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糖根甜菜營養(yǎng)成分的挖掘

2019-02-14 08:42程智超王文浩
農(nóng)村經(jīng)濟與科技 2019年22期
關(guān)鍵詞:代謝組學營養(yǎng)成分

程智超 王文浩

[摘 要]隨著現(xiàn)代社會人類對糖的需求,甜菜在民間一直保持極高的地位,從歐洲中世紀起,甜菜便融人了當?shù)厝嗣竦娘嬍成钪?,并且十分盛行。目前甜菜在歐洲、美國等種植較多,選育研究也達到很高水平,但我國對甜菜的研究在很長的時間里基本上屬于空白,僅因旅游業(yè)的發(fā)展及出口的需要,正逐年擴大甜菜的栽培面積,甜菜品種的選育工作也剛起步。為充分利用甜菜各種功能,本實驗選取了糖根甜菜進行代謝組學定性和定量分析,采用高效液相色譜——串聯(lián)質(zhì)譜(UHPLC–MS/MS)技術(shù)對他糖根甜菜 5 份具有代表性的材料進行代謝產(chǎn)物分析,在負離子模式下共檢測到了397個代謝物,利用非靶向代謝組學技術(shù)對的代謝譜進行分析發(fā)現(xiàn)了糖根甜菜的營養(yǎng)成分,明顯為一步研究甜菜的營養(yǎng)成分和營養(yǎng)功能提供了基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]糖根甜菜;代謝組學;營養(yǎng)成分

[中圖分類號]S917.3 [文獻標識碼]A

1 概述

甜菜中除含有宏量營養(yǎng)素糖類、蛋白質(zhì)、脂肪外,還有包含其他不同種類的微量營養(yǎng)素,例如烯酸、核苷酸、氨基酸、維生素這些微量營養(yǎng)素是甜菜特質(zhì)性營養(yǎng)的分子基礎(chǔ)。甜菜的主要產(chǎn)品是糖,作為糖料作物開展的科學研究,至今僅有200多年。但目前食用甜菜在歐洲、美國等的選育研究也達到很高的水平,育成一批具有豐產(chǎn)抗病、高蛋白、中糖、高色素、低氮、低纖維等優(yōu)良性狀的食用甜菜品種。

甜菜同時具有比例合理的鈣、鎂,及可以幫助人體更好利用鈣的硼,且其高鉀低鈉的特性對高血壓患者是很有利的。1.對抗腫瘤;2.降脂保肝;3.降壓作用;4.生長刺激;5.保胃治肝。現(xiàn)階段,利用甜菜收獲期次生代謝產(chǎn)物分析,更傾向于鑒別國外進口品種。對于國產(chǎn)甜菜血源及其他栽培種甜菜覆蓋面較小。因此原有標記一方面缺少科學性驗證,另一方面局限了可以鑒定的品種范圍。本研究的開展能夠為未來甜菜營養(yǎng)價值的確定提供更加科學準確的依據(jù)。

隨著生物物理學以及生物信息學領(lǐng)域的不斷發(fā)展,代謝組學作為研究生物體內(nèi)所有小分子代謝物的綜合性分析手段,其目的是開展生物系統(tǒng)中所有小分子代謝物進行全面整體、動態(tài)分析,更準確地確定代謝物動態(tài)變化?;趯μ鸩舜x物的定性定量分析,代謝組學可以用于研究代謝途徑或代謝網(wǎng)絡的解析,不同生物個體的代謝組學表型現(xiàn)象,不同疾病、藥物等物理、化學或病原生物刺激后代謝產(chǎn)物的應答機制,以及食品、藥物等安全評價。

2 材料與方法

2.1 主要試劑與材料

甲醇(LC-MS級),乙腈(LC-MS級),醋氨酸(LC-MS級),氨水(LC-MS級)均購買于CNW Technologies。L-2-氯苯丙氨酸(≥98%)購買于上海恒柏生物科技有限公司。

