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羧甲基壳聚糖诱导葡萄柚果实抗病防御代谢物差异分析.pdf
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1、科学),2 0 2 4,44(2):163-173引文格式:刘胜红,杨清,吴化雨,等.羧甲基壳聚糖诱导葡萄柚果实抗病防御代谢物差异分析 .西南林业大学学报(自然JOURNAL OF SOUTHWEST FORESTRY UNIVERSITYMar.20242024年3月大Vol.44No.2西南报学学业林第2 期第44卷DOI:10.11929/j.swfu.202306008羧甲基壳聚糖诱导葡萄柚果实抗病防御代谢物差异分析刘胜红!杨清1吴化雨1唐勇1王芳1.2李根前!文邓佳1,3(1.西南林业大学林学院,云南昆明6 50 2 33;2.西南地区生物多样性保育国家林业和草原局重点实验室,云南昆
2、明6 50 2 33;3.西南山地森林资源保育与利用教育部重点实验室,云南昆明6 50 2 33)摘要:为研究羧甲基壳聚糖(CMCS)诱导采后葡萄柚果实抗性代谢物的差异,以葡萄柚果实为试材,采用1.5%CMCS和无菌水(CK)分别诱导葡萄柚2 4h,利用非靶向代谢组学技术分析葡萄柚果实中代谢物的差异。结果表明,CMCS诱导葡萄柚2 4h,共得到92 种差异代谢物,其中,上调36种,下调56 种。KEGG通路注释结果表明,差异代谢物被显著(P0.05)富集到2 1条通路中,主要参与氨基酸和苯丙烷代谢。进一步筛选发现L-谷氨酰胺、L-谷氨酸、L-天冬酰胺、L-精氨酸、酪胺、丙二酸、莽草酸、D-赤藓
3、-3-甲基苹果酸、反式肉桂酸和香豆素的表达量发生显著变化,且显著(P0.05)高于CK。另将相关差异代谢物与关键抗性差异基因(HSP17.4B、NCED 1、GGCT2;2、H SP2 2.0、W R K Y53、H SP2 2.0、W R K Y40、W R K Y54)进行相关性分析,结果证实两者之间存在显著正相关关系。关键词:羧甲基壳聚糖;代谢组;采后防治;氨基酸代谢;苯丙烷代谢中图分类号:S432文献标志码:A文章编号:2 0 95-1914(2 0 2 4)0 2-0 16 3-11Analysis of Resistance and Defense Metabolites of P
4、ostharvestCitrus paradisi Induced by Carboxymethyl-chitosanLiu Shenghong,Yang Qing,Wu Huayu,Tang Yong,Wang Fang 2,Li Genqian,Deng Jia l.3(1.College of Forestry,Southwest Forestry University,Kunming Yunnan 650233,China;2.Key Laboratory of Biodiversity Conservation inSouthwest China,National Forestry
5、and Grassland Administration,Kunming Yunnan 650233,China;3.Key Laboratory of Forest ResourcesConservation and Utilization in the Southwest Mountains of China,Ministry of Education,Kunming Yunnan 650233,China)Abstract:In order to study the difference of Carboxymethyl-chitosan(CMCS)-induced resistant
6、metabolitesinpostharvestgrapefruitfruits.Inthisstudy,grapefruitfruits wereusedastestmaterials,andgrapefruitwasinducedby1.5%CMCS and sterile water(CK)for 24 h,respectively.The differences of metabolites in grapefruit fruits were ana-lyzed by non-targeted metabolomics.The results showed that a total o
7、f 92 differential metabolites were obtainedafter CMCS induced grapefruit for 24 h,of which 36 were up-regulated and 56 were down-regulated.The KEGGpathway annotation results showed that the differential metabolites were significantly(P 0.05)enriched into 21收稿日期:2 0 2 3-0 6-0 6;修回日期:2 0 2 3-0 9-0 5基金
8、项目:国家自然科学基金项目(3196 0 32 6、32 16 0 394)资助;云南省“高层次人才培养支持计划”项目(YNWR-QNBJ-2020-205)资助;云南省“两类”人才培养项目(2 0 2 10 5AC160045)资助;云南省农业联合专项(2 0 2 10 1BD070001-065)资助。第1作者:刘胜红(1994一),女,硕士研究生。研究方向:森林培育。Email:。通信作者:邓佳(198 3一),女,博士,教授,博士生导师。研究方向:果树栽培与利用研究。Email:。164西南林业大学学报第44卷pathways,mainly involved in amino acid
