基于非靶向代谢组学的平菇子实体发育过程中菌丝体差异代谢物分析.pdf
《基于非靶向代谢组学的平菇子实体发育过程中菌丝体差异代谢物分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于非靶向代谢组学的平菇子实体发育过程中菌丝体差异代谢物分析.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、收稿日期:2023-08-29;修回日期:2023-10-31基金项目:河南省现代农业产业技术体系(HARS-22-08-S,HARS-22-08G1)作者简介:刘芹,女,副研究员,主要从事食用菌生理研究。E-mail:liuqin_通信作者:孔维丽,女,研究员,主要从事食用菌育种研究。E-mail:基于非靶向代谢组学的平菇子实体发育过程中菌丝体差异代谢物分析刘芹1,黄保1,胡素娟1,牛森园2,吴杰3,周奥硕4,孔维丽1(1.农业农村部黄淮海地区食用菌种质资源鉴定和利用重点实验室 河南省农业科学院食用菌研究所郑州450002;2.河南科技学院生命科学学院河南新乡453003;3.河南农业大学生
2、命科学学院郑州450002;4.郑州市金融学校郑州450007)摘要:为了解平菇生长发育过程中子实体形成的代谢物基础,采用超高效液相色谱-电喷雾串联四级杆质谱(UPLC-ESI-MS/MS)技术结合多变量统计分析方法对发菌完成期(MM)、原基期(MP)及子实体分化期(MF)的平菇菌丝体进行代谢组学分析。结果表明,主成分(PCA)模型分析结果显示 3 个时期平菇菌丝体中的代谢产物具有明显差异。通过正交偏最小二乘判别分析(OPLS DA),以 VIP(varible importance in the projection)1 和差异倍数值(fold change)2 或 0.5 为条件对 MM
3、vs MP、MM vs MF 和 MP vs MF 中的差异代谢物进行比较分析,分别获得139 个、147 个和 67 个差异代谢物,变化倍数最大的物质包括氨基酸及其衍生物、脂质、生物碱、有机酸等,说明这些差异代谢物对平菇子实体发育具有重要影响。KEGG 分析表明,苯丙氨酸代谢、色氨酸代谢、嘌呤代谢等 20 条代谢通路表现活跃。在子实体发育过程中,脂质、有机酸、核苷酸及其衍生物、氨基酸及其衍生物之间明显相关。以上研究结果为平菇子实体发育机制和标准化栽培提供了理论依据。关键词:平菇;代谢组学;菌丝体;差异代谢物;子实体发育中图分类号:S646.1+4文献标志码:A文章编号:1673-2871(2
4、024)01-045-11Analysis of differential metabolites during fruiting body development ofPleurotus ostreatus based on untargeted metabolomicsLIU Qin1,HUANG Bao1,HU Sujuan1,NIU Senyuan2,WU Jie3,ZHOUAoshuo4,KONG Weili1(1.Key Laboratory of Evaluation and Utilization of Germplasm Resources of Edible Fungi i
5、n Huang-Huai-Hai Region,Ministry of Agri-culture and Rural Affairs/Institute of Edible Fungi,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,Henan,China;2.Col-lege of Life Science and Technology,Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,Henan,China;3.College of Life Sci-ences
6、,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,Henan,China;4.Zhengzhou Financial School,Zhengzhou 450007,Henan,China)Abstract:In order to understand the metabolite basis of fruiting body formation during the growth and development ofPleurotus ostreatus,ultra performance liquid chromatography-tandem
7、 mass spectrometry interfaced with electro-sprayionization(UPLC-ESI-MS/MS)combined with multivariate statistical methods was used to analyze the differences of in-tracellular metabolites in mycelia of P.ostreatus at the spawning completion stage,primordium stage and fruiting bodydifferentiation stag
8、e.The results showed that principal component(PCA)model revealed significant differences(p 1 and fold change 2 or 0.5.Amino acids and derivatives,lipids,alkaloids and organic acids were substances with the maximum fold change values,which indicated that these differential metabolites played importan