2.2 代謝組測定分析

2.2.1 代謝物鑒定與定量

由黑龍江大學農(nóng)作物研究院提供的代表性質(zhì)資源,所有糖根甜菜均在相同繁育基地相同條件種植,待植株完全成熟后收獲移取100μL樣本至1.5ml EP管中,加入300μL甲醇,再加入20μL內(nèi)標,渦旋混勻30秒;超聲10min(冰水?。?零下20℃ 靜置一小時;將樣本放置4℃,13000rpm離心15min;小心地取出200μL上清于2mL進樣瓶,每個樣本各取20μL混合成QC樣本,再取200μL上機檢測。將磨樣進行粉碎,至于磨口玻璃樣品瓶中保存在冰箱中通過質(zhì)譜特征結(jié)合保留指數(shù)的方法對甜菜進行定性分析,對質(zhì)譜分析后的代謝物數(shù)據(jù)進行預處理,并基于自建數(shù)據(jù)庫及其他公共數(shù)據(jù)庫,對質(zhì)譜檢測的一級譜二級譜數(shù)據(jù)進行定性分析,得到樣本表達的代謝物組分信息。然后對所有代謝物質(zhì)譜峰進行峰面積積分,并對其中同一代謝物在不同樣本中的質(zhì)譜出峰進行積分校正,對代謝物進行定量。

2.2.2 代謝物分析

對比糖根不同實驗組的之間的代謝物,采用ANOVA、T-test等檢驗方法進行差異分析。差異判斷標準為差異倍數(shù)大于2,且P value<0.05。得到糖根甜菜代謝物,對其理化性質(zhì)進行分析。

2.2.3 代謝物KEGG富集分析

生物體中的復雜代謝反應及其調(diào)控并不單獨進行,往往由不同基因和蛋白質(zhì)形成復雜的通路和網(wǎng)絡,它們的相互影響和相互調(diào)控最終導致代謝組發(fā)生系統(tǒng)性的改變。對這些代謝和調(diào)控通路的分析可以更全面,更系統(tǒng)的了解實驗條件改變導致的生物學過程的改變,性狀或疾病的發(fā)生機理和藥物作用機制等生物學問題。利用KEGG代謝通路富集分析并通過MBRole(http://csbg.cnb.csic.es/mbrole2/)獲取代謝物的KEGG ID。

3 結(jié)果與分析

測定的糖根甜菜代謝組學數(shù)據(jù)用系統(tǒng)自帶軟件Analyst 1.6.1進行數(shù)據(jù)處理,采用MRM模式采集二級數(shù)據(jù)對代謝物進行定量分析。最終獲得糖根甜菜中代謝物結(jié)構(gòu)和含量信息,對397個代謝物進行了定性分析,推斷出33個代謝物可能的結(jié)構(gòu)。

利用鑒定397個代謝物的代謝網(wǎng)絡分析發(fā)現(xiàn),基于液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用的非靶向代謝組可覆蓋:磷酸合成,嘌呤代謝,精氨酸和脯氨酸代謝,5(s),14(R)-脂蛋白B4和對氯苯基丙氨酸代謝,N-乙酰-L-苯丙氨酸和α-N-乙酰L-谷氨酰胺代謝等33條代謝路徑,基本覆蓋了KEGG中常見次生代謝物的代謝路徑,為發(fā)掘糖根甜菜營養(yǎng)成分打下很好的基礎(chǔ)。

4 討論

本章采用GC-MS非靶向代謝全譜分析方法對糖根甜菜進行了研究。GC-MS非靶向代謝全譜分析通過XCMS自動提取到397離子的33個代謝物含量信息,主要包括游離的氨基酸、脂肪酸、磷酸、甘油、脂肪酸、糖類或醇等。為進——步研究糖根甜菜的特質(zhì)性營養(yǎng)功能提供基礎(chǔ)。

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