基于核磁共振的极性代谢组学分析方法开发及其在工农业作物逆境响应研究中的应用

《Plant Physiology and Biochemistry》：Development of a NMR-based analytical method for polar metabolomics studies in industrial and food crops

本刊推荐：本研究聚焦工农业作物极性代谢组学，开发并验证了基于核磁共振（NMR）的分析方法。通过系统优化样品前处理（如正己烷脱脂）和检测参数（如CPMG脉冲序列），建立了涵盖15种氨基酸、6种有机酸和1种碳水化合物的定量方法，在线性、精密度、准确度、检测限（LOD）和定量限（LOQ）方面均表现优异。该方法成功应用于大豆、蓖麻和小麦不同组织在正常与胁迫条件下的代谢谱分析，为作物抗逆机制解析和品种改良提供了可靠技术支撑。

　　

样品采集

主要实验设计采用Intacta 2 Xtend品种的大豆种子。将种子置于蒸馏水浸润的纸卷上，于25°C、16小时光照/8小时黑暗的光周期下萌发。两天后，筛选出根长不超过2厘米的60粒萌发种子，转移至新纸卷以确保发育阶段一致。未萌发或根长超过2厘米的种子均被弃用。

代谢物鉴定与定量

本研究选取了15种氨基酸（异亮氨酸、亮氨酸、苏氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、γ-氨基丁酸、谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺、丝氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和组氨酸）、6种有机酸（乳酸、琥珀酸、异柠檬酸、丙二酸、乌头酸和富马酸）以及1种碳水化合物（葡萄糖）。这些代谢物是种子萌发和幼苗建立过程中关键通路与生化机制的重要参与者。

结论性说明

本研究开发了一种基于核磁共振（NMR）的分析方法，用于探测三种重要工农业作物的极性代谢组。研究构建了15种氨基酸、6种有机酸和1种碳水化合物的校准曲线。所有代谢物均呈现与浓度成正比的线性关系，相关系数（R²）在0.9935至0.9999之间。此外，经验证的方法显示出良好的精密度（RSD < 10%）和准确度。检测限（LOD）和定量限（LOQ）结果均符合分析要求，表明该方法灵敏度高、可靠性强。