9、t roles in the fruiting body development.KEGG analy-sis showed that phenylalanine metabolism,tryptophan metabolism,purine metabolism and other metabolic pathways wereactive.During the growth and development of P.ostreatus,the contents of lipids,organic acids,nucleotides and their de-rivatives,and am
10、ino acids and their derivatives were significantly correlated.The results of this study provided theoreticalbasis for the mechanism of fruiting body development and standardized cultivation of P.ostreatus.Key words:Pleurotus ostreatus;Metabonomics;Mycelia;Differential metabolites;Fruiting body devel
11、opment中中 国国 瓜瓜 菜菜2024,37(1):45-55试验研究DOI:10.16861/ki.zggc.202423.055845中国瓜菜第37卷试验研究食用菌因具有丰富的营养、独特的风味以及广泛的生物学活性而被认定为“新一代食物”1。食用菌具有热量低、膳食纤维和蛋白质含量高的优点,并且还含有各年龄段人群所需要的氨基酸、矿物质和维生素等,而这些通常是植物来源食品中所缺乏的2。此外,食用菌还具有调节免疫力、抗炎、抗肿瘤、抗病毒和抗氧化等功能3。因此,食用菌常被用作营养丰富的食品、补充剂、保健品以及医药制品等的原料4。中国是食用菌生产大国。目前,我国可栽培食用菌大约有 967 种,几乎
12、占世界可栽培食用菌种类的 50%,其中已实现商业化栽培的有 60多种5。2021 年我国食用菌年产量达到 4 133.94 万 t,比 2020 年增长了 1.79%,总产值达到 3 475.63 亿元,比 2020 年增长 0.29%6。食用菌已经是我国继粮、菜、果、油之后的第五大农作物5。食用菌子实体的形成与自身发育的分子机制密切相关,对食用菌的产量和品质有重要影响7。食用菌在生长发育过程中,菌丝通过分解培养料中的木质纤维素、蛋白质、多糖等高分子物质,产生大量的低分子代谢物以满足子实体所需8。据报道,有 10 万多种特有代谢物如多糖、黄酮、脂质、萜类、酚类等广泛存在于各种食用菌菌丝体中,作
13、为食用菌营养来源或生长发育调控物质9。研究表明,谷氨酸在亚洲兰茂牛肝菌原基发育中起重要调控作用10。羊肚菌营养生长过程中,脂肪酰基类物质在羊肚菌菌丝体内的主要功能为能量贮存,胺类物质参与羊肚菌生长发育、子实体成熟,吡啶类物质可提高羊肚菌的抗病能力9。L-精氨酸可能参与牛樟芝的解毒、保肝作用11。因而,有必要对食用菌菌丝生长发育过程中的代谢产物进行深入研究。平菇是我国第三大食用菌栽培种类,具有经济价值高、栽培技术简单、栽培原料来源广泛的优点12。目前我国平菇栽培主要是以玉米芯、棉籽壳、秸秆等为主料制成的栽培袋对平菇生长进行营养供应8。栽培袋营养供应不足会导致平菇出菇率低、子实体发育受限;营养供应
14、过剩可能会导致资源浪费或增加其他杂菌的污染概率。因此,明确平菇菌丝生长对养分的需求规律,了解各个代谢物在平菇生长发育中的作用,有助于精准化控制平菇所需栽培料,为找到平菇适宜栽培代料或混配配方提供理论依据。代谢组学是对一个生物系统的所有代谢物进行定性和定量的全面分析,并能揭示生物系统的一门科学9。代谢组学的出现使人们更好地理解作物在受到刺激或生长发育过程中代谢过程的变化,通过标志性代谢的挖掘与验证,可以从代谢物角度找到调节作物生长发育的重要调控剂13-14。因此,笔者通过非靶向代谢组学对发菌完成期、原基期及子实体分化期的平菇菌丝体进行代谢组学分析,以明确平菇生长发育过程中子实体形成的代谢物基础,
15、探索平菇子实体发育机制,为平菇栽培提供理论依据。1材料与方法1.1供试菌株豫黑平 16(品种权号:CNA20191002079),保藏于河南省食用菌种质资源库。1.2样品收集平菇栽培试验于 2022 年 25 月在河南现代农业试验示范基地进行。栽培配方为棉籽壳88%、10%麸皮、石灰 2%。参考 Du 等13的方法,收集培养 30 d(发菌完成期,MM)、40 d(原基期,MP)和 42 d(子实体分化期,MF)的菌丝体(图 1),每 9 个栽培袋收集的样品置于 1 个无菌离心管中,作为 1 个试验重复,共设置 3 次重复。样品用液氮速冻,-80 保存备用。图 1平菇菌丝(a)、原基(b)及刚
16、分化的子实体(c)形态Fig.1Morphology of mycelia(a),primordium(b)and newly differentiated fruiting body(c)of Pleurotus ostreatus46第1期,等:过程中菌丝体差异代谢物分析试验研究1.3样品处理将冷冻干燥的样品置于 2 mL 研磨管中,加入 2颗钢珠,研磨机(MM-400,Retsch,德国)30 Hz 研磨1.5 min。称取 100 mg 冻干粉加入 1.2 mL 70%甲醇(-20 预冷,色谱级),涡旋振荡,样本置于 4 冰箱过夜。离心(4,12 000 r min-1,10 min)
17、收集上清液,经0.22m膜过滤后用于UPLC-ESI-MS/MS分析。1.4UPLC分析采用装备有电喷雾离子源 3 重 4 极杆线性离子阱(electrospray ionization-triple quadrupole-linearion trap,ESI-Q TRAP)(Nexera X2,Shimazdu,日本)的超高效液相色谱-电喷雾离子源串联质谱仪(ultraperformance liquid chromatography electrosprayionization-massspectrometry/massspectrometry,UPLC-ESI-MS/MS)对样品进行分析
