核心提示

當(dāng)前植物代謝研究存在 3 大痛點(diǎn)：

? 傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)和公共數(shù)據(jù)庫(kù)，較難全面準(zhǔn)確檢測(cè) species-specific 代謝物

? KEGG 收錄代謝通路有限，無(wú)法富集物種特異次生代謝通路

? KEGG 收錄代謝通路有限，無(wú)法篩選特定代謝通路相關(guān)基因

哪里有需求，邁維代謝就在哪里。邁維代謝“高精尖次生代謝研究團(tuán)隊(duì)”圍繞這 3 大問(wèn)題，各個(gè)擊破，采用全棧自研的技術(shù)布局策略，開(kāi)發(fā)出具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)、遙遙領(lǐng)先的新一代代謝通路圖--MetMapTM。

用戶(hù)評(píng)語(yǔ)

邁維代謝作為質(zhì)譜領(lǐng)域的頭部企業(yè)，始終堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新，“唯有創(chuàng)新，才能領(lǐng)先”，一路走來(lái)，有著太多的艱辛，“寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來(lái)”，用戶(hù)的滿(mǎn)意是對(duì)我們最大的認(rèn)可，邁維代謝將努力提供更好的產(chǎn)品和服務(wù)給科研工作者。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)  陳偉教授

本課題組長(zhǎng)期致力于重要糧食作物代謝組學(xué)研究，期望通過(guò)代謝組學(xué)為基因組學(xué)提供新的思路和生化線(xiàn)索，促進(jìn)人們對(duì)重要糧食作物代謝過(guò)程的深入了解，進(jìn)一步推動(dòng)作物遺傳改良尤其是營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的改良。近年來(lái)，相關(guān)研究成果分別發(fā)表于 Nature Genetics,Nature Communications, PNAS, Plant Cell 等雜志。

評(píng)語(yǔ)：“KEGG 中代謝通路的匯總信息對(duì)生命科學(xué)研究有著非常重要的作用，被大家廣泛使用。然而其中植物次生代謝物質(zhì)合成及代謝通路相對(duì)欠缺，邁維代謝 MetMap?數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)新地拓展了 KEGG 代謝數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建了次生代謝物合成代謝的通路，整合了代謝生物合成基因，對(duì)植物代謝及生物學(xué)研究者有著重要的參考借鑒作用。”

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院?jiǎn)挝?nbsp;梁梅教授

課題組以猴面花為基礎(chǔ)材料，探究我國(guó)其他觀賞植物（如月季、百合）花色形成機(jī)制及調(diào)控方法，并結(jié)合數(shù)學(xué)模擬，實(shí)現(xiàn)花色的分子設(shè)計(jì)。博士畢業(yè)于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)柑橘團(tuán)隊(duì)，師從鄧秀新院士與柴利軍教授，在美國(guó)康涅狄格大學(xué)袁耀武教授實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行博士后研究。以第一作者發(fā)表在 Science、Science Advances、Nature Plants 等國(guó)際權(quán)威雜志。

評(píng)語(yǔ)：“我的研究比較關(guān)注類(lèi)黃酮與類(lèi)胡蘿卜素通路，邁維代謝 MetMap?除了 KEGG 的物質(zhì)和通路外，還囊括了物種比較特有的物質(zhì)和通路，比較好的解決我的科學(xué)問(wèn)題。”

華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 朱峰研究員

博士師從華中農(nóng)業(yè)大學(xué)程運(yùn)江教授，畢業(yè)后赴德國(guó)馬克斯普朗克分子植物生理研究所 Alisdair Fernie 教授實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展博士后工作。目前主要從事園藝產(chǎn)品采后生物學(xué)基礎(chǔ)與調(diào)控機(jī)制研究。以第一作者（含并列）及共同通訊在 Plant Cell、Trends in Plant Science、Autophagy 等期刊發(fā)表論文 14 篇。

評(píng)語(yǔ)：“我的研究方向是柑橘果實(shí)貯運(yùn)品質(zhì)形成與采后保持。邁維代謝開(kāi)發(fā)了針對(duì)不同代謝物的代謝檢測(cè)方法并建立有完備的代謝物特色碎片數(shù)據(jù)庫(kù)，可提供高質(zhì)量的代謝組及多組學(xué)的綜合分析，值得推薦！”

中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶生物技術(shù)研究所 胡偉教授

現(xiàn)任中國(guó)熱科院熱帶生物組學(xué)大數(shù)據(jù)中心主任，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部熱帶作物生物學(xué)與遺傳資料利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。主要從事熱帶作物種質(zhì)資源與遺傳育種研究，以第一作者或通訊作者（含并列）在 Nature Plants、Advanced Science、 Molecular Plant、 Genome Biology 等國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文 83 篇。

評(píng)語(yǔ)：“植物含有非常豐富的化合物，隨著質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，我們能檢測(cè)到越來(lái)越多的初生和次生代謝物。然而，植物特異的次生代謝物修飾多種多樣，很多通路基因沒(méi)有報(bào)道，因此代謝通路非常復(fù)雜。邁維代謝 MetMap?的構(gòu)建為植物代謝組的研究、代謝合成代謝通路的構(gòu)建、植物生物學(xué)發(fā)生過(guò)程提供了重要的基礎(chǔ)。

