太行菊属(Opisthopappus Shih)植物叶、花的代谢组学分析

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太行菊属(Opisthopappus Shih)有太行菊Opisthopappus taihangensis和长裂太行菊Opisthopappus longilobus,主要生长在太行山区,可释放出有别于其它菊科的香味。本文基于LS-MS/MS非靶向代谢组学技术,通过对生长在不同环境下(野生、室内栽培和交互种植园栽培)太行菊属植物的叶、花代谢物种类及数量进行鉴定分析,筛选出差异代谢物进行KEGG途径富集,挖掘上调或下调代谢产物,探析太行菊属植物对环境变化的代谢响应机制。叶代谢物中,在正离子模式下检测到21356个feature,负离子模式下检测到15488个feature。KEGG注释后,新陈代谢类成分最多,正负离子模式下,分别为3482个和2051个,占比为96.6%和96.4%;定量分析后,正负离子模式下分别获得高质量物质9830个和7651个。野生太行菊和长裂太行菊(TH/CL)的差异代谢物上调693个,下调714个;室内栽培太行菊和长裂太行菊(TH-H/CL-H)的差异代谢物上调428个,下调343个;野生太行菊和室内栽培太行菊(TH/TH-H)的差异代谢物上调有999个,下调732个;野生长裂太行菊和室内栽培长裂太行菊(CL/CL-H)的差异代谢物上调109个,下调138个。差异代谢物KEGG富集分析显示,TH/CL富集于73条代谢通路中,TH-H/CL-H富集于47条代谢通路中,CL/CL-H富集于59条代谢通路中,TH/TH-H富集于87条代谢通路中。野生太行菊与长裂太行菊TH/CL中,花生四烯酸代谢、柠檬烯和蒎烯降解、吲哚生物碱生物合成、类胡萝卜素生物合成途径显著差异;室内栽培TH-H/CL-H中,烟酸和烟酰胺代谢、色氨酸代谢途径显著差异;表明差异代谢物的上调使叶片的抗氧化和抗旱能力增强,差异代谢途径是太行菊和长裂太行菊叶片对生境变化的响应。同时,TH/CL和TH-H/CL-H共同显著差异的代谢途径为黄酮类生物合成途径:异黄酮生物合成、黄酮生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成;CL/CL-H和TH/TH-H共同显著差异的代谢途径为单萜生物合成、倍半萜和三萜生物合成等萜类代谢途径,和抗坏血酸和醛酸代谢途径。因此,黄酮类、萜类和抗坏血酸类物质可能是影响太行菊和长裂太行菊叶生长发育和适应环境的主要代谢物。其中,萜类共有的差异代谢物,如1,8-桉叶素、月桂烯、(-)-α-蒎烯是叶发育过程中的主要物质。花代谢物中,在正离子模式下共检测到95655个feature,在负离子模式下共检测到36478个feature。KEGG注释后,新陈代谢类成分最多,正负离子模式下,共得到5439个,占比为97.6%;定量分析后,正负离子模式下获得高质量物质14262个和10004个。野生太行菊和长裂太行菊(TH/CLW)的差异代谢物上调4020个,下调3722个;野生太行菊和交互种植园栽培长裂太行菊(TH/CLT)的差异代谢物上调2560,下调3135个;野生长裂太行菊和交互种植园栽培长裂太行菊(CLW/CLT)的差异代谢物上调919,下调1189个。差异代谢物KEGG富集分析显示,TH/CLW富集于59条代谢通路中,TH/CLT富集于61条代谢通路中,CLW/CLT富集于47条代谢通路中。野生太行菊和交互种植园长裂太行菊TH/CLT中,ABC转运蛋白和糖基磷脂酰肌醇(GPI)-锚定生物合成途径显著差异;表明差异代谢物对花的生长发育具有重要的作用,差异代谢途径是太行菊和长裂太行菊花对生境变化的响应。TH/CLT、TH/CLW和CLW/CLT共同显著差异的代谢途径为苯丙烷生物合成和精氨酸生物合成代谢途径,TH/CLT和TH/CLW中共同显著差异的代谢途径为氨基酸生物合成、嘌呤代谢、黄酮和黄酮醇生物合成、氨酰t RNA生物合成、丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢。因此,苯丙烷类、氨基酸类和黄酮类物质可能是影响太行菊和长裂太行菊花生长发育和适应环境的主要代谢物。其中,苯丙烷类共有的差异代谢物,如香芹酚、百里酚、丁香酚和肉桂醛是花发育过程的主要物质。综上,当环境发生变化时,太行菊属植物通过调节代谢物合成途径产生上调或下调代谢物来应对不同的环境,增强其响应环境的能力。
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