3min全面了解植物次生代謝物——分類、功能、檢測

1.什么是Plant specialized metabolites？

Plant specialized metabolites是物種特異性的化合物(也稱為次生代謝物)，有助于植物適應(yīng)和在不斷變化的生態(tài)環(huán)境中生存。同時，很多物質(zhì)具有生物活性，廣泛當(dāng)作天然藥物使用。次生代謝物結(jié)構(gòu)多樣，通常根據(jù)其生物合成來源進(jìn)行分類，主要有萜類、苯丙類、脂肪酸衍生物和氨基酸衍生物(圖1)。

圖1 植物特異性物質(zhì)類別^[1]

2.Plant specialized metabolites具有什么功能？

雖然次生代謝物的確切數(shù)量目前尚不清楚，研究報道數(shù)量可能在20萬到100萬種之間。次生代謝物的合成和儲存受到發(fā)育和時間的調(diào)控，并依賴于生物和非生物因素。例如在玉米的非生物脅迫（干旱、重金屬）和生物脅迫（昆蟲、細(xì)菌等）中均有特異性物質(zhì)的參與（圖2）。

圖2 玉米中參與不同功能的特異性物質(zhì)^[2]

3.plant specialized metabolites怎么檢測？

植物特異性物質(zhì)（次生代謝物）主要包括黃酮、萜類、生物堿、香豆素、木脂素、硫甙糖苷等類型。邁維代謝基于國家專利技術(shù)（專利號：201010562426.8）廣泛靶向?代謝組，開發(fā)出行業(yè)領(lǐng)先的植物代謝組產(chǎn)品“植物廣泛靶向?代謝組”，更好滿足科研工作者的需求。

①檢測技術(shù)

植物特異性物質(zhì)種類繁多，同時部分物質(zhì)含量低，因此對于這些物質(zhì)的檢出需要同時滿足兩個條件：通量高（檢出物質(zhì)多）、靈敏度高（低含量的物質(zhì)可以檢出）。目前有3個主流代謝物檢測技術(shù)：非靶向代謝組、靶向代謝組、廣泛靶向代謝組。非靶向代謝組雖然通量足夠高，靈敏度上卻低于靶向代謝組；靶向代謝組雖然靈敏度高，但是通量卻遠(yuǎn)不如非靶向代謝組，“廣泛靶向代謝組”結(jié)合以上兩種技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)“高通量”、“超靈敏”、“廣覆蓋”檢測樣本中代謝物。

②數(shù)據(jù)庫

目前，植物代謝物標(biāo)準(zhǔn)品尤其是次生代謝物標(biāo)準(zhǔn)品數(shù)量大概在幾千個，而且價格昂貴，限制了植物代謝組的發(fā)展。邁維代謝通過十年的積累，積累了35000個物質(zhì)數(shù)據(jù)庫：初生代謝物2200個(包括糖/核苷酸/脂質(zhì)/氨基酸等)和次生代謝物33000個(包括黃酮/萜類/生物堿/香豆素/木脂素等)。同時，積累了344個植物科屬的項目經(jīng)驗，有助于研究者挖掘物種特色代謝通路、鑒定到有重要生物學(xué)功能的物質(zhì)。

③項目經(jīng)驗

積累了344個植物科屬的項目經(jīng)驗，有助于挖掘物種特色代謝通路、鑒定到有重要生物學(xué)功能的物質(zhì)、講有價值的學(xué)術(shù)故事。除了這些植物特異性物質(zhì)的檢出以外，我們也同樣交付物種專屬物質(zhì)（例如番茄中的茄堿、擬南芥中的硫甙糖苷等）。除了檢測到具有植物特色的物質(zhì)以外，同時能檢測到物種特色物質(zhì)，這些物質(zhì)信息能讓我們的研究有差異，更有創(chuàng)新的研究價值。

④實際案例

植物特異性物質(zhì)與植物的生長發(fā)育、非生物脅迫、生物脅迫等各個方面都息息相關(guān)，因此我們在閱讀文章的過程中也會發(fā)現(xiàn)，特異性物質(zhì)檢出及分析可以為文章添加亮點。除了這些植物特異性物質(zhì)可以為研究增加亮點以外，物種特色物質(zhì)也是新增亮點的一個重要部分。

邁維小結(jié)

這樣看來，在不同物種、組織植物特異性物質(zhì)存在巨大的差異，因此對于這類物質(zhì)的檢出有助于我們更加深入的了解植物適應(yīng)環(huán)境變化的機(jī)制。

Huang XQ, Dudareva N. Plant specialized metabolism. Curr Biol. 2023 Jun 5;33(11):R473-R478. 

Yasmin F, Cowie AE, Zerbe P. Understanding the chemical language mediating maize immunity and environmental adaptation. New Phytol. 2024 Sep;243(6):2093-2101.