東北林業(yè)大學(xué) 高彥強(qiáng)副教授

課題組主要利用群體遺傳學(xué)材料，通過(guò)現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)手段，綜合解析作物代謝組的遺傳變異與生化基礎(chǔ)；開(kāi)展東北特色漿果生理生化及逆境生物學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)研究。以第一作者（含并列）在 Nature Genetics，PNAS，Plant Cell，Plant and Cell Physiology 等期刊發(fā)表多篇論文。

評(píng)語(yǔ)：“邁維代謝 MetMap?數(shù)據(jù)庫(kù)整合了不同植物物種的特異代謝物，以及基于文獻(xiàn)匯總了代謝通路的合成基因，工作非常認(rèn)真細(xì)致，為植物代謝組和基因組研究提供了比較好的代謝綜述和參考。基于該數(shù)據(jù)庫(kù)，整合代謝組、基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白組等多組學(xué)，將有助于我們挖掘新的代謝組和生物學(xué)相關(guān)基因，同時(shí)助力植物學(xué)研究。”

詳情介紹

1.代謝組是基因組與表型組的橋梁

2002 年，Plant Molecular Biology 在線(xiàn)發(fā)表了 Oliver Fiehn 教授題為“Metabolomics-the link between genotypes and phenotypes”文章，該文章闡明代謝組學(xué)是連接基因組學(xué)和表型的橋梁，而這一論點(diǎn)也在諸多文獻(xiàn)中均有體現(xiàn)。

例如在水稻籽粒大小的研究中，其主要參與物質(zhì)為葫蘆巴堿，而控制籽粒大小的關(guān)鍵基因則是注釋為 N-甲基轉(zhuǎn)移酶的基因 Os02g57760；

【Chen, Wei , et al.Nature Communications 7(2016):12767】

在木瓜色澤的研究中，其決定顏色的的主要物質(zhì)類(lèi)型是類(lèi)胡蘿卜素，在木瓜果皮和果肉成熟的過(guò)程中，參與的基因合成通路存在差異，果皮中 LCYE 參與的 α 分支正常合成，合成為葉黃素，最終呈現(xiàn)為黃色，而果肉中主要合成 β-carotene 等物質(zhì)，因此呈現(xiàn)為橙紅色。

【Shen et al. BMC Genomics 2019】

除品質(zhì)研究以外，非生物脅迫中也有類(lèi)似的研究案例，水稻在鹽脅迫下會(huì)合成更多的糖苷黃酮類(lèi)物質(zhì)用于抵抗抗氧化，而其關(guān)鍵基因則式注釋為糖苷轉(zhuǎn)移酶的基因 GSA1。

【Dong, Nai Qian , et al.  Nature Communications 11.1(2020)】

此類(lèi)的研究數(shù)不勝數(shù)，這些研究也表明在基因的相關(guān)研究中，代謝組學(xué)可以作為連接表型與基因的橋梁發(fā)揮重要的作用。

2.植物代謝組學(xué)目前面臨的主要問(wèn)題

2.1 植物次生代謝物鑒定多樣性及準(zhǔn)確性

1891 年科賽爾（H.Kossel）首次明確地將植物的代謝分為初生代謝和次生代謝，初生代謝為維持細(xì)胞生命活動(dòng)所必須，其代謝物存在于所有植物中，包括糖類(lèi)、脂質(zhì)、氨基酸等；而次生代謝在種屬、器官、組織和生長(zhǎng)發(fā)育期的特異性中均存在差異，其產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物也是一類(lèi)非植物生長(zhǎng)發(fā)育所必須的小分子有機(jī)化合物，同時(shí)很多次生代謝產(chǎn)物都參與植物的抗病、抗逆或者具有生理活性，例如水稻積累黃酮糖苷代謝物抵抗紫外，而傳統(tǒng)中藥植物中積累的生物堿具有抗炎等生理活性等。

植物代謝網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)圖

據(jù)估計(jì)植物產(chǎn)生的代謝物數(shù)量有 20 萬(wàn)~100 萬(wàn)種，其中僅有~8000 種為初生代謝物，其他基本都是次生代謝物，對(duì)于如此龐大的次生代謝物種類(lèi)，如何對(duì)于樣本中的代謝物達(dá)到應(yīng)檢盡檢，以及達(dá)到鑒定準(zhǔn)確，實(shí)為一大挑戰(zhàn)。

植物次生代謝物類(lèi)別及特點(diǎn)

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2.2 植物 KEGG 通路現(xiàn)狀

通路構(gòu)建是研究植物生物學(xué)問(wèn)題繞不開(kāi)的重點(diǎn)，而目前 KEGG 通路上面覆蓋的物質(zhì)有限，同時(shí)近兩年 KEGG 數(shù)據(jù)庫(kù)物質(zhì)注釋和通路注釋增速緩慢，2023 年相較于 2022 新增到通路上的物質(zhì)只有 123 個(gè)，所有注釋到通路上的物質(zhì)只占到 KEGG 數(shù)據(jù)庫(kù)物質(zhì)的 33.5%，在植物中使用較為廣泛的黃酮代謝通路 map00941 和 map00944 代謝物和基因注釋在過(guò)去兩年間沒(méi)有變化（表 1），無(wú)法滿(mǎn)足檢測(cè)物質(zhì)類(lèi)型日益增多的【植物廣泛靶向 ? 代謝組】數(shù)據(jù)開(kāi)展更加深入的分析，也嚴(yán)重限制了基因的深入研究。

表 1.KEGG 數(shù)據(jù)庫(kù) 2022 年和 2023 年數(shù)據(jù)情況對(duì)比

3.遙遙領(lǐng)先的新一代植物代謝通路圖--MetMap

綜上所述，構(gòu)建 MetMap?可以直接解決這 3 個(gè)問(wèn)題：

3.1 如何測(cè)得到物質(zhì)

物質(zhì)定性準(zhǔn)是第一要義

基于廣泛靶向 ? 代謝組學(xué)的檢測(cè)方法，利用高分辨質(zhì)譜儀定性準(zhǔn)確性高的采集模式來(lái)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)基于本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)之時(shí)采集到的物質(zhì)信息，在相同實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)樣本中的物質(zhì)信息采集后進(jìn)行匹配來(lái)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性，以達(dá)到鑒定最為準(zhǔn)確的結(jié)果。

物質(zhì)二級(jí)質(zhì)譜圖鏡像匹配結(jié)果

物質(zhì)應(yīng)檢盡檢

物質(zhì)的檢測(cè)除了定性準(zhǔn)以外，對(duì)于樣本中的物質(zhì)盡可能的檢出多也尤為重要。基于植物公共數(shù)據(jù)庫(kù)的可利用程度有限，邁維自建了匹配儀器的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù) 30000+，包括 1800 + 種初生代謝物，以及 28000 + 種植物次生代謝物，可以覆蓋更多的植物次生代謝物，達(dá)到檢出新物質(zhì)的目標(biāo)。

目前利用植物廣泛靶向 ? 代謝組學(xué)技術(shù)檢測(cè)不同的物種，檢出基本能達(dá)到 1000-2500 的水平，達(dá)到對(duì)樣本中的物質(zhì)應(yīng)檢盡檢。

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物質(zhì)定性準(zhǔn)是文章夯實(shí)的基礎(chǔ)

自 2015 年植物廣泛靶向代謝組技術(shù)上線(xiàn)以來(lái)，我們合作的客戶(hù)遍布組國(guó)大地，而這些年來(lái)，也發(fā)表了多篇利用植物廣泛靶向 ? 代謝組學(xué)解決生物學(xué)問(wèn)題的文章，部分高分文章如下：

3.2 如何富集得到新通路

基于目前 KEGG 上的通路信息較為有限，而新通路的構(gòu)建費(fèi)時(shí)費(fèi)力，為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們獨(dú)立自主的構(gòu)建了新一代通路圖 MetMapTM。通路從基礎(chǔ)的 KEGG 通路出發(fā)，擴(kuò)展出包含下游更多物質(zhì)的新一代通路。

例如以明星通路 Map00941、Map00944 為基礎(chǔ)，擴(kuò)展出邁維自有的通路圖 MetMap?105-Luteolin aglycones biosynthesis。我們利用百合、茶葉、番茄、擬南芥、水稻、小麥、淫羊藿、玉米等多個(gè)物種檢出的物質(zhì)進(jìn)行通路注釋測(cè)試，結(jié)果表明，檢出的物質(zhì)除了注釋到 KEGG 通路 K00941 和 K00944 以外，在這條新通路上也同樣被注釋到，新通路的物質(zhì)注釋個(gè)數(shù)可以達(dá)到甚至超過(guò) KEGG 通路的物質(zhì)注釋個(gè)數(shù)，這就可以將檢出的物質(zhì)充分利用起來(lái)。

表 2.MetMap?105 通路及實(shí)際項(xiàng)目注釋測(cè)試情況

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3.3 如何找得到基因

所有的生物學(xué)問(wèn)題都離不開(kāi)對(duì)基因功能進(jìn)行深入研究，但是新基因的發(fā)現(xiàn)困難重重，而 MetMapTM 可以解決這個(gè)問(wèn)題。聯(lián)合代謝組和轉(zhuǎn)錄組 / 基因組學(xué)的數(shù)據(jù)分析，同步注釋代謝物和基因 / 酶，從而在新通路上注釋到新基因。

MetMap?105-Luteolin aglycones biosynthesis

注：圓圈代表代謝物，方框代表酶（基因）；尊重版權(quán)，請(qǐng)勿做其他商業(yè)用途。

基于知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，我們對(duì)部分內(nèi)容加上了馬賽克，感謝各位老師的理解

邁維代謝基于代謝（Metabolic）和通路（Map）自主創(chuàng)新構(gòu)建的新一代通路 MetMap?，檢測(cè)新物質(zhì)，解鎖新通路，挖掘新基因，歡迎您來(lái)咨詢(xún)。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的不能说的秘密：如何破解植物代谢研究 3 大痛点的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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