核心提示

當前植物代謝研究存在 3 大痛點：

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

? KEGG 收錄代謝通路有限，無法富集物種特異次生代謝通路

? KEGG 收錄代謝通路有限，無法篩選特定代謝通路相關基因

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隊”圍繞這 3 大問題，各個擊破，采用全棧自研的技術布局策略，開發(fā)出具有獨立知識產權、遙遙領先的新一代代謝通路圖--MetMapTM。

用戶評語

邁維代謝作為質譜領域的頭部企業(yè)，始終堅持技術創(chuàng)新，“唯有創(chuàng)新，才能領先”，一路走來，有著太多的艱辛，“寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來”，用戶的滿意是對我們最大的認可，邁維代謝將努力提供更好的產品和服務給科研工作者。

華中農業(yè)大學  陳偉教授

本課題組長期致力于重要糧食作物代謝組學研究，期望通過代謝組學為基因組學提供新的思路和生化線索，促進人們對重要糧食作物代謝過程的深入了解，進一步推動作物遺傳改良尤其是營養(yǎng)品質的改良。近年來，相關研究成果分別發(fā)表于 Nature Genetics,Nature Communications, PNAS, Plant Cell 等雜志。

評語：“KEGG 中代謝通路的匯總信息對生命科學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合成及代謝通路相對欠缺，邁維代謝 MetMap?數(shù)據(jù)庫創(chuàng)新地拓展了 KEGG 代謝數(shù)據(jù)庫，構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，對植物代謝及生物學研究者有著重要的參考借鑒作用。”

華中農業(yè)大學園藝林學學院單位 梁梅教授

課題組以猴面花為基礎材料，探究我國其他觀賞植物（如月季、百合）花色形成機制及調控方法，并結合數(shù)學模擬，實現(xiàn)花色的分子設計。博士畢業(yè)于華中農業(yè)大學柑橘團隊，師從鄧秀新院士與柴利軍教授，在美國康涅狄格大學袁耀武教授實驗室進行博士后研究。以第一作者發(fā)表在 Science、Science Advances、Nature Plants 等國際權威雜志。

評語：“我的研究比較關注類黃酮與類胡蘿卜素通路，邁維代謝 MetMap?除了 KEGG 的物質和通路外，還囊括了物種比較特有的物質和通路，比較好的解決我的科學問題。”

華中農業(yè)大學 朱峰研究員

博士師從華中農業(yè)大學程運江教授，畢業(yè)后赴德國馬克斯普朗克分子植物生理研究所 Alisdair Fernie 教授實驗室開展博士后工作。目前主要從事園藝產品采后生物學基礎與調控機制研究。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。

評語：“我的研究方向是柑橘果實貯運品質形成與采后保持。邁維代謝開發(fā)了針對不同代謝物的代謝檢測方法并建立有完備的代謝物特色碎片數(shù)據(jù)庫，可提供高質量的代謝組及多組學的綜合分析，值得推薦！”

中國熱帶農業(yè)科學院熱帶生物技術研究所 胡偉教授

現(xiàn)任中國熱科院熱帶生物組學大數(shù)據(jù)中心主任，農業(yè)農村部熱帶作物生物學與遺傳資料利用重點實驗室副主任。主要從事熱帶作物種質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 等國內外學術刊物上發(fā)表論文 83 篇。

評語：“植物含有非常豐富的化合物，隨著質譜檢測技術的發(fā)展，我們能檢測到越來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，很多通路基因沒有報道，因此代謝通路非常復雜。邁維代謝 MetMap?的構建為植物代謝組的研究、代謝合成代謝通路的構建、植物生物學發(fā)生過程提供了重要的基礎。

東北林業(yè)大學 高彥強副教授

課題組主要利用群體遺傳學材料，通過現(xiàn)代分子生物學技術手段，綜合解析作物代謝組的遺傳變異與生化基礎；開展東北特色漿果生理生化及逆境生物學應用基礎研究。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。

評語：“邁維代謝 MetMap?數(shù)據(jù)庫整合了不同植物物種的特異代謝物，以及基于文獻匯總了代謝通路的合成基因，工作非常認真細致，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，整合代謝組、基因組、轉錄組和蛋白組等多組學，將有助于我們挖掘新的代謝組和生物學相關基因，同時助力植物學研究。”

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是連接基因組學和表型的橋梁，而這一論點也在諸多文獻中均有體現(xiàn)。

