对不同品种的毛酸浆（Physalis pubescens L.）进行无针对性的代谢组学分析

《Frontiers in Nutrition》：Untargeted metabolomics analysis of Physalis pubescens L. with respect to different varieties

该研究通过非靶向代谢组学方法，对比分析Physalis pubescens三种不同果实大小的品种（B大果型与S、T小果型）的代谢组差异。发现大果品种B在代谢特征上显著不同于小果品种，表现为黄酮类（如槲皮素）和苯丙素类物质含量显著降低，而核黄素等代谢物上调。PCA和PLS-DA分析显示三品种代谢组存在明显区分，且代谢通路分析指出核黄素代谢途径是主要差异标志。该成果为揭示果实大小与代谢组关联、指导品种选育和功能产品开发提供了重要依据。

　　Physalis pubescens L.，又称为“黄姑娘”，是一种属于茄科的年生草本植物。其成熟果实呈圆形，颜色为金黄色，广泛分布于南美洲，并在中国东北地区野生和栽培。该植物不仅具有食用价值，还因其药用特性而受到关注。其果实、萼片、枝条和叶片均表现出广泛的药用活性，已被用于治疗咳嗽、痰多、咽喉炎、喉咙痛、尿路问题、糖尿病以及多种皮肤疾病。此外，研究还表明，该植物具有良好的抗癌活性。然而，尽管已有许多关于其化学成分和果实加工的研究，对其果实内部代谢组的系统性研究仍较为缺乏，这限制了其作为健康产品原料的质量评估和开发。

为了填补这一研究空白，本研究采用非靶向代谢组学方法，结合超高效液相色谱-电喷雾电离-串联质谱（UPLC-ESI-MS/MS）技术，对三种具有明显果实形态差异的Physalis pubescens品种进行代谢组分析。研究目的是探讨果实大小对代谢组的影响，并揭示不同品种之间的代谢差异。研究中使用的三个品种分别为“衣壳松”（S品种）、“铁巴青”（T品种）和“冰河”（B品种）。这些品种分别来自中国黑龙江省的不同地区，具有不同的果实大小特征。研究结果表明，果实大小可能是影响Physalis pubescens植物化学成分的重要因素。

非靶向代谢组学是一种能够全面、无偏地检测生物样本中所有小分子代谢物的技术，适用于各种研究场景。通过该方法，研究者可以同时发现已知和未知的生物标志物。在本研究中，首先对样本进行了预处理，包括果实的冷冻、研磨以及使用80%水合甲醇提取代谢物。提取后的代谢物样品经过UPLC-ESI-MS/MS分析，获得了丰富的代谢物信息。随后，研究者使用主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）对代谢组数据进行了多变量统计分析，以识别不同品种之间的代谢差异。

PCA分析结果显示，三种品种的代谢物分布呈现出一定的分离趋势，尤其是B品种（大果型）与S和T品种（小果型）之间的差异较为显著。PLS-DA分析进一步验证了这一结果，显示出良好的模型拟合度和预测能力。模型的R2Y值为0.993，Q2值为0.848，表明该模型能够有效地解释和预测不同品种之间的代谢差异。此外，通过置换检验，研究者确认了PLS-DA模型的稳定性和可靠性，避免了模型过拟合的风险。

在比较分析中，研究者发现了67种显著差异代谢物，其中大部分在B品种中的相对含量显著低于S和T品种。值得注意的是，B品种中未检测到黄酮类化合物——槲皮素，这可能表明其在黄酮类代谢物的合成或调控方面存在一定的差异。同时，B品种中某些氨基酸和核黄素（维生素B2）的相对含量显著升高。这些差异代谢物的分布和变化趋势揭示了不同品种之间代谢物组成的系统性差异。

通过代谢通路分析，研究者进一步探讨了这些差异代谢物可能涉及的生物合成和代谢途径。结果表明，核黄素代谢通路是区分不同品种的关键通路之一。核黄素是一种重要的微量营养素，对维持人体正常的氧化还原反应具有重要作用，缺乏核黄素可能导致代谢紊乱，进而引发一系列疾病。本研究中，核黄素在所有比较中均被识别为差异代谢物，显示出其在区分Physalis pubescens品种中的重要性。

此外，研究还发现，小果型品种S和T在多种代谢物的相对含量上显著高于大果型品种B。这些代谢物包括黄酮类化合物、类黄酮、酚类化合物等，它们在抗氧化、抗炎、抗菌等方面具有重要作用，对人类健康有益。而大果型品种B中，某些氨基酸和核黄素的相对含量则显著升高，这可能使其在某些营养和健康功能方面具有独特优势。

本研究的发现不仅有助于理解Physalis pubescens植物化学成分的多样性，还为未来品种选择、质量控制和育种工作提供了重要的代谢学基础。通过揭示果实大小对代谢物组成的影响，研究者能够更好地评估不同品种的营养价值和药用潜力，从而指导相关产品的开发和应用。同时，该研究也为进一步探索Physalis pubescens代谢组的遗传和分子机制奠定了基础，为未来的分子育种计划提供了新的方向。

总的来说，本研究通过非靶向代谢组学方法，系统地分析了Physalis pubescens三种品种的代谢差异，并揭示了果实大小对代谢物组成的重要影响。研究结果表明，小果型品种在黄酮类化合物和酚类化合物的含量上显著高于大果型品种，而大果型品种则在某些氨基酸和核黄素的含量上表现出优势。这些发现不仅拓展了对Physalis pubescens代谢组的了解，也为相关健康产品的开发和应用提供了科学依据。未来的研究可以进一步验证这些代谢物的功能，特别是在抗氧化和抗癌方面的潜力，并探索其遗传和分子机制，以期通过分子育种手段提高Physalis pubescens的营养价值和药用价值。