糖根甜菜營養成分的挖掘

程智超 王文浩

[摘 要]隨著現代社會人類對糖的需求，甜菜在民間一直保持極高的地位，從歐洲中世紀起，甜菜便融人了當地人民的飲食生活中，并且十分盛行。目前甜菜在歐洲、美國等種植較多，選育研究也達到很高水平，但我國對甜菜的研究在很長的時間里基本上屬于空白，僅因旅游業的發展及出口的需要，正逐年擴大甜菜的栽培面積，甜菜品種的選育工作也剛起步。為充分利用甜菜各種功能，本實驗選取了糖根甜菜進行代謝組學定性和定量分析，采用高效液相色譜——串聯質譜（UHPLC–MS/MS）技術對他糖根甜菜 5 份具有代表性的材料進行代謝產物分析，在負離子模式下共檢測到了397個代謝物，利用非靶向代謝組學技術對的代謝譜進行分析發現了糖根甜菜的營養成分，明顯為一步研究甜菜的營養成分和營養功能提供了基礎。

[關鍵詞]糖根甜菜;代謝組學;營養成分

[中圖分類號]S917.3 [文獻標識碼]A

1 概述

甜菜中除含有宏量營養素糖類、蛋白質、脂肪外，還有包含其他不同種類的微量營養素，例如烯酸、核苷酸、氨基酸、維生素這些微量營養素是甜菜特質性營養的分子基礎。甜菜的主要產品是糖，作為糖料作物開展的科學研究，至今僅有200多年。但目前食用甜菜在歐洲、美國等的選育研究也達到很高的水平，育成一批具有豐產抗病、高蛋白、中糖、高色素、低氮、低纖維等優良性狀的食用甜菜品種。

甜菜同時具有比例合理的鈣、鎂，及可以幫助人體更好利用鈣的硼，且其高鉀低鈉的特性對高血壓患者是很有利的。1.對抗腫瘤;2.降脂保肝;3.降壓作用;4.生長刺激;5.保胃治肝。現階段，利用甜菜收獲期次生代謝產物分析，更傾向于鑒別國外進口品種。對于國產甜菜血源及其他栽培種甜菜覆蓋面較小。因此原有標記一方面缺少科學性驗證，另一方面局限了可以鑒定的品種范圍。本研究的開展能夠為未來甜菜營養價值的確定提供更加科學準確的依據。

隨著生物物理學以及生物信息學領域的不斷發展，代謝組學作為研究生物體內所有小分子代謝物的綜合性分析手段，其目的是開展生物系統中所有小分子代謝物進行全面整體、動態分析，更準確地確定代謝物動態變化。基于對甜菜代謝物的定性定量分析，代謝組學可以用于研究代謝途徑或代謝網絡的解析，不同生物個體的代謝組學表型現象，不同疾病、藥物等物理、化學或病原生物刺激后代謝產物的應答機制，以及食品、藥物等安全評價。

2 材料與方法

2.1 主要試劑與材料

甲醇（LC-MS級），乙腈（LC-MS級），醋氨酸（LC-MS級），氨水（LC-MS級）均購買于CNW Technologies。L-2-氯苯丙氨酸（≥98%）購買于上海恒柏生物科技有限公司。

2.2 代謝組測定分析

2.2.1 代謝物鑒定與定量

由黑龍江大學農作物研究院提供的代表性質資源，所有糖根甜菜均在相同繁育基地相同條件種植，待植株完全成熟后收獲移取100μL樣本至1.5ml EP管中，加入300μL甲醇，再加入20μL內標，渦旋混勻30秒;超聲10min（冰水浴）;零下20℃ 靜置一小時;將樣本放置4℃，13000rpm離心15min;小心地取出200μL上清于2mL進樣瓶，每個樣本各取20μL混合成QC樣本，再取200μL上機檢測。將磨樣進行粉碎，至于磨口玻璃樣品瓶中保存在冰箱中通過質譜特征結合保留指數的方法對甜菜進行定性分析，對質譜分析后的代謝物數據進行預處理，并基于自建數據庫及其他公共數據庫，對質譜檢測的一級譜二級譜數據進行定性分析，得到樣本表達的代謝物組分信息。然后對所有代謝物質譜峰進行峰面積積分，并對其中同一代謝物在不同樣本中的質譜出峰進行積分校正，對代謝物進行定量。

