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Plant Biol. 南京中醫藥大學非靶+靶向策略破解植物早開花難題,精準高鑒定量代謝檢測一次搞定!

經濟作物的價值常取決于植株內特定有效成分的積累水平,這一核心指標在相關研究中備受關注。無論是酚類、黃酮類、多糖等藥用活性物質,還是淀粉、脂質、蛋白質等營養物質,其積累均受植物生長周期調控。生長周期的紊亂可能導致有效成分含量降低或合成質量下降,最終造成作物品質衰退。
因此,解析植物特定生長階段的調控機制,不僅能揭示發育異常的原因,還可通過匹配生長周期與有效成分積累進程,追溯代謝途徑的關鍵調控靶點,從而減少植株品質降低帶來的損失。
在近期發表于BMC Plant Biology題為“Untargeted metabolomics and functional analyses reveal that the secondary metabolite quinic acid associates with Angelica sinensis flowering”的研究中,研究者結合非靶代謝組學與靶向驗證技術,系統性分析生長周期關鍵節點的代謝物變化,從復雜代謝網絡中識別出驅動階段轉換的核心物質,并利用模式植物突變體闡明其調控機制,完成了從靶點篩選到代謝通路解析的高質量研究。
針對中藥材當歸(Angelica sinensis)存在提前抽薹開花、根木質化且有效成分(阿魏酸、藁本內酯)劇降而喪失藥用價值的問題,該研究通過UHPLC-LTQ-Orbitrap/MS非靶向代謝組學技術共從收集的當歸樣本中鑒定出202種代謝物,其中151種在開花階段發生顯著變化。通路富集分析顯示,黃酮類生物合成和α-亞麻酸代謝通路與開花過程密切相關。進一步通過MRM-UPLC-QqQ/MS靶向技術定量驗證,發現奎寧酸(quinic acid)在開花植株中的含量顯著高于未抽薹植株,將其定位為潛在標志物。
田間噴施試驗表明奎寧酸能夠提高當歸早期抽薹率。無菌試管苗及模式植物擬南芥突變體外源激素處理結果顯示,奎寧酸具有提前開花時間并回補突變體開花延遲表型的功能。分子實驗證實,奎寧酸通過調控赤霉素(GA)和茉莉酸(JA)信號通路關鍵基因,促進擬南芥和當歸開花。

該研究揭示了次生代謝物奎寧酸作為開花調控因子的新機制,為藥用植物栽培質量控制提供了潛在靶點,同時也為通過代謝組學發現植物性狀調控靶點提供了從非靶發現、靶向驗證到田間應用的完整研究范式。

代謝物鑒定結果分析圖
上述研究通過非靶向代謝組學篩查結合靶向技術精準定量的分步策略,成功定位奎寧酸作為關鍵開花標志物,體現了代謝組學在解析植物生理機制中的價值。
然而,從文章中也不難看出,由于鑒定物質覆蓋廣度和定量精確度難以兼顧,分別使用非靶和靶向代謝組技術對樣本中的代謝物進行鑒定和定量的分步實驗設計對樣本量和時間成本的需求量也相應提升,一定程度上影響了研究效率。
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排版:野凌
審核:三黍生物企宣部