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在植物代谢组学研究中，GC-Orbitrap HRMS 应用面临数据存储、系统复杂及共洗脱峰等难题。研究人员以香附（Cyperus rotundus）和郁金（Curcumae Radix）为模型，开发 eROI 策略结合 MCR 技术，有效解析复杂色谱图，为非靶向植物代谢组学定性定量分析提供可靠方案。
在生命科学领域，植物代谢组学的研究就像一场探索神秘宝藏的冒险。植物中蕴含着种类繁多、功能各异的代谢物，这些代谢物不仅与植物自身的生长、发育、防御息息相关，还对人类健康有着重要意义，比如许多药用植物中的代谢物就是天然的药物来源。然而，要想精确地识别和分析这些代谢物，可不是一件容易的事。
气相色谱 - 轨道阱高分辨质谱（GC-Orbitrap HRMS）技术的出现，原本给研究人员带来了很大的希望。它拥有超高的质量精度、更宽的线性检测范围和更强的分辨率，能够检测到复杂混合物中更多的代谢物。但在实际应用过程中，却出现了一系列棘手的问题。一方面，它产生的数据量极其庞大，对存储设备有着巨大的需求；另一方面，其系统的复杂性也让许多研究人员感到头疼。更麻烦的是，在洗脱图谱中，共洗脱峰的现象非常普遍，这就像是一堆杂乱无章的拼图碎片，让研究人员很难从中提取出纯净、可解释的质谱信息，进而影响了对代谢物的准确鉴定和分析。
目前主流的解卷积平台，像 ROI-MCR、ADAP-GC 4.0 和 MS-DIAL 等，都存在一定的局限性。例如，前两者对嵌入峰不敏感，还需要进行繁琐的数据预处理，而且在处理不同样本的增强数据矩阵时，精确对齐 m/z 值的过程既麻烦又容易出错；MS-DIAL 虽然在某些方面表现有所改善，但也只能处理相对简单的重叠峰簇。这些问题严重阻碍了植物代谢组学研究的进展，所以，开发一种新的、更有效的分析方法迫在眉睫。
为了解决这些难题，来自未知研究机构的研究人员踏上了探索之旅。他们开展了一项关于利用非靶向 GC-Orbitrap HRMS 进行药用植物倍半萜代谢组分析的研究。经过不懈努力，研究人员取得了令人瞩目的成果。他们开发出了一种等距感兴趣区域（eROI）策略，并将其与三种多元曲线分辨率（MCR）技术相结合。通过这种方法，成功地从共洗脱的色谱特征中分离出了纯组分光谱，极大地提高了代谢物注释的可靠性。这一研究成果发表在《Analytica Chimica Acta》上，为植物代谢组学的发展开辟了新的道路。
研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。首先是 GC-Orbitrap HRMS 技术，用于检测药用植物中的代谢物，获取原始数据。其次是 eROI 算法，该算法能够对原始数据进行压缩处理，将其转化为标准化维度的数据矩阵，有效保留 m/z 读数。最后，研究人员将 eROI 与 MCR 技术相结合，从复杂的色谱图中解析出纯净的代谢物光谱。实验样本选取了来自安徽亳州药材市场的香附（Cyperus rotundus），以及浙江温州的温郁金（Curcumae wenyujin Radix）、广西的绿丝郁金（Curcumae phaeocaulis Radix）和四川的黄丝郁金（Curcumae longa Radix）。
下面让我们详细了解一下研究结果。
- 数据压缩与处理：研究人员利用 eROI 方法对 GC-Orbitrap HRMS 获得的原始数据进行处理。从实验结果来看，该方法能够成功地对数据进行压缩，将原始的复杂数据转化为便于后续分析的结构化矩阵，而且在等距离调整后还能很好地保留保留时间信息。通过字典式位置关联处理 m/z 值，保证了后续 m/z 读数的精确性，这一优势是传统 ROI 方法所不具备的。
- 共洗脱峰解析：将 eROI 与三种 MCR 技术相结合，针对共洗脱的色谱特征进行解析。实验结果表明，这种组合方式能够有效地从复杂的色谱图中分离出纯组分光谱，为后续准确鉴定代谢物奠定了坚实的基础。
- 代谢物注释：研究人员通过系统地分析碎片模式对代谢物进行注释。当数据库匹配无法确定代谢物时，借助预测质谱分析来辅助鉴定。在对两种植物的挥发性代谢组指纹图谱进行详细验证的过程中，每一个方法学阶段都得到了充分的验证，确保了代谢物注释的可靠性。
研究结论部分表明，eROI 方法为非靶向 GC-Orbitrap HRMS 分析中的数据压缩提供了一种高效的解决方案。它在数据处理速度上优于传统 ROI 方法，并且在 m/z 值处理和保留时间保留方面表现出色。将 eROI 与 MCR 技术相结合，形成的集成方法为非靶向植物代谢组学研究提供了一种经过验证的、可靠的定性和定量分析方案。
这项研究的意义重大。它建立了一个全新的数据简化框架，适用于 GC-HRMS 应用，使得多模式色谱解卷积更加稳健。这不仅有助于研究人员更深入地了解植物代谢物的组成和功能，为植物生理学、植物病理学等相关领域的研究提供有力支持，还能为药用植物的质量控制、新药研发等提供关键的技术手段。例如，在药用植物研究中，准确鉴定代谢物有助于确定有效成分，从而更好地评估药材质量，开发出更安全、有效的药物。未来，随着研究的不断深入，这种方法有望在更多领域得到广泛应用，推动生命科学和健康医学领域的进一步发展。