2.2.2 代謝物分析

對比糖根不同實驗組的之間的代謝物，采用ANOVA、T-test等檢驗方法進行差異分析。差異判斷標準為差異倍數大于2，且P value<0.05。得到糖根甜菜代謝物，對其理化性質進行分析。

2.2.3 代謝物KEGG富集分析

生物體中的復雜代謝反應及其調控并不單獨進行，往往由不同基因和蛋白質形成復雜的通路和網絡，它們的相互影響和相互調控最終導致代謝組發生系統性的改變。對這些代謝和調控通路的分析可以更全面，更系統的了解實驗條件改變導致的生物學過程的改變，性狀或疾病的發生機理和藥物作用機制等生物學問題。利用KEGG代謝通路富集分析并通過MBRole（http：//csbg.cnb.csic.es/mbrole2/）獲取代謝物的KEGG ID。

3 結果與分析

測定的糖根甜菜代謝組學數據用系統自帶軟件Analyst 1.6.1進行數據處理，采用MRM模式采集二級數據對代謝物進行定量分析。最終獲得糖根甜菜中代謝物結構和含量信息，對397個代謝物進行了定性分析，推斷出33個代謝物可能的結構。

利用鑒定397個代謝物的代謝網絡分析發現，基于液相色譜質譜聯用的非靶向代謝組可覆蓋：磷酸合成，嘌呤代謝，精氨酸和脯氨酸代謝，5（s），14（R）-脂蛋白B4和對氯苯基丙氨酸代謝，N-乙酰-L-苯丙氨酸和α-N-乙酰L-谷氨酰胺代謝等33條代謝路徑，基本覆蓋了KEGG中常見次生代謝物的代謝路徑，為發掘糖根甜菜營養成分打下很好的基礎。

4 討論

本章采用GC-MS非靶向代謝全譜分析方法對糖根甜菜進行了研究。GC-MS非靶向代謝全譜分析通過XCMS自動提取到397離子的33個代謝物含量信息，主要包括游離的氨基酸、脂肪酸、磷酸、甘油、脂肪酸、糖類或醇等。為進——步研究糖根甜菜的特質性營養功能提供基礎。

[參考文獻]

[1] 盧秉福.耿貴.周艷麗.食用甜菜的開發應用[J].中國糖料，2008（02）.

[2] 黃曉榮.基于代謝組學的黑芝麻黑花生營養成分挖掘與識別研究[D].中國農業科學院，2017.

[3] 吳謙.基于多種分析技術的肺癌代謝組學研究[D].上海交通大學，2014.

[4] 張會敏.古井貢酒微生物群落結構及其與主要風味物質的關聯研究[D].哈爾濱工業大學，2017.

[5] 彭可壟.復方鹽酸吡格列酮格列美脲臨床藥代動力學[D].華中科技大學，2011.

[6] 彭可壟.子宮內膜異位癥芳香化酶P450基因表達及其臨床意義[D].廣州醫學院，2002.

[7] 張然然，王磊，李洋，等.基于代謝組學技術的鹿血與鹿茸血鑒別研究[J].畜牧獸醫學報2018（07）.

[8] 賈遂賓.基于小波的基因差異表達建模分析[D].哈爾濱工業大學，2015.

[9] 付旭平.基因芯片數據分析[D].復旦大學，2005.

[10] López-Ibá?ez J， Pazos F， Chagoyen M. MBROLE 2.0—functional enrichment of chemical compounds[J].Nucleic acids research，2016： gkw253.

[11] 王艷.鐵皮石斛與炭疽菌互作機制的初步探討[D].廣州中醫藥大學，2017.

[12] 池毓斌.欖果實品質特性及其代謝組學的初步研究[D].福建農林大學，2017.

[13] 何昀潞.基于穩定同位素標記--質譜技術對吸煙者與非吸煙者血漿羧酸類差異代謝物的研究[D].中國煙草總公司鄭州煙草研究院，2018.