基于LC-Q/TOF-MS代谢组学的印度尼西亚甜菜根地理溯源与品质评估：跨爪哇岛生态区的代谢指纹图谱研究

本研究通过LC-Q/TOF-MS非靶向代谢组学技术，首次系统分析了印度尼西亚Bandung、Semarang和Malang三地甜菜根的代谢差异，鉴定出92种代谢物并建立区域特异性标志物（如BDG的2-hydroxy-3,4-dimethoxy-isoflavam-7-O-β-glucoside）。通过PCA、sPLS-DA等多变量分析揭示了海拔、湿度和UV暴露对苯丙烷-芪类（phenylpropanoid-stilbenoid）等通路的调控，为地理溯源、功能食品开发及区域化栽培策略提供科学依据。

　　

在印度尼西亚广阔的农业生态区中，甜菜根（Beta vulgaris L.）因其丰富的营养价值和经济价值日益受到关注。然而，热带环境下甜菜根的代谢特征与温带产区存在显著差异，且缺乏系统的地理溯源方法。传统品质评估主要依赖表型指标，难以反映环境因素对功能成分的影响。随着食品真实性问题的凸显，开发基于代谢指纹的溯源技术成为迫切需求。

为填补这一空白，Elazmanawati Lembong团队首次对爪哇岛三大产区（Bandung/BDG、Semarang/SMG、Malang/MLG）的甜菜根展开LC-Q/TOF-MS（液相色谱-四极杆飞行时间质谱）非靶向代谢组学研究。通过分析高海拔（900-2000米）种植区的环境参数差异，结合多变量统计和网络分析，揭示了甜菜根代谢组与"风土效应"（terroir）的关联机制。

研究采用三大关键技术：1）标准化样本采集与预处理，覆盖三地代表性产区并控制农艺变量；2）LC-Q/TOF-MS非靶向代谢物检测，结合METLIN和MassBank数据库注释；3）MetaboAnalyst 6.0平台进行PCA、sPLS-DA（稀疏偏最小二乘判别分析）和PatternHunter相关性网络构建。

3.1 化合物特征概述

鉴定出92种代谢物，区域特异性显著：BDG富含蔗糖和复杂黄酮（如8-C-β-D-[?2-O-(E)-p-Coumaroyl]-glucopyranosyl-2-[2-hydroxy]propyl-7-methoxy-5-methyl-chromone），SMG独有Senbusine B（二萜生物碱），MLG则富集oleracein A（甜菜红素衍生物）。这些差异与土壤类型（BDG的火山灰土）、盐度（SMG）和UV暴露（MLG）密切相关。

3.2 探索性数据分析

PCA显示三组样本明显分离（PC1+PC2=98%方差解释率），PERMANOVA验证地理起源是代谢差异主因（R²=0.991）。BDG与芪类化合物（如stilbostemin B）强相关，SMG样本与木脂素（lignan）聚集，MLG则与d-nantenine（生物碱）关联，反映不同生态压力下的代谢适应策略。

3.3 层次聚类热图

区域聚类模式显著：BDG的苯丙烷-芪类模块、MLG的色酮-糖苷抗氧化网络、SMG的查尔酮-黄酮协同表达，印证了湿度、UV等环境因子对代谢通路的特异性调控。

3.4 差异代谢物分析

ANOVA鉴定出关键标志物：gentiatibetine（MLG的渗透调节剂，?log₁₀(p)>10）、p-hydroxyacetanilide（SMG可能的应激代谢物）和7-hydroxy-3′,4′-dimethoxy-isoflavan-5′,2′-di-O-β-D-glucoside（抗氧化异黄烷苷）。

3.5 判别标志物鉴定

sPLS-DA筛选出VIP>0.8的标记物：BDG的hispidulin 7-(6-E-p-coumaroyl-β-D-glucopyranoside)（紫外防护）、MLG的decuroside VI（环烯醚萜苷）、SMG的licochalcone A（查尔酮抗氧化剂），为地理认证提供量化指标。

3.6 相关性网络分析

PatternHunter揭示代谢模块化响应：BDG的PAL（苯丙氨酸解氨酶）通路激活、MLG的糖基化抗氧化防御、SMG的CHS（查尔酮合成酶）介导的类黄酮合成，表明植物通过重构代谢网络适应局部环境。

这项发表于《Food Chemistry: X》的研究，首次建立了印度尼西亚甜菜根的地理代谢指纹数据库。通过关联环境参数与代谢表型，不仅开发了基于LC-Q/TOF-MS的溯源方法，还揭示了环境驱动下的品质形成机制。发现如BDG高黄酮含量（适宜功能食品开发）、SMG的Senbusine B（潜在抗癌活性）等区域特异性成分，为精准农业和地理标志产品认证提供科学支撑。该研究范式可扩展至其他热带作物，推动代谢组学在食品真实性和可持续农业中的应用。