肉苁蓉活性物质研究成果原创?小维?迈维代谢MetWare?2020-06-11收录于话题#中药现代化专题20个内容#项目文章88个内容广泛靶
向代谢组+转录组解析不同生态型肉苁蓉的质量差异及内在调控机理期刊：PlantMolecularBiology发表时间：2020
.2单位：中国医学科学院药用植物研究所，时长04:352020年2月，中国医学科学院药用植物研究所黄林芳老师团队在PlantMo
lecularBiology上发表了名为“Metabolomeandtranscriptomeprofilingreve
alsqualityvariationandunderlyingregulationofthreeecotypes
for?Cistanchedeserticola”的论文。该文章利用广泛靶向代谢组和转录组学技术研究生长在三种不同土质环境中（
盐碱地、草地、沙地）的肉苁蓉（蒙药）的差异及其机制，转录组结果表明在盐碱地中PhGs（苯乙醛糖苷）的相关基因相较于其余两种环境上调
表达，代谢组结果表明属于PhGs的物质2''-乙酰毛蕊花糖苷也显著积累，而苯乙醛糖苷是肉苁蓉中的重要活性成分，因此在盐碱环境下，有利
于肉苁蓉中药用活性成分的积累。迈维代谢提供了代谢组学和转录组学检测服务。肉苁蓉是一种药食两用植物，具有多种保健及药用功能。现代植物
化学从肉苁蓉中鉴定到苯乙醛糖苷（PhGs）、环烯醚萜、木脂素、多糖等多种代谢物，其中PhGs是一类活性代谢物。由于国际市场对于肉苁
蓉的需求加大，导致肉苁蓉的自然资源过度开采，因此迫切需要确定肉苁蓉生长的最佳环境，之前的研究表明，不同生态型的肉苁蓉其质量存在差异
，但是并没有对差异的机制进行解析，因此本研究的重点在于解析肉苁蓉在不同环境下质量差异的机制，为满足现代化生产提供夯实的理论基础。图
1研究技术路线及不同生态型肉苁蓉展示。A：盐碱地，B：草原，C：沙地。1、不同生态型肉苁蓉代谢物质差异-代谢组检测分析：不同的环
境影响肉苁蓉次生代谢物的积累通过广泛靶向代谢组学检测共定性到578种物质，221种初生物质、357种次生物质。PCA分析发现不同生
态型的肉苁蓉在代谢物水平能够明显的区分开（图2），基于VIP＞0.5和FC≥2或≤0.5两个条件筛选差异物质，在三个差异分组比较中
分别存在215、209、218种差异代谢物（图2），同时利用KEGG注释差异代谢物，结果表明主要富集在“代谢途径”，“次生代谢产物
的生物合成”等通路上，这些结果都表明在不同的生长环境下，肉苁蓉的次生代谢物的合成受到了环境的诱导。图1.三种生态型肉苁蓉的代谢组
分析。A组代表盐碱地生态型材料，B组代表草原生态型材料，C组为沙地生态型材料。（A）PCA分析；（B）分组差异代谢物韦恩图；2、三
种生态型肉苁蓉的基因表达差异-转录组测定分析：不同环境调控肉苁蓉中不同的代谢通路聚类热图分析基因的表达量表明盐碱地和草地生态型的苁
蓉比较相似，而沙地生态型的与其他两种略有不同（图3）。对差异基因进行KEGG注释分析，结果表明盐碱地/草地和沙地中的差异基因分别注
释到67和52个代谢通路中，其中包括苯丙氨酸代谢通路和植物激素转运通路，这一结果表明，环境导致三种生态型的肉苁蓉中次生代谢途径发生
不同，同时在这些差异基因中，有138个unigene参与苯丙氨酸的合成。图3.三种生态型肉苁蓉材料的转录组分析。A组代表盐碱地生
态型材料，B组代表草原生态型材料，C组为沙地生态型材料。（A）聚类热图:横坐标-样品名，纵坐标-代谢物不同颜色代表代谢物的含量；
（B）韦恩图；3、肉苁蓉差异核心基因及代谢物筛选-共表达调控网络：与2''-乙酰毛蕊花糖苷具有相关性的3个基因成为候选基因通过肉苁蓉
相关注释筛选出12个与PhGs相关的基因，其中大部分PhGs基因在盐碱地中表达量最高。相关分析的结果表明，盐碱地中PAL，GOT和
ALDH基因的上调是盐碱地肉苁蓉质量最佳的潜在原因，2''-乙酰毛蕊花糖苷可以作为判断肉苁蓉三种生态型的指标。前期对差异基因和差异代
