活性香气代谢物。