9、 and phenylpropanoid metabolism.Further screening found that the ex-pression levels of L-Glutamine,L-Glutamic acid,L-Asparagine,Arginine,Tyramine,Malonic acid,Shikimicacid,D-erythro-3-Methylmalate,trans-Cinnamate and Coumarin changed significantly,and were significantly(P 0.5说明PCA模型准确度较高,葡萄柚样本数据稳定可靠
10、,可用于下一步分析。OPLS-DA分析可以有效摒除无关因素影响,提高组间差异。图1c,d为正、负离子模式下OPLS-DA得分图,组间样本样品明显区分于左右两侧,对X解释度分别为54.3%、53.8%,对Y变量的解释率分别为99.9%、99.9%。解释度大于0.5,接近1时,表示模型准确性较高,说明葡萄柚样本数据稳定有效。为了防止OPLS-DA模型过度拟合现象,采用置换检验法进行检验,以此来保证模型的有效性。图le,f可知,最左边蓝色的点均低于最右边蓝色的点,说明OPLS-DA模型未发生过度拟合,数据有效可靠,可用于后续差异分析。166西南林业大学学报第44卷1004K50CK(%)(%12)(
11、00CEV-5024CK24CK24CMCS。2 4CM CS-100-1004K-150-100-50050100150-100-50050100主成分 1(37.6%)主成分1(37.9%)a.正离子PCA得分图b.负离子PCA得分图100(%181)z(VA-STdO50(%L1)z(VA-STdO500024CK24CK-50。2 4C M C S?24CMCS-50-100-100-150-100-50050100-100-50050100OPLS-DA主成分1(36.2%)OPLS-DA主成分1(36.8%)R2=(0.0,0.99),Q=(0.0,0.37)R2=(0.0,0.9
12、9),Q2=(0.0,0.41)c.正离子OPLS-DA得分图d.负离子OPLS-DA得分图1.01.00.80.80.60.60.4R20.4oR2Q20.20.200-0.2-0.200.20.40.60.81.000.20.40.60.81.0置换保留度置换保留度e.正离子OPLC-DA置换检验图f.负离子OPLC-DA置换检验图OPLS-DA置换检验图中满足以下任意一点时,说明结果可靠有效:左侧蓝色的Q2点均低于最右原始蓝色的Q2点;点的回归线与纵坐标交叉或者小于0。图1正负离子PCAOPLS-DA得分图及正、负离子OPLS-DA置换检验图Fig.1 PCA score diagram
13、 of positive(A)and negative(B)ions;OPLS-DA score diagram of positive(C)andnegative(D)ions;OPLS-DA replacement test of positive(E)and negative(F)ions2.2差异代谢物筛选以FC1且P0.05为筛选条件,共筛选出差异代谢物有92 种,其中上调36 种,下调56 种。代谢物包括羧酸及其衍生物、脂肪酸、黄酮类酚类、香豆素及其衍生物、苯及其衍生物等化合物,为了更直观地比较CMCS诱导后差异代谢物含量变化情况,对92 种差异代谢物进行层次聚类并绘制热图(图2)
14、。167刘胜红等:羧甲基壳聚糖诱导葡萄柚果实抗病防御代谢物差异分析第2 期Group1.5Prostaglandin B2124CK(-)-Arctigenin0.524CMCSShikimicacidNeochlorogenicacid0(+)-Fenchone0.56-TuliposideA1Malvidin3-glucoside-1.5D-erythro-3-Methylmalatep-Coumaroyl-D-glucose5-AminopentanoicacidCoumarinMalonateGlutamylglutamic acidHerniarinGeniposideDeoxycy
15、tidineRiboflavin3-(2-Hydroxyphenyl)propanoic.acidUracilGuaninetrans-Cinnamate9-RiburonosyladenineRetinoylb-glucuronideL-AsparagineL-Glutamicacid2-Ketobutyricacid8-HydroxyquinolineFarnesoicacidL-GlutamineTyramineChlortetracycline6-Thiourate3-MethylxanthineDesaminotyrosineL-ArginineStearidonic acid3-0
16、-Methylgallate9-OxOODEGeniposidicacidN7-MethylguanosineScullcapflavoneIl4,5-DihydrooroticacidBz-Arg-OEtLinoleicacidPolygodialAzelaicacid(1S,4R)-1-Hydroxy-2-oxolimoneneGibberellinA37BufoteninHesperetin9,10-Dihydroxy-12,13-epoxyoctadecanoatePoncirinIsochlorogenic acidbPalmiticacidImidazol-5-yl-pyruvat
17、eD-FructoseCyanidin3.4-Dihydroxymandelicacid(R,S)-NorlaudanosolineEquolPhenyllactateGyromitrinBiocytinRetinolInosineFructose1,6-bisphosphate(5-L-Glutamyl)-L-glutamatePrunasin3-(1R,2S,5R,6S)-5-Hydroxy-7-oxabicyclo4.1.0heptan-2-yl-2-oxopropanoateDiaminopimelicacid7-O-AcetylsalutaridinolL-AsparticacidN
