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导读：

植物拥有数量庞大的天然产物，它们既是植物对抗逆境的武器，同时可作为食材或者药材，进一步影响人类健康。近年来随着饮食习惯的改变，肥胖症等慢性病患者迅速增加，引发了全 球公共卫生工作者对现代社会健康问题的关注。黄精 (Polygonati Rhizome. PR) 是根茎类药材中的名贵物种，其药 用价值和营养价值已经过长期的医学验证。黄精老根通常表现出比嫩根更强的药效，可能是由于老根中某些活性代谢物质的积累。目前关于这方面的分子机制研究还比较有限。

背景：

河南大学省部共建作物逆境适应与改良国家重 点实验室及其合作团队在Frontiers in Plant Science（IF=6.627）联合发表了题为“Metabolome and transcriptome signatures shed light on the anti-obesity effect of polyonatum sibiricum”的植物多组学研究结果。研究者对不同发育时期的黄精根茎进行了高通量代谢组学分析，确定了系列抗肥胖代谢物。进一步通过转录组学阐明这些代谢物在老根中积累的遗传调控基础。该研究对开发通过饮食途径预防肥胖有着重要意义。

研究结果：

对6组不同生长发育时期的黄精根茎通过液相色谱与超高分辨质谱联用的手段进行差异代谢组学分析。正负离子模式共鉴定到29125种代谢特征峰。去除背景噪声后，保留了其中6618个。超过95%的代谢物物质相对标准偏差(RSD值)小于0.3，说明代谢组数据的一致性和可靠性。高分辨质谱仪器对定性的覆盖度和数据稳定性提供了保障，同时Orbitrap独有的正负离子实时切换功能有效节约了分析时长。

图1. 基于超高分辨质谱Orbitrap的黄精根茎代谢物质非靶分析

2、统计结果显示：105种代谢物在成体根茎中更为丰富， 而表达量下调的代谢物只有8种 (图1A)。研究者推测，具有抗肥胖作用的生物活性代谢物即在这105种代谢物当中。研究者在其中注意到根皮素在老根中的表达是嫩根中的8倍之高，而已有的研究表明，根皮素可以显著预防高脂肪饮食喂养小鼠的紊乱。另外几种在老根中显著高表达的代谢物，亚油酸和a-亚麻酸和一种参与多糖生物合成的关键果糖，都可能对黄精抗肥胖作用发挥了作用。

3、为进一步探明这些关键物质的生物合成和积累机制， 研究者首先通过第三代测序技术建立了黄精的转录组数据库，并对数据进行功能和代谢通路注释。转录组学的结果显示出与代谢组学相似的规律，结合代谢组学数据，进一步表明在黄精老根中苯丙素，不饱和脂肪酸和多糖的生物合成更为活跃。研究者随后深入剖析了相关代谢物的合成通路，推测其可能的分子调控机制（图2）。

图2. 黄精多糖生物合成途径

研究结论：

活性氧(ROS)的产生和促炎因子的释放被认为是导致肥胖发生 发展的关键原因。此外，氧化应激和炎症进一步促进代谢紊乱，会显著增加其他与肥胖相关疾病的发生，如糖尿病、高血压等。本研究通过植物多组学筛选到的几种候选抗肥胖代谢物有望通过安全的药物或食物食用途径，有效预防肥胖及其相关疾病的发生。

编者按：

我国药 用植物资源丰富，在发现、使用和栽培方面，有着悠久的历史。但植物天然产物成分复杂，数量庞大，研究难度高。通过组学技术可以高通量、无偏见地在不同组别之间筛选差异，是切入植物天然产物研究的有效手段。

本研究中应用的是组学金标准Orbitrap超高分辨质谱，能够提供超高分辨分辨率和灵敏度，这为代谢组学研究者所面临的共同挑战-样本基质复杂、代谢产物鉴定数量不足、辨别假阴性/假阳性结果等问题，带来了强有力而直观的帮助。Compound Discoverer软件强大的数据处理和分析功能，结合公共数据库信息，能进一步帮助科研工作者方便和准确地鉴定代谢物。

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