“百益之果”皺皮木瓜在不同產地果實形態及活性成分的差異性研究-代謝組學解讀

文章標題：Comparative Metabolomics Study of Chaenomeles speciosa(Sweet) Nakai from Different Geographical Regions

發表期刊：FOODS
發表時間：2022.3.31
影響因子：4.35
合作客戶：西南大學
百趣生物提供服務：植物廣靶代謝組學檢測服務

研究背景
百趣代謝組學解讀，皺皮木瓜作為一種可鮮食的水果備受人們的喜愛，在我國的云南、貴州、山東、四川、浙江和重慶，湖北和安徽等地廣泛栽培。皺皮木瓜果實中含有多種營養物質和活性成分，在抗癌、抗氧化、抗病毒、抗菌性能、抗炎等方面有著一定的作用。本文選取了8個皺皮木瓜的主要產地進行研究，系統的論證了生態環境因素對皺皮木瓜果實代謝產物的影響。

01.研究內容
地理區域氣候條件對果實大小的影響
百趣代謝組學解讀，在本研究中，收集了8個主要產地YN(中國云南臨滄馬臺鄉)、GZ(中國貴州鎮安桐梓坪)、CQ(中國重慶綦江打通)、ZJ(中國浙江淳安左口)、HB(中國湖北長陽土家族自治縣榔坪)、AH(中國安徽宣城新田)、SC(四川達州復興)和SD(山東臨沂湯河)。圖1A為本研究的8個聚集點，圖1B為8個產區的經緯度，圖1C,D為各氣候參數。SD是八個產地中氣溫最低的地區，海拔高度HB最高，YN次之，SD和AH最低。YN年降雨量最高，SD年光照時間最長，年降雨量最少。廣州和CQ的年降水量和光照時數均低于ZJ、HB、AH和SC。從總體上看，8個不同果區的氣候條件存在明顯差異。

對商品成熟期的果實樣本進行研究，表1是方差分析和Duncan檢驗的結果。從整體上看，SC和GZ產區的果實較其他地區明顯較厚、較長、較重，其中AH產區的微型果實最多。不同品種的果實形態差異明顯，特別是GZ、SC和AH。以上結果表明，不同地理區域的氣候條件對果實大小有重要影響。
 

圖1. 采集的果實樣本的地理分布和氣候條件，(A)樣品生產地點，(B)八個區域坐標，(C)年降雨量(mm)和年日照時數(h)，(D)年平均溫度(◦C)和海拔高度(m)

表1. 不同地區果實表觀差異
 

02.不同地區果實代謝物檢測分析
為進一步了解不同產地果實的代謝產物差異，采用UPLC-QqQ-MS/MS對8個產地的鮮果進行了檢測分析，共鑒定到了974種代謝物，并將其分為19類（圖2A/B），包括163種類黃酮、119種生物堿、118種萜、83種酚、58種氨基酸及其衍生物、50種有機酸及其衍生物、47種脂類、47種類固醇及其衍生物、40種碳水化合物和醇、39種苯丙素、38種核苷酸及其衍生物、30種香豆素、20種木脂素、17種苯及其取代衍生物、15種口山酮、15種維生素及其衍生物、14種醌、13種植物激素和48種其他類代謝物。百趣代謝組學解讀。
 

圖2. 不同地區果實代謝物聚類熱圖、餅圖、HCA圖和PCA圖展示

03.TCMSP數據庫中識別有效代謝物
我們將鑒定到的974個代謝物與TCMSP數據庫進行匹配，以確定與抗病和藥物靶點相關的有效成分，對匹配到的有效成分進行分類統計，并對疾病和藥物靶點分別進行了相關性作圖分析。如圖3所示，黃酮類化合物在與疾病和藥物靶點相關的代謝產物中含量最高，相關性也最顯著。此外，木脂素、苯丙素和生物堿類物質也與疾病或靶點顯著相關。為了進一步尋找潛在的關鍵活性代謝物，以口服利用度(OB)≥30%和類藥性(DL)≥0.18作為篩選標準，發現黃酮類化合物是潛在的主要抗病成分。百趣代謝組學解讀。
 

圖3. (A)19種化合物與326種相關疾病代謝物的Pearson相關性分析、(B) 19種化合物類與336個相關靶點代謝物的Pearson相關性分析

*不同類別與疾病或目標有顯著相關性，p < 0.05

**不同類型與疾病或靶標顯著相關，p < 0.01

***不同類別與疾病或靶標顯著相關，p < 0.001

04.不同地區氣候、主要代謝物和差異代謝物的相關性研究

在研究中我們還發現經緯度與黃酮類代謝產物含量存在較強的負相關關系。緯度越高(◦N)，類黃酮含量越低，如表2所示。為了進一步分析尋找不同產地木瓜果實代謝物的差別，我們對數據進行了可視化作圖分析，如圖3所示，對篩選到的548個差異代謝物的種類按數量進行排序（圖4A），并將其映射到KEGG數據庫中，選出差異顯著性前25的通路進行繪制（圖4B），發現黃酮類化合物在木瓜果實的代謝中起著主要作用。百趣代謝組學解讀。

表2. 氣候特征與主要大類代謝物的相關性分析
 

圖4. 548個差異代謝物分析，(A) C. speciosa 548個差異代謝物的分類，(B) 548個差異代謝物和前25個通路的KEGG富集分析，(C)選擇潛在的標記代謝物，使每個區域的標記代謝物可視化

05.核心區的確定及與其他區域的比較
經過前期研究分析，我們發現YN與其他產地差異顯著。我們將YN作為一個核心群體與其他群體進行比較。如圖5A所示，繪制不同地區差異代謝物的集合圖（圖5A），最終選擇25個共同的差異代謝物作為YN的關鍵代謝物，并進行層次聚類圖的繪制（圖5C）。此外，我們對YN地區果實差異代謝物進行了富集通路分析表明黃酮類化合物的生物合成、甾體激素的生物合成、苯丙素的生物合成和生物堿的生物合成途徑是YN區果實代謝物主要的富集途徑（圖5D）。百趣代謝組學解讀。

圖5. YN與其他區域差異代謝物的比較，(A)常用的代謝物用倒置圖表示，(B)共有代謝物中含量最高的5種代謝物，(C) 25種常見代謝物的熱圖，(D) YN中含量較高的差異代謝物KEGG富集分析

結論
百趣代謝組學解讀，在本研究中，我們對8個地區皺皮木瓜果實的代謝物進行了研究，發現不同地區皺皮木瓜果實的代謝產物含量存在差異，表明了生態因素對皺皮木瓜果實的代謝有一定的影響，在8個地區中，YN地區和其他地區的代謝產物有著較為明顯的差異。此外，本研究還將皺皮木瓜的代謝物和TCMSP數據庫相結合，對數據源等重要信息進行了整理總結，以OB≥30%、DL≥0.18為篩選標準，共篩選出101個潛在的關鍵代謝產物，為其活性成分在治療人類疾病方面提供了一定的參考依據。

文/阿趣代謝組學