百趣代谢组学解读，从蛋白组学和代谢组学角度，浅析白番石榴成熟过程
Integrating proteomics and metabolomics methods to understand the ripening mechanism of white Psidium guajava
发表期刊： Food Chemistry
发表时间： 2022.01
影响因子： 7.514/Q1
组学技术： 代谢组学、蛋白质组学
1**、**研究背景
番石榴(Psidium Guajava)是一种富含营养的热带水果其大小和形状各有不同并且富含多种抗氧化物质如维生素C多酚和类胡萝卜素。尽管番石榴具有极高的营养价值和保健价值但与其相关的综合研究相对较少特别是对番石榴成熟过程中涉及的生物化学及分子机制的研究仍然不足。
百趣平台对水果的分类依据其成熟阶段的呼吸模式差异性主要分为两种类型：跃变型和非跃变型。就番石榴而言，在特定品种条件下其表现为这两种类型呼吸模式差异性特征表现不同。从整体来看，在果实发育过程中乙烯信号的释放与跃变型成熟有着密切关联。相比之下，在果实发育过程中乙烯信号释放量与非跃变型成熟的生理机制及其分子基础尚不完全明了。调控果实成熟过程的各种生长调节剂与其相关的代谢途径之间可能存在一定的相互作用关系。通过基因组学研究分析番茄、山竹以及香蕉等作物的果实发育过程，并揭示了乙烯信号、脱落酸以及其他主要生长调节剂在果实发育中的重要作用
百趣解读平台
2**、**研究设计
3**、**研究结果
**（1）**蛋白组学分析
本研究通过"百趣解读"方法对两种不同品种（MG与MY）番石榴的果皮与果肉组织进行了蛋白组学检测工作。实验数据显示，在白番石榴及其果实中分别测定了2695种以及3166种不同的蛋白质种类。研究表明，在果实发育成熟过程中，无论是果皮还是果肉部位都呈现出显著的蛋白质含量变化特征。通过比较分析法，在两份样本中分别发现了859种及817种差异蛋白质分子，并进一步筛选出同时存在于两种组织中的差异性蛋白共约133种。这些明显变化的蛋白质分子主要涉及茉莉酸代谢途径、生长素转运以及乙烯信号通路等多个关键生物合成与调控过程（如图1所示）。此外通过对四种热带水果（番石榴、番茄、山竹及猕猴桃）在成熟过程中所测得差异蛋白质序列进行系统比较分析发现，在相关蛋白家族中存在大量具有直系同源关系的关键酶类蛋白参与了果实成熟调控机制（如图2所示）。
图1. 番石榴果肉和果皮样本蛋白组学分析
图2. 与山竹、猕猴桃和番茄中与成熟过程相关的差异累积蛋白质比较分析
（2）非靶标代谢组学及靶标代谢组****学分析
本研究通过非靶标代谢组学检测筛选出MG与MY两组样本中共计鉴定出31种积累度较高的化合物及47种积累度较低的化合物。在MG/My实验样本群体中观察到积累度较高的化合物主要涵盖了叶绿体相关过程以及胆固醇合成等关键路径（图3A）。此外，在My/Mg实验样本群体中积累度较低的化合物涵盖了类黄酮合成了相关路径以及次要代谢活动，并包含单萜类化合物等重要生化过程（图3B）。
专业的解读平台基于常规代谢组学方法对MY果皮中的色素成分及抗氧化剂等关键成分进行了详细分析。研究发现，在MY样品中多种色素成分如β-胡萝卜素等明显少于MG样品（图3C）。对于整果而言，在ACC和ABA方面 MY 显然高于 MG（图3D、E）。在酚类物质中系统分析了17种不同类型的化合物，并发现大多数鉴定到的酚类物质在果皮中的浓度与其它组织相比有明显优势（表1）。
图3. 代谢组学分析
表1. 酚类定量分析代谢物信息表
（3）蛋白组学及代谢组****学联合分析
研究者利用蛋白质组学与代谢组学（含非靶标与靶标）的数据进行整合分析，并深入探究了乙烯、类胡萝卜素、ABA及酚类物质在番石榴成熟过程中所扮演的关键角色。研究结果表明：ACC（乙烯前体）及其相关酶ACO4的含量显著高于对照水平；在β-胡萝卜素、花药黄质及紫黄质等前体物质方面，其含量呈现出明显下降趋势；而脱落醛及脱落酸等后阶段代谢物却呈现出显著增加现象；此外，在MY样品中与酚类相关的酶系主要集中在果皮组织中（如分支酸生物合成调控酶），这一发现为后续研究提供了重要参考
图4. 蛋白组学与代谢组学整合分析
**（4）**总结
高难度研究表明, 番石榴成熟的生化过程极其复杂, 涉及到多种生长调节因子及其信号通路, 其中ABA和乙烯在生物修饰中扮演着关键角色. 本研究结果为将白番石榴归类为跃迁型成熟提供了理论依据. 本研究揭示了番石榴成熟过程中外源感应及信号转导所涉及的关键分子机制, 其中生长调节因子能够微调果实性状的生化变化. 同时, 通过整合组学数据分析发现, 在番石榴发育成熟的过程中存在潜在的代谢途径调控网络（图5）.
图5. ABA和乙烯信号在苯丙素途径激活中的协同作用
5**、**百趣小结
研究目的
多组学研究白番石榴成熟过程内在调节机制。
研究结果
本研究选择了白番石榴成熟过程中两个关键阶段进行深入探究，在这两个阶段中分别进行了系统性的代谢组学和蛋白组学分析。通过代谢组学和蛋白组学的深入分析发现，在白番石榴成熟过程中发生了显著的差异性变化现象；其中差异积累的蛋白质涉及茉莉酸生物合成、生长素转运以及乙烯等信号传导途径；而通过将蛋白组学数据与代谢组学数据相结合进行分析，则揭示了乙烯信号通路、类胡萝卜素生物合成途径以及ABA信号通路等多种重要的生理调控机制；这些研究成果不仅深化了我们对白番石榴生理活动的认识，并且为进一步明确其所属跃变型成熟的分类提供了重要理论支撑
提升空间
在本研究中涉及代谢组物质鉴定时
文/阿趣代谢组学