植物代谢组是代谢组学的一个重要分支，定义为以植物为研究对象的代谢组学；研究不同物种、不同基因类型或不同生态类型的植物在不同生长时期或受某种刺激前后的所有小分子代谢产物，对其进行定性、定量分析，并找出代谢变化的规律。

 

       为了在不断变化和恶劣环境下生存，植物进化出了复杂的、多细胞结构的不同功能器官；这些器官包含了多种细胞类型，这些不同类型的细胞又转移的代谢机制来精确实现它们特定的功能。环境、温度和季节的影响通过代谢变化得到补偿；由于非生物（光、紫外线、水）和生物（虫害、寄生虫和病菌侵袭）的胁迫影响，植物派生出一个复杂的代谢化合物库。既有维持植物生命活动和生长发育所必须的初生代谢物，也有利用初生代谢物生成的与植物抗病和抗逆关系密切的次生代谢物。公司推出植物代谢组学技术包裹，您只需要将您的实验目的和实验样品寄给我们，我们将负责后续所有的实验；我们基于Thermo公司的Q Exactive和AB公司的Q TOF 5600两类质谱仪建立了分别针对于植物初生代谢物和次生代谢物的代谢组学研究平台，根据您的实验目的采用不同的样品处理方案分别高效提取植物初生代谢物和次生代谢物进行分析，在有效回答您生物学问题的同时提高了代谢物鉴定和定量数量和准确性。

 

实验原理/分析思路

 

      植物代谢组的研究思路仍然是从整体角度出发考虑问题。设定多层次、多结构的分析层面，以全面了解植物中代谢产物的成分、结构、合成途径在不同组别样品之间的差异并进行定量分析。

      大致的实验过程可以分成三步：一是代谢物的萃取，二是提取代谢物的质谱分析，三是质谱数据的生物信息学分析；这三步中代谢组的萃取最为关键。如果您对自己要进行的研究有了初步的预估，相对明确的知道您实验中要检测什么，我们首先会基于您提供的样品信息进行文献的查阅，寻找并确定您实验样品最佳的处理方式，另外，我们还会根据您提供的感兴趣的代谢分子、代谢通路或者生物学功能等的信息进行文献的查阅，对您感兴趣的代谢分子查缺补漏，根据代谢通路或者生物学功能总结与此相关的代谢分子，这些代谢分子信息将作为我们下一步预实验的评判标准；如果您对自己将要进行的研究并没有初期的预估，我们同样会基于您提供的样品信息和实验目的进行文献的查阅和实验方案设计，确定您实验过程样品最佳的处理方式；在确定了样品处理方法和“靶向性”分子信息之后，我们会对您的实验样品进行预实验，在进行预实验的过程中，我们会用多种不同的代谢分子萃取方式，比如氯仿/甲醇、氯仿/乙醇、氯仿/甲醇/水、氯仿/乙醇/水、甲醇（乙醇）等，每一种萃取方式得到的样品都会进行质谱的分析，当然在这个过程中我们会根据之前的代谢分子信息选择气质还是液质；不同萃取方法得到的样品进行质谱分析之后得到的原始数据会进行下一步的生物信息学分析，通过鉴定得到的代谢分子与之前感兴趣的代谢分子进行匹配，基于此匹配的结果选择合适的一到两种萃取方法进行后续正式样品的处理和分析。

 

研究路线

关于样品

 

1 .样品的保存

 

对于在取样后不能立刻提取代谢产物的植物组织样品，需要进行超低温保存（-800C）；样品运输过程需要干冰条件。

 

2.样品的预处理

 

在取样后，您也可以对样品进行预处理，如果您需要不同类别代谢产物的提取方法，欢迎您联系我们。

 

多酚的提取

 

植物多酚是一类广泛存在于植物体内的多酚类物质，主要存在植物的皮、跟、木、叶、果中。由于其内部成分结构和性质的差异在提取是通常采用溶剂提取法。多酚类物质在结构上都含有羟基，具有一定极性，所以水、低碳醇、乙酸乙酯、丙酮都是可以选择的溶剂。

 

植物代谢组学的应用

 

1．   植物初生代谢物分析

 

通过研究植物不同生长时期初生代谢物的变化揭示在植物特定发育阶段关键的调控分子；马晨菲等研究者通过考察不同生长时期青蒿中整体代谢物的变化情况，鉴定和定量3个与青蒿合成相关的前体，通过研究它们在不同生长时期的变化关系，发现在青蒿酸或二氢青蒿酸向青蒿素转化过程中可能存在限速步骤。

 

2．   植物次生代谢物分析

 

通过研究不同胁迫条件下次生代谢物的变化揭示植物对抗胁迫条件应答的机制；Helen Johnson等研究者通过考察盐分对番茄果实的影响，鉴定了番茄对盐胁迫应答过程中可能的重要功能团。

 

3．   转基因植物代谢分析

 

转基因植物在总代谢组成上是否含有非预期的化合物存在争论；Careth Cathapole等研究者建立了一种全面比较转基因和普通马铃薯素有化学成分的方法，最终的研究标明，转基因马铃薯和普通马铃薯是实质等同的。

 

4．   植物代谢指纹图谱分析

 

代谢指纹图谱可以快速高效对某些特定代谢分子进行定性和定量分析，如果这些特定的分子与样品的品质或者特性相关，那代谢指纹图谱可以快速高效的对不同样品的品质或者特性进行评判；Katona等人利用GC-MS的方法可以同时定量分析单糖、二糖、三糖、糖醇和糖酸，这种方法被用于检测不同收获时间和储存条件下两种杏果的品质。

 

5．   植物代谢轮廓分析

 

代谢轮廓分析就是对植物所有的代谢物进行定性和定量分析，鉴定并定量不同组别样品之间代谢物的变化情况；Roessner等人利用基于GC-MS建立的代谢轮廓分析方法对蔗糖代谢修饰的四中不同基因型马铃薯进行了表型研究。

 

6．   植物代谢网络研究

 

利用生物信息学技术对代谢轮廓分析得到的数据进行分析，例如聚类分析和代谢通路分析，可以得到不同组别样品间代谢网络的变化情况。

 

FAQ：初生代谢物和次生代谢物？

 

初生代谢物是指维持细胞生命活动所必需基本代谢物，如糖类、脂质、蛋白质及核酸等。次级代谢物是指植物体中一大类并非生长发育所必须的小分子有机化合物，其产生和分布通常具有种属、器官、组织和生长发育期的特异性。如下图所示，初生代谢物维持植物生命活动和生长发育所必须相关，而次生代谢物则与植物抗病和抗逆关系密切。

       次生代谢物是植物在长期进化过程中对生态环境适应的结果，有许多特定的功能。许多植物在受到病原微生物侵染后，产生并积累次生代谢产物用以增强自身的抵抗力。有些次生代谢产物与植物异种相克、种子传播。吸引昆虫及防御捕食有关。次生代谢物在整个代谢活动中占重要地位。在植物的某个发育期或某个器官中，次生物质甚至是代谢库的主要成分，例如橡胶树产橡胶。中草药和香料的有效成分绝大多数也是植物次生代谢产物。

 

       植物次生代谢产物种类繁多包括酚类、黄酮类、香豆素、木质素、生物碱、糖苷、萜类、甾类、皂苷、多炔类和有机酸等。凡星生物公司采取“定制化”的次生代谢物提取手段，针对特定种类的次生代谢物建立了特定的提取方法，大大提高了植物代谢组研究过程中次生代谢物鉴定和定量的种类和灵敏度。