18、。色谱柱为Agilent Zorbax SB-C18(1.8 m,2.1 mm100 mm)(安捷伦科技有限公司,美国),柱温 40,进样量4 L。流动相为 0.1%甲酸的水(溶剂 A)和乙腈(溶剂 B)。流动相梯度:09.0 min,95%5%A;9.010.1 min,5%A;10.111.1 min,5%95%A;11.114.0 min,95%A,流速 0.3 mLmin-1。1.5ESI-Q TRAP-MS/MS分析AB4500 Q TRAP UPLC-MS/MS 系统与 ESITurbo 离子喷雾接口耦合,在负离子和正离子模式下由 Analyst 1.6.3 软件(AB Sciex
19、)控制。电喷雾离子源,涡轮喷雾温度 550,离子喷雾电压为-4500 V(负离子模式)和 5500 V(正离子模式)。离子源气体 I、II(GSI、GSII)和幕气(curtain gas,CUR)的压力分别为 50、60 和 6.9 kPa(25 psi);碰撞激活解离(collision-activated dissociation,CAD)设置为高。以氮气为中间碰撞气体,采用多重反应监测(multi-ple reaction monitoring,MRM)进行 3 重 4 极扫描试验。对单个多反应监测(multiple reaction monitoring,MRM)跃迁进行了进一步的聚
20、类势(declusteringpotential,DP)和 碰 撞 能(collision energy,CE)优化。根据各时期代谢物的洗脱情况,检测出一组特定的 MRM 离子对。1.6数据分析基于 MVDB(metware database)和代谢物信息公共数据库,根据二级谱信息对代谢物进行定性,并利用 3 重 4 极杆质谱的 MRM 模式进行定量。得到的质谱数据采用 Analyst 1.6.3 软件处理,色谱峰的积分和校正采用 MultiaQuant 软件15。数据分析采用 SPSS 22.0 软件,代谢物组间显著性差异分析采用 Student s t-test 方法。皮尔逊相关系数(Pe
21、ar-son s correlation coefficient,PCC)作为生物学重复相关性的评估指标,利用 R 3.1.2 软件的内置 cor 函数进行计算。采用 R 3.1.2 软件进行无监督主成分分析(principal component analysis,PCA)和正交偏最 小 二 乘 法 判 别 分 析(orthogonal partial leastsquaresdiscriminant analysis,OPLS-DA)。分层聚类分析(hierarchical cluster analysis,HCA)和 PCC 分析结果可视化均采用 pheatmap 包。根据 OPLS-D
22、A获得的变量重要性投影(variable importance in pro-jection,VIP)评分,将 VIP1 和差异倍数值2 或0.5 的代谢物定义为差异代谢物,同时将得到的相应差异代谢物提交到 KEGG 数据库网站进行注释,获得代谢物参与的代谢途径。差异代谢物相关性分析采用 R 3.1.2 软件,可视化分析采用 Gephi 0.9.2软件。2结果与分析2.1数量质量评估检验测序结果的可靠性以及样本选择的合理性主要通过样品的重复相关性来判断。样品间的生物学重复采取相关性分析来评估,组内样品相对组间样品的相关系数越高,说明获得的差异代谢物越可靠。在笔者的研究中,样品间的生物学重复的相
23、关性采用皮尔逊相关系数(Pearson s correlationcoefficient)r 作为评估指标。由图 2 可知,MM、MP和 MF 3 组样品间的相关系数均接近 1,说明 3 组样品间的重复性好,可以用作后续分析。由图 3 可知,对获得的代谢物进行聚类热图分析,根据平菇子实体发育过程中菌丝体中代谢物的差异,MM、MP 和 MF 组样本被明显分为 3 类,但是MP 和 MF 距离较近,说明两者的代谢轮廓更为相似。2.2主成分分析和正交偏最小二乘法判别分析采用无监督主成分分析(Principal componentanalysis,PCA)的方法来评估所有样本之间的总体分布和整个分析过
24、程的稳定性。由图 4 可知,3 组样品被明显区分开,PC1 解释了总变量的 60.29%,PC2 解释了总变量的 18.47%,PC3 解释了总变量的7.92%。这说明 3 组样品间的代谢产物具有明显的差异。所有质控(mix)样品聚类在一起,具有良好的分析稳定性和试验重现性。进一步采用有监督的判别分析统计方法正交偏最小二乘法判别分析(orthogonal partial least刘芹,等:基于非靶向代谢组学的平菇子实体发育过程中菌丝体差异代谢物分析47中国瓜菜第37卷试验研究MF1MF2MF3MM1MM2MM3MP1MP2MP3mix01mix02mix03MF1MF2MF3MM1MM2MM
25、3MP1MP2MP3mix01mix02mix03GroupGroupMFMMMPmix0.50.60.70.80.91图 2样品间相关性Fig.2Correlation diagram between samples图 3差异代谢物聚类热图Fig.3The clustering heatmap of differential metabolitesMM1MM2MM3MP1MP2MP3MF1MF2MF3GroupGroupMFMMMP-2-1012GroupMF1MF2MF3MM1MM2MM3MP1MP2MP3mix01mix02mix03MF1MF3MF2MM1MM2MM3MP1MP2MP3
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 靶向 代谢 平菇子 实体 发育 过程 菌丝体 差异 代谢物 分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。