不同溶剂提取物中黄毛罂粟（Argemone ochroleuca Sweet）和墨西哥罂粟（Argemone mexicana Linn）地上部分与根部的比较代谢物谱分析——基于液相色谱-质谱代谢组学与分子网络技术

《Molecules》：Comparative Metabolite Profiling of Different Solvent Extracts of Argemone ochroleuca Sweet and Argemone mexicana Linn Shoots and Roots Using Liquid Chromatography–Mass Spectrometry-Based Metabolomics and Molecular Networking

　　

黄毛罂粟（Argemone ochroleuca）和墨西哥罂粟（Argemone mexicana）是广泛分布的杂草物种，以富含多种次生代谢物而闻名。然而，对其化学多样性的全面理解仍然有限。关于植物部位之间代谢物变异以及溶剂极性对代谢物回收率影响的信息尚不充分。因此，本研究旨在利用不同极性的溶剂，表征两种植物地上部分和根部提取物的代谢组学谱，以评估植物部位特异性代谢物分布和溶剂对代谢组覆盖范围的影响。研究人员采用基于非靶向超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UPLC-QTOF-MS）的代谢组学和分子网络进行代谢物分析。主成分分析（PCA）未显示黄毛罂粟和墨西哥罂粟的明显聚类，表明其代谢组谱具有相似性。在黄毛罂粟和墨西哥罂粟中分别鉴定出15类和13类代谢物，共产生59种和54种代谢物，包括黄酮类、萜类、酚类化合物、脂肪酸和单萜类。黄毛罂粟表现出更高的代谢物丰度，尤其在甲醇和丙酮提取物中，且地上部分的丰度高于根部，其中黄酮类为优势类别。研究结果表明，液相色谱-质谱（LC-MS）代谢组学、分子网络以及审慎的溶剂选择对于识别具有作物保护应用潜力的关键代谢物是有效的。

论文解读：基于LC-MS代谢组学与分子网络的黄毛罂粟和墨西哥罂粟不同溶剂提取物比较代谢物谱研究

**研究背景与意义**

黄毛罂粟（*Argemone ochroleuca*）和墨西哥罂粟（*Argemone mexicana*）是罂粟科（Papaveraceae）中两种广泛分布的杂草物种，已知含有丰富的生物活性次生代谢物，如生物碱（小檗碱、别隐品碱、原阿片碱等）、黄酮类、萜类等。尽管已有大量研究利用气相色谱-质谱（GC-MS）或分离方法对这些植物中的化合物进行了表征，并评估了其生物活性，但许多负责这些效应的特定植物化学物质尚未被彻底阐明。现有文献中关于这两种植物代谢物提取的研究多依赖单一提取溶剂，可能无法捕获其完整的化学多样性，溶剂极性对植物材料代谢物提取效率的影响也尚未得到充分探索。此外，代谢物的产生和积累具有高度植物部位特异性，受基因表达、亚细胞区室化等因素驱动，而单一分析或提取方法无法捕获整个代谢组。因此，本研究旨在利用基于液相色谱-质谱（LC-MS）的非靶向代谢组学，结合不同极性溶剂（水、甲醇、丙酮和二氯甲烷）对黄毛罂粟和墨西哥罂粟的地上部分和根部提取物进行代谢物谱分析，以评估植物部位特异性代谢物分布和溶剂对代谢组覆盖范围的影响，为这些植物作为作物保护剂的潜在应用提供