例如在水稻籽粒大小的研究中，其主要參與物質為葫蘆巴堿，而控制籽粒大小的關鍵基因則是注釋為 N-甲基轉移酶的基因 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類型是類胡蘿卜素，在木瓜果皮和果肉成熟的過程中，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，因此呈現(xiàn)為橙紅色。

【Shen et al. BMC Genomics 2019】

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

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

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

2.植物代謝組學目前面臨的主要問題

2.1 植物次生代謝物鑒定多樣性及準確性

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，初生代謝為維持細胞生命活動所必須，其代謝物存在于所有植物中，包括糖類、脂質、氨基酸等；而次生代謝在種屬、器官、組織和生長發(fā)育期的特異性中均存在差異，其產生的次生代謝產物也是一類非植物生長發(fā)育所必須的小分子有機化合物，同時很多次生代謝產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)絡簡圖

據(jù)估計植物產生的代謝物數(shù)量有 20 萬~100 萬種，其中僅有~8000 種為初生代謝物，其他基本都是次生代謝物，對于如此龐大的次生代謝物種類，如何對于樣本中的代謝物達到應檢盡檢，以及達到鑒定準確，實為一大挑戰(zhàn)。

植物次生代謝物類別及特點

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2.2 植物 KEGG 通路現(xiàn)狀

通路構建是研究植物生物學問題繞不開的重點，而目前 KEGG 通路上面覆蓋的物質有限，同時近兩年 KEGG 數(shù)據(jù)庫物質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只有 123 個，所有注釋到通路上的物質只占到 KEGG 數(shù)據(jù)庫物質的 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去兩年間沒有變化（表 1），無法滿足檢測物質類型日益增多的【植物廣泛靶向 ? 代謝組】數(shù)據(jù)開展更加深入的分析，也嚴重限制了基因的深入研究。

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

3.遙遙領先的新一代植物代謝通路圖--MetMap

綜上所述，構建 MetMap?可以直接解決這 3 個問題：

3.1 如何測得到物質

物質定性準是第一要義

基于廣泛靶向 ? 代謝組學的檢測方法，利用高分辨質譜儀定性準確性高的采集模式來對物質進行檢測，同時基于本地數(shù)據(jù)庫建庫之時采集到的物質信息，在相同實驗條件下對樣本中的物質信息采集后進行匹配來對物質進行定性，以達到鑒定最為準確的結果。

物質二級質譜圖鏡像匹配結果

物質應檢盡檢

物質的檢測除了定性準以外，對于樣本中的物質盡可能的檢出多也尤為重要。基于植物公共數(shù)據(jù)庫的可利用程度有限，邁維自建了匹配儀器的本地數(shù)據(jù)庫 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，達到檢出新物質的目標。

目前利用植物廣泛靶向 ? 代謝組學技術檢測不同的物種，檢出基本能達到 1000-2500 的水平，達到對樣本中的物質應檢盡檢。

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物質定性準是文章夯實的基礎

自 2015 年植物廣泛靶向代謝組技術上線以來，我們合作的客戶遍布組國大地，而這些年來，也發(fā)表了多篇利用植物廣泛靶向 ? 代謝組學解決生物學問題的文章，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，而新通路的構建費時費力，為了解決這個問題，我們獨立自主的構建了新一代通路圖 MetMapTM。通路從基礎的 KEGG 通路出發(fā)，擴展出包含下游更多物質的新一代通路。

例如以明星通路 Map00941、Map00944 為基礎，擴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、玉米等多個物種檢出的物質進行通路注釋測試，結果表明，檢出的物質除了注釋到 KEGG 通路 K00941 和 K00944 以外，在這條新通路上也同樣被注釋到，新通路的物質注釋個數(shù)可以達到甚至超過 KEGG 通路的物質注釋個數(shù)，這就可以將檢出的物質充分利用起來。

表 2.MetMap?105 通路及實際項目注釋測試情況

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3.3 如何找得到基因

所有的生物學問題都離不開對基因功能進行深入研究，但是新基因的發(fā)現(xiàn)困難重重，而 MetMapTM 可以解決這個問題。聯(lián)合代謝組和轉錄組 / 基因組學的數(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，請勿做其他商業(yè)用途。

基于知識產權保護，我們對部分內容加上了馬賽克，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)新構建的新一代通路 MetMap?，檢測新物質，解鎖新通路，挖掘新基因，歡迎您來咨詢。

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總結

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 大痛点的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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