谢物分析表明在盐碱地和沙地中差异最大，对这两种不同的生态型进行PhGs相关代谢产物和转录相关性分析。总共鉴定出74个转录本和91种
代谢物具有强相关系数值（Pearson相关系数>0.8），网络显示74个转录本被分为两个簇（I-II），而91种代谢产物则被分为
两组（III-IV）（图3）。PAL（c123670_g1，簇III）与N-乙酰基-5-羟基色胺，芹菜素和4-羟基-3,5-二异丙
基苯甲醛的含量呈强正相关，而与3-o-p-香豆酰基的含量呈负相关。值得一提的是，相关性分析结果表明2''-乙酰半乳糖苷与c11169
9_g1基因呈负相关，与c126768_g2和c115158_g1基因呈正相关。?图3.基因与代谢物相关性网络图研究目的：三种不
同生态型肉苁蓉差异的机制。研究结果：2''-乙酰毛蕊花糖苷可以作为判断肉苁蓉三种生态型的指标，并且差异的主要原因与PhGs相关合成通
路的调控相关，在盐碱地中肉苁蓉更有利于积累与PhGs相关的活性代谢物。锦上添花：本研究利用转录组+代谢组从两个维度上研究药材道地性
差异的机制，代谢组学能够直接反馈出药材道地性差异的相关代谢物，转录组学则可以表明在不同生长环境中基因表达的差异，能够从基因表达水平
上找到参与合成的基因。该研究重点关注肉苁蓉中活性成分PhGs的差异积累，也找到与之相关的基因，但是还未对基因功能进行研究，另外也没
有解析在不同环境条件下，肉苁蓉调控差异的机制，该部分内容则可以利用LncRNA测序进一步进行完善。PI简介请输入黄林芳研究员日本京
都大学博士后。国家“重大新药创制”重大专项评审专家。“协和学者创新团队”、医科院医学与健康科技创新工程“创新中药发现与研发协同创新
团队”学术骨干。中国药学会中药与天然药物专业委员会理事、中国商品学会中药专业委员会理事。NSFC函审专家。黄林芳研究员长期从事中药
资源和道地药材科研与社会服务。对“道地药材新理论-生态型理论”、“中药材野生抚育”的提出和实践做出突出贡献。研究领域主要包括:①道
地药材创新研究；②中药健康产品及新药研发；③中药鉴定、质控与生产。主持国家自然基金面上项目、“十一五”科技支撑计划、人事部留学人员
科技活动择优项目、重大新药创制、中医药行业科研专项、国家科技重大专项、国际科技合作项目、中国药典标准增修订等十余项课题。在中国科学
、科学通报、药学学报、植物学报、生态学报、应用生态学报、植物生态学报、中国药科大学学报、中草药（中英文版）、中国天然药物、药物分析
杂志、中国中药杂志、中国药学杂志、北京中医药大学学报、中国新药杂志、Gene、PLoSone、Foodchem.、Phytom
edicine、eCAM、JASIANNATPRODRES、JEthnopharmacol、JSS、BBRC、PBB等
国内外重要期刊上发表文章160余篇，其中第一作者或通讯作者学术论文140余篇。申请美国专利和中国发明专利37项，获授权专利23项
；编著10部，其中主编或副主编3部（主编《中国土家族常用药物图谱》、副主编《中国药材产地生态适宜性区划》、《常用中药材及饮片快速识
别》）。研究成果获2016年中华中医药学会科学技术三等奖；2014年度广东省科学技术二等奖，2013年度广州市科学技术进步二等
奖。培养与联合硕博研究生17人。其中2人共获得3次国家奖学金，4人获得北京协和医学院一等奖学金，1人获得药植所博硕士科研排名第一唯
一年终奖，1人2次获药植所Top10奖学金。★迈维产品服务★植物产品植物广泛靶向代谢组植物初生代谢组植物次生代谢组黄酮代谢组萜类代谢组生物碱代谢组花青素检测木质素小分子途径检测??植物激素检测类胡萝卜素检测糖类代谢检测靶向代谢物检测挥发性物质检测植物脂质检测多组学产品代谢组+转录组代谢组+基因组（mGWAS）??代谢组+微生物组代谢组+蛋白组 |
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