植物代谢学

Plant Metabolomics

植物代谢组学整体解决方案
植物代谢组学整体解决方案
应用领域

非生物环境关系研究:不适宜的环境会形成胁迫条件,如极端高温或低温,盐渍化和干旱等 ,植物为了生存会对这些胁迫条件感知和作出相应的反应。

植物与微生物:植物受到病原菌的侵染后会产生自身的免疫应答反应,代谢物在这种免疫反应中扮演着非常重要的角色。

在表型鉴定中的应用:大多数经基因修饰或敲出的个体缺乏明显的表型变化, 可以通过代谢物含量加以区别。

代谢途径及功能基因组研究:理清代谢途径中一系列的底物、中间产物、最终产物和关键酶,并阐明该途径中的调节机制和位点,整合、归纳与分类上游基因的变化情况

药用植物研究中的应用:药材的采摘、加工与炮制,质量控制以及药物在体内的代谢监测,药用植物种资源的开发等。

与人类健康研究:植物活性成分的化学结构、化学合成途径、生物有效性评价,以及潜在的作用靶点等。

代谢组学技术
非靶向代谢组学:对一个生物体系所有小分子代谢物质的定性定量分析,是一种无偏向的代谢组学分析方式。
全局精准非靶向代谢组学:第二代非靶向代谢组学,相比普通的非靶向代谢组学,在检测物质含量的精准度、准确性上,实现巨大提升。
脂质组学:比较不同生理状态下脂代谢网络的变化,进而识别代谢调控中关键的脂生物标志物 , 最终揭示脂质在生命活动中的作用机制。
靶向代谢组学:植物激素定量分析、花青素定量分析、脂肪酸定量分析、氨基酸定量分析、类胡萝卜素定量分析、有机酸定量分析、黄酮定量分析、单宁类定量分析。
案例分析

一种脂肪酶通过脂质重塑过程参与拟南芥热应激反应

HEAT INDUCIBLE LIPASE1 Remodels Chloroplastic Monogalactosyldiacylglycerol by Liberating α-Linolenic Acid in Arabidopsis Leaves under Heat Stress

期刊:Plant Cell     影响因子:9.618
发表时间:2018年     发表单位:日本神奈川可持续资源科学中心

研究背景

在热胁迫下,不同植物品种的叶绿体均含有 α- 亚麻酸(18:3)和十六碳三烯酸(16:3)等多不饱和酸。

研究设计

在本研究中,作者发现一种脂肪酶指定的热诱导脂肪酶 1(HIL1)在热胁迫下诱导拟南芥叶片中单半乳糖基二酰甘油(MGDG)的分解代谢。利用耐热性试验,一个具有破坏 HIL1 的 T-DNA 插入突变体被证明具有热应激敏感表型。脂质组分析表明,在高温胁迫下,HIL1 突变体 34:6-MGDG 的减少部分受损。同时,HIL1 突变体中54:9- 三酰甘油的热诱导增量比野生型低 18%。重组 HIL1 蛋白消化 MGDG 产生 18:3 游离脂肪酸(18:3-FFA),而不是 18:0 和 16:0-FFAs。利用公共数据库进行的转录组共表达网络分析表明,各种陆地植物的 HIL1 同源表达水平与叶绿体热应激反应密切相关。因此,HIL1 编码一种叶绿体 MGDG 脂肪酶,在 34:6(18:3/16:3)的第一步释放 18:3-FFA,提示 HIL1 在植物热胁迫诱导的脂质重塑过程中起重要作用。

图 1 HIL1 同源基因在植物物种中进化保守且 HIL1-like proteins 在陆生植物中具有不可或缺的作用

图 2 HIL1 的基因共表达网络分析发现其与 CLPB3 和 DGD1 密切相关,大豆、西红柿等植物中均存在

图 3 重组 HIL1 蛋白水解 MGDG 释放 18:3

参考文献

Y. Higashia et al., HEAT INDUCIBLE LIPASE1 Remodels Chloroplastic Monogalactosyldiacylglycerol by Liberating α-Linolenic Acid in Arabidopsis Leaves under Heat Stress. The Plant Cell, Vol. 30: 1887–1905, August 2018