18、-Acetylornithine2-Dehydro-3-deoxy-L-rhamnonateDiosmin2-HydroxyphenethylamineNobiletinO-Xylene4-Hydroxybenzaldehyde(S)-CoclaurineFolinicacidTheobromine2,6-Dimethoxy-1,4-benzoquinoneNaringeninThiabendazole5-HydroxyindoleaceticacidN6-Acetyi-L-lysinebeta-Alanyl-L-lysineAgmatine5-Nitro-2-(3phenylpropylam
19、ino)benzoicacid(2S,5S)-trans-CarboxymethylprolineHomovanillicacid24CK-CK,2 4CM CS-1.5%CM CS处理。图292种差异代谢物层次聚类热图Fig.2Hierarchical clustering heat maps of 92 different metabolites2.3差异代谢物KEGG富集通路分析对差异代谢物进行KEGG富集分析,确定CMCS对葡萄柚代谢的影响,差异基因被富集到21条通路中,图中仅展示前2 0 条(图3)。植物次生代谢产物的生物合成通路(Biosynthesis ofplantsecond
20、arymetabolites)和氨基酸的生物合成通路(Biosynthesis of aminoacids)分别富集了11和10 种差异代谢物;而癌症的中枢碳代谢通路168西南林业大学学报第44卷(Ce n t r a l c a r b o n m e t a b o l i s m i n c a n c e r)、精氨酸生物合成通路(Argininebiosynthesis)、蛋白质的消化和吸收通路(Proteindigestionandabsorption),丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢通路(Alanine,aspartate and glutamate metabolism)分别富集
21、了6、5、6、4种差异代谢物Biosynthesis ofplant secondarymetabolitesCentral carbonmetabolismincancerBiosynthesis of amino acidsArgininebiosynthesisProteindigestion andabsorptionAlanine,aspartateandglutamatemetabolismABCtransportersPvalueAminoacyl-tRNAbiosynthesis0.01beta-Alaninemetabolism0.02Pyrimidinemetabolism
22、Glutamatergic synapseHitsGABAergic synapse57Linoleicacidmetabolism911C5-BrancheddibasicacidmetabolismD-Glutamine and D-glutamate metabolismBiosynthesis of alkaloids derived from ornithine,lysine and nicotinic acidAmyotrophiclateral sclerosisVitamindigestion and absorptionProximal tubulebicarbonatere
23、clamationArginineand prolinemetabolism0.050.100.150.200.25Impact气泡颜色表示P值大小,气泡直径大小与富集数量相关,Impact值表示该通路下的差异代谢物对通路的贡献度。图3KEGG富集通路气泡图Fig.3KEGG enrichment pathway bubble chart2.4KEGG通路中差异代谢物聚类分析本研究筛选出前6 条代谢通路(图4),分别为:植物次生代谢产物的生物合成通路,氨基酸的生物合成通路,癌症中枢碳代谢通路,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢通路,精氨酸生物合成通路和蛋白质的消化和吸收通路。L-谷氨酸、L-天冬氨酸
24、及L-谷氨酰胺共同参与以上6 条通路的合成;L-天冬酰胺参与除精氨酸生物合成外的其余5条通路;L-精氨酸参与除丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢通路的其余5条通路;莽草酸被富集到植物次生代谢产物生物合成通路及氨基酸生物合成通路,除此之外,酪胺、可可碱、反式肉桂酸、棕榈酸、亚油酸只存在于植物次生代谢产物生物合成通路,D-赤藓-3-甲基苹果酸、二氨基苯甲酸、2-酮丁酸参与氨基酸生物合成。数据说明,氨基酸及其衍生物与有机酸类物质活性较强,参与多条代谢途径,且这些代谢物大多与营养、风味特性、抗病防御能力相关。进一步说明,CMCS的诱导作用可以提高葡萄柚相关代谢物的表达量,这些代谢物的含量变化可能对于葡萄柚的
25、营养价值和生防效力有积极的影响。因此,推测CMCS诱导能够提高葡萄柚的营养价值和生防效力。2.5相关差异代谢物分析差异代谢物表达量结果显示(表1),CMCS诱导后葡萄柚果实中除了L-天冬氨酸外,其余代谢物的含量均高于CK,L-谷氨酰胺、天冬酰胺、L-精氨酸、L-谷氨酸、反式肉桂酸、D-赤藓-3-甲基苹果酸、核黄素、丙二酸、酪胺、莽草酸及香豆素与CK相比分别提高1.4、1.3、1.2、1.8、2.7、2.3、6.7、1.4、13.1、1.6 及1.5倍。结果表明CMCS诱导能显著(P0.05)提高葡萄柚抗性代谢物质含量,有助于提高其抗病能力。169刘胜红等:羧甲基壳聚糖诱导葡萄柚果实抗病防御代谢
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