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客户文章分享 | 大米黄变机制研究:次级代谢物分析

分类:公司动态   发布时间 2020-12-17   阅读: 4293


稻谷是世界上最主要食物之一,其外观是评价其质量的一个重要因素。稻谷在储存过程中会黄变,导致其原有的白色和半透明特性丧失,这可能会对大米的市场消费有影响。


之前的研究表明,稻谷黄变与许多因素有关,例如水分,氧气和二氧化碳浓度,温度,湿度以及非酶褐变等。在本研究中,作者使用了两个稻谷品种,粳米和糯米,进行广泛靶标的代谢组学研究,比较了黄变米和相应的正常米之间的次生代谢产物差异。


样本:粳米和糯米(J 粳米 G糯米 Y黄 N正常)

技术:植物广泛靶标

仪器:Qtrap 6500


研究结果


1.总酚、总黄酮、DPPH自由基清除能力升高


由图a,b可以看出大米黄变后总酚,总黄酮含量和DPPH自由基清除能力显著升高,说明黄变的大米中抗氧化活性较高,这三个特征或许可以作为反映大米黄变过程的重要因素。



2.大米黄变后代谢反应发生显著变化

                                                    


在本次植物广靶检测中,共检测到468个代谢物,包含了有机酸,氨基酸,黄酮类,苯丙素类,酚酸类等。PCA图显示样本的重复性很好,并且正常组(JN, GN)和黄变组(JY, GY)大米之间的区分很明显。


作者建立了OPLS-DA模型用来比较正常组和黄变组的代谢差异。由图b,d可以看出无论是粳米还是糯米,正常米和黄变米之间都有明显的差异,火山图展示了两种大米正常组和黄变组之间VIP>1的差异物,其中JN与JY组有299个,GN与GY组有269个。在这些差异物中,有机酸,氨基酸,脂质类代谢物在黄变米组中上调,一些重要的次级代谢物如黄酮,苯丙素,酚酸类物质也是呈现显著上调趋势。


作者采用VIP>1且fold change <0.5 & >2作为最终差异物筛选的条件。其中,JY与JN组间筛选出154个差异物,GY与GN组间筛选出103个差异物(p<0.05),并且两个品种筛选出的差异物中有67个是重复的。筛选结果如上图热图所示,在差异物中有机酸,黄酮类,苯丙素类物质较多,并且大部分的差异物次级代谢物在黄变的大米中含量升高。



3.次级代谢物发生显著改变

                                                                     



作者将检测到的差异次级代谢物分为6个分类:苯丙素类,黄酮类,酚酸类,总酚类,生物碱类和萜类。从韦恩图中可以看出两种大米正常组与黄变组的差异物有34个物质重叠,说明这些差异物在黄变的过程涉及到的代谢途径相似。


热图b展示了重要的次级代谢物,结果显示大部分的次级代谢物在黄变米中是上调的。在JYvsJN组的61个差异次级代谢物中,发生了显著变化的有2,3-二羟基苯甲酸, 2,4-二羟基苯甲酸、原儿茶酸和 4’,5,7-三羟基黄酮。在GYvsGN组的38个差异代谢物中发生了显著变化的有阿魏酸甲酯、2,4-二羟基苯甲酸和反式4-羟基肉桂酸。




为了进一步揭示大米变黄过程中涉及的代谢途径的变化,作者将关键的次生代谢物与大米变黄过程中的调控关系总结在上图中,主要与苯丙素代谢,酚酸代谢和黄酮代谢通路有关。


苯丙素类合成途径在黄酮类物质生物合成的上游,而所有苯丙素类化合物均来自肉桂酸。肉桂酸是由苯丙氨酸经由苯丙氨酸裂解酶生成的,有研究表明苯丙素途径可以合成香豆素,黄酮,异黄酮和黄酮醇,它们是植物防御的重要武器,并且随着热应激的增加,苯丙素代谢途径增强,从而防止了热诱导的细胞死亡。也有研究表明酚酸的产生部分原因是植物对非生物胁迫的应激反应,而环境胁迫可能会导致其积累。



最后,作者绘制了次级代谢物与大米黄变之间的相关系数图,b*是大米变黄的黄度值,大米变黄会使参数b*值增加。结果表明b*与酚类,黄酮类的含量呈显著正相关,在本研究中含量增加的黄酮类物质,如柚皮素查尔酮,4,2',4',6'-四羟基查尔酮等都呈现为黄色,其积累可能是导致大米显示黄色的一个重要原因。有研究也表明有色米中的总酚和类黄酮含量较高,同时具有较高的抗氧化能力。


本研究通过广泛靶标的技术证明了次生代谢物在大米黄变中起到了关键作用。植物MRM阿趣广靶®代谢组学区别于现有代谢物检测方法,是一种整合了非靶向代谢组“广泛性”和靶向代谢组“准确性”检测技术优点的新型代谢组检测技术,具有高通量、超灵敏、广覆盖、定性定量准等特点,自建植物数据库,可实现在植物样本中一次性定性定量检测上千种代谢物,为解析代谢通路和生物学机理研究提供了重要基础。


文献原文下载链接:https://pan.baidu.com/s/1YS55GcM1wnMrHrXoqIjMJQ

提取码:ucxg

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