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三种不同颜色茶花内外花瓣代谢谱的广泛靶向代谢组学分析

花匠小妙招
2024-12-26 23:11

引言

茶花作为茶树的生物器官，其化学成分与茶叶相似，含有丰富的黄酮类、多糖、皂苷、蛋白质和氨基酸等，且不同颜色茶花的内外花瓣中的代谢产物中黄酮类化合物的变化较大。来自贵州大学茶学院的邓燕莉教授以及江西农业大学农学院的陈勤操教授及其团队在 Metabolites 期刊发表了文章，本研究采用超高液相色谱—串联质谱，通过多因素统计分析阐明不同颜色茶花瓣次生代谢产物的差异，可为茶花的深度开发利用提供有价值的信息和数据参考。

研究过程与结果

本研究使用的茶花分别采集于不同茶树个体 (如图 1)，通过广泛靶向代谢分析茶花的内外部花瓣中的非挥发性次生代谢物。白色、粉白色、粉红色花的内外花瓣分别标记为 WE、WI、WPE、WPI、PE、PI。

图 1. 茶叶花瓣的外观

本研究采用超高液相色谱—串联质谱对白色、粉白色以及粉红色茶花的花瓣内外非挥发性次生代谢物进行了分析 (图 2A)，层次聚类分析 (Hierarchical Cluster Analysis, HCA) 结果表明，内外花瓣很好地聚为两类 (图 2B)，说明内外花瓣次生代谢产物存在明显差异。

图 2. 茶花样品中非挥发性次生代谢物的多元统计分析。(A) 代谢物的化学成分；(B) 内部和外部花瓣的HCA；(C) PCA模型的得分图；(D) PCA模型的载荷图。

为了更好地了解不同色茶花内外花瓣代谢物的差异，研究人员通过两个标准筛选差异代谢物，p < 0.01，FC ≥ 1.5 或 ≤ 0.67。共有 225 种代谢物发生了显著变化，其中内外花瓣之间的差异代谢物分别有 154 种和 164 种，两组间的相互代谢物有 89 种 (图 3A)。作者对差异代谢物的相对含量进行标准化和集中，研究代谢物相对含量的变化趋势。根据 K-means 聚类，6 个茶花样本中的这些差异代谢物被划分为 10 个亚类 (图 3B)。可以看出，亚类 2、5、7、9、10 分别含有25、38、19、25、35 种代谢物。另外，亚类 2、5、7、9 和 10 中 3 种着色花的内花瓣的标准化值高于外花瓣的，而含有 45 种代谢物的亚类 6 的标准化值则相反。此外，WPI 在亚类 3 和 7 中表现出最高的标准化值。

图 3. 非挥发性次生代谢物的差异分析。(A) 维恩图；(B) K 均值聚类图；(C) WEvs.WPEvs.PE 的 KEGG 富集途径；(D) WI、WPI 和 PI 的 KEGG 富集途径。

外花瓣间次生代谢物差异水平如图 4 所示。外花瓣共有 78 种黄酮类化合物存在差异，其中 45 种代谢产物在 PE 中含量较高。随着颜色的变化，三种不同颜色花的代谢物水平和种类都有很大差异。三种茶花内部花瓣次生代谢物的差异水平如图 5 所示。62 种黄酮类化合物在内花瓣间差异显著；9、38 和 15 黄酮分别在 WI、WPI 和 PI 中含量最高。

图 4. WE、WPE 和 PE 之间差异代谢物的热图。

图 5.WI、WPI 和 PI 之间差异代谢物的热图。

由于粉茶花外部花瓣特征与内部明显不同，根据以下标准筛选粉红色茶花外部花瓣和内部花瓣之间的差异代谢物：FC ≥ 1.5 或 ≤ 0.67；p < 0.01，且VIP ≥ 1。在本研究中，PE 和 PI 之间有 88 种差异积累的代谢物 (图 6A)。为了更全面地了解粉茶花内外花瓣差异代谢物的关系，进行了 KEGG 功能注释和通路富集分析，结果表明不同的代谢途径可能是粉红色花朵内外花瓣颜色变化和代谢物变化的原因。

图 6. 粉红茶花内部和外部的差异代谢物。(A) PE 和 PI 之间差异表达的代谢物；(B) WPE 和 WPI 之间的 KEGG 富集。

图 7. (A) 粉红茶花内部和外部花瓣顶部褶皱变化的条形图；(B) 粉红茶花的内部和外部花瓣的热图。

研究总结

本研究采用广泛靶向的代谢组学方法，对三种不同颜色茶花内外花瓣中的非挥发性次生代谢物进行了研究。在三种不同颜色的花瓣中共检出 429 种代谢物，其中黄酮类化合物 195 种，酚酸类化合物 121 种，生物碱类化合物 40 种，木脂素类和香豆素类化合物 29 种，单宁类化合物 19 种，萜类化合物 17 种，其他代谢物 8 种。不同花瓣在内外花瓣中的代谢产物黄酮、酚酸、单宁含量变化较大。研究还发现花青素-3-o- 葡萄糖苷在 PE 中积累较多，说明花青素可能是造成粉红色和白色花瓣颜色差异的主要原因。目前茶花的利用率很低，研究茶花的非挥发性化合物的调控机制可以为茶花颜色的代谢基础提供理论指导，为茶工作者提供茶花加工或进一步加工物质提取的新思路。

原文出自 Metabolites 期刊

Zhang, T.; Ma, X.; Zhou, Y.; Yang, H.; Wang, Y.; Chen, T.; Chen, Q.; Deng, Y. Metabolite Profiling of External and Internal Petals in Three Different Colors of Tea Flowers (Camellia sinensis) Using Widely Targeted Metabolomics. Metabolites 2023, 13, 784. DOI: 10.3390/metabo13070784

期刊发表与代谢组学、代谢生物化学、计算和系统生物学、生物技术和医学领域相关的代谢物以及代谢方面的原创研究文章与评论文章。

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