1、广泛靶向代谢组介绍,董运亮17390956166,1.背景知识,1.1代谢组学与系统生物学,1.背景知识,1.1代谢组学与系统生物学,代谢组是生物体表型的基础和直接体现者。代谢组与基因组、转录组、 蛋白组相比更接近生物体的表型， 基因组和蛋白组的微小变化可以在代谢组层面得以体现和放大 。代谢产物作为生物体在内外因素作用下基因转录和蛋白表达的最终结果， 是生物体表型的物质基础。代谢组是基因组与表型组的桥梁。通过代谢组学与其他组学技术（如转录组学、基因组学）的整合，植物代谢组学在功能基因鉴定、代谢途径解析及自然变异的遗传分析等方面都取得了较大的进展。代谢组学技术与基因组学和蛋白质组学数据结合时将会
2、成为一种有力的分析工具，并具有广阔的应用前景。,1.背景知识,AB Sciex QTRAP 6500 LC-MS/MS 液质联用仪（迈维主要应用该平台）,Agilent 7890A-5975C GC-MS气质联用仪,Agilent 600 MHz DD2 NMR 核磁共振仪,1.2代谢组学研究技术,1.背景知识,1代谢组学研究技术,传统的液相色谱-质谱方法有靶向代谢组学（Targeted metabolomics）和非靶向（Non-targeted/Untargeted metabolomics） 两种。靶向代谢组学方法只能对少数已知代谢物进行定性和定量检测，但其具有灵敏度高、定量准确的特点。
3、与之相反，非靶向代谢组学方法能够同时检测数百乃至数千种代谢物（包括已知和未知代谢物） ，但其灵敏度较之前者减低 1-2 个数量级，定性定量准确性也相对较差 。针对上述两种方法的优缺点，近年来相继发展出能够同时定性、定量数百种已知代谢物和定量近千种已知及未知代谢物的广泛靶向代谢组学分析方法（Widely-targeted metabolomics）,罗杰，2014，植物代谢组学技术及研究进展,1.背景知识,1.2代谢组学研究技术,2.产品特点,广泛靶向代谢组：建库数据库建立MRM检测数据分析,非靶向代谢组：全扫数据分析全扫挑选含量高的采集二级谱数据分析,2.1广靶与非靶流程比较,2.产品特点,广
4、泛靶向代谢组：建库数据库建立MRM检测数据分析,建库：基于MIM-EPI的方法，对其进行进一步方法优化，发现更多潜在的代谢物离子，发掘更多有生物学功能的代谢物，建立物种特异质谱代谢数据库的过程。意义：发掘物种特异代谢物，检测低含量代谢物。,Chen et al，MP，2013,2.产品优势,广泛靶向代谢组：建库数据库建立MRM检测数据分析,数据库建立：通过标准品、人工解谱、文献资料和数据库匹配等手段，鉴定物质，建立代谢组数据库。,2.产品特点,广泛靶向代谢组：建库数据库建立MRM检测数据分析,MRM扫描：利用物质检测相关参数（Q1，Q3，RT，DP，CE）检测不同样本中物质的相对含量，获得物质
5、的定性定量数据。,2.产品特点,广泛靶向代谢组：建库数据库建立MRM检测数据分析,数据分析（定性）：利用MRM检测到的信息（RT，Q1，Q3）在MWDB3.0数据库中匹配物质信息。,2.产品特点,广泛靶向代谢组：建库数据库建立MRM检测数据分析,2.产品特点,广泛靶向代谢组：建库数据库建立MRM检测数据分析,数据分析（定量）：利用定量软件Multiquant自动积分校正软件计算Q3峰面积，人工积分查看（根据RT和峰型等），转换成Excel表数值，即特定物质在样本中的相对含量。,2.产品特点,非靶向代谢组：全扫数据分析全扫挑选含量高的采集二级谱数据分析,全扫（定性定量）：利用色谱柱分离样本中代谢
6、物，1s内Q1全扫，通过TOF获得母离子精确分子量，搜库定性物质（只参考了Q1分子量）。同时，利用Q1丰度获得物质在样本中的相对含量。全扫挑选含量高的采集二级谱数据分析：利用色谱柱分离样本中代谢物，1s内Q1全扫，采集相对含量高的Q1采集二级谱信息，用于物质定性，（速度慢）。非靶目前通常做法用Q1检测后，筛选差异代谢物，然后挑选差异代谢物采集二级谱，用于物质准确定性。,产品1：广泛靶向代谢组+重测序（mGWAS）,产品介绍定位与价格应用与案例,利用自然群体、人工群体作为研究材料，基于重测序的信息，结合代谢组结果，进行代谢组的全基因组关联分析（metabolome Genome-Wide Ass
7、ociation Study, mGWAS），批量、精准定位候选基因，挖掘代谢生理、表型相关的功能基因，阐释相关pathway分子、生化机理。,mGWAS产品介绍,mGWAS产品应用与案例,题 目： Metabolite-based genome-wide association studies in plants期 刊 名：Current Opinion in Plant Biology发表时间：2015，24:31-38技术平台：广泛靶向代谢组，二代测序文章内容：The plant metabolome is the readout of plant physiological statu
8、s and is regarded as the bridge between the genome and the phenome of plants. Unraveling the natural variation and the underlying genetic basis of plant metabolism has received increasing interest from plant biologists.,The work-flow of mGWAS in plants,广靶+重测序（mGWAS）,题 目： Genome-wide association anal
9、yses provide genetic and biochemical insights into natural variation in rice metabolism期 刊 名：Nature Genetics发表时间：2014，46:714-721技术平台：广泛靶向代谢组，二代测序材 料：529份水稻自然群体，选取水稻五叶期剑叶方案设计：通过广泛靶向代谢组检测技术，获得水稻剑叶的代谢组数据，利用重测序获得材料SNP信息。基于代谢组数据和重测序SNP信息，开展mGWAS（代谢组全基因组关联分析）研究。文章内容：Here we report comprehensive profiling
10、of 840 metabolites and a further mGWAS based on 6.4 million SNPs obtained from 529 diverseaccessions of Oryza sativa. We identified 36 candidate genes modulating levels of metabolitesthat are of potential physiological and nutritional importance. As a proof of concept, wefunctionally identified or a
11、nnotated five candidate genes influencing metabolic traits.,1.对529份水稻群体材料通过广靶检测，检测到840个物质，最终鉴定了277个物质。,2.基于测定代谢物的群体分层分析能够将529份水稻分为indica和japonica两个亚群（C-糖基化黄酮）。,Kenji Yano et al, Nat Genet, 2016,3.基于重测序640万个SNP和代谢组数据开展mGWAS关联分析，最后得到161个loci对应鉴定物质，195个loci对应未知物质，并筛选出36个重要代谢物合成调控的候选基因。,4.通过遗传转化及生化分析，鉴定
12、了其中5个基因的功能，并进一步重构了水稻逆境抗性及营养成分相关的重要代谢途径。,题 目：Spatiotemporal Distribution of Phenolamides and the Genetics of Natural Variation of Hydroxycinnamoyl Spermidine in Rice期 刊 名：Molecular Plant发表时间：2015, 8:111-121技术平台：广泛靶向代谢组，二代测序材 料：156份水稻自然群体，选取水稻剑叶方案设计：基于广泛靶向代谢组技术检测水稻不同时期、不同样本的酚胺代谢物。基于代谢组数据和重测序SNP信息，开展mG
13、WAS研究。文章内容： In this study, we report the comprehensive metabolic profiling and natural variation analysis of phenolamides in a collection of rice germplasm using a LC-MS based targeted metabolomics method. Further mGWAS in rice leaf and in vivo metabolic analysis of the transgenic plants identified
14、Os12g27220 and Os12g27254 as two spermidine hydroxycinnamoyl transferases that might underlie the natural variation of levels of spermidine conjugates in rice.,mGWAS产品应用与案例,产品2：广泛靶向代谢组+转录组（广靶+转录）,产品介绍定位与价格应用与案例,广靶+转录组产品介绍,广靶+转录组产品应用与案例,题 目：Combined transcriptome and metabolome analyses to understand
15、 the dynamic responses of rice plants to attack by the rice stem borer Chilo suppressalis (Lepidoptera: Crambidae)期 刊 名：BMC Plant Biology (2016)技术平台： UPLC-MS和GC-MS ，二代测序材 料：水稻方案设计： 饲虫试验：盆栽水稻放到小屋中，24h后用2h未喂食的水稻螟虫处理，取被水稻螟虫侵染 位置4cm以上的水稻茎杆用于样本制备。 取样时间：0，24，48，72和96h 转录组：0，24，48，72h；4个生物学重复 代谢组：0，48，72，9
16、6h；10个生物学重复 （因为水稻受到水稻螟虫处理后，转录组比代谢组反应更快）,期 刊 名：Plant Cell发表时间： 2016 , doi:10.1105技术平台：非靶向代谢组，Medicinal Plant Genomics Resource（MPGR）,分子生物学材 料：喜树根、茎杆、茎尖、幼叶、成熟叶子方案设计：基于non-targeted UPLC/MS/MS检测到camptothecin（喜树碱）代谢通路19种代谢物，通过MPGR中蛇根木和长春花的转录组数据共表达分析筛选到喜树中喜树碱合成基因，包括TDC1和CYC1，最后构建出喜树中喜树碱合成代谢途径，为抗癌药物喜树碱合成和代
17、谢生物工程提供基础。,半合成抗癌药物喜树碱代谢途径研究,代谢组+转录组解析白葡萄抗旱机制（正常和旱胁迫，3个时期）,代谢组-苯丙烷类（ phenylpropanoids）、单萜类（monoterpenes）和生育（ tocopherols）等物质含量明显增加，而类胡萝卜素（ carotenoid）和黄酮类（ flavonoid ）等物质含量呈现差异的积累模式；转录组-旱胁迫诱导18个苯丙烷类、16个黄酮类、9个类胡萝卜素类和16个萜类物质合成结构基因表达；,广靶+转录组产品应用与案例,植物激素,题 目：Expression of Vitis amurensis NAC26 in Arabido
18、psis enhances drought tolerance by modulating jasmonic acid synthesis期 刊 名：Journal of Experimental Botany发表时间：2016, 67: 28292845技术平台：芯片技术、分子生物学、LC-MS/MS材 料：山葡萄、拟南芥野生型和转基因材料。研究背景：The growth and fruit quality of grapevines are widely affected by abnormal climatic conditions such as water deficits, but
19、 many of the precise mechanisms by which grapevines respond to drought stress are still largely unknown.,黄酮代谢组之分子生物学方向,题 目：Enhancement of oxidative and drought tolerance in Arabidopsis by overaccumulation of antioxidant flavonoids期 刊 名：Plant J发表时间：2014, 77: 367379技术平台：芯片技术、分子生物学、 LCPDAMS (光电二极管)，QTO
20、FMS材 料：Col-0，MYB12OX ，pap1-D，WOX1 (double overexpressor)研究背景： The notion that plants use specialized metabolism to protect against environmental stresses needs to be experimentally proven by addressing the question of whether stress tolerance by specialized metabolism is directly due to metabolites such as flavonoids.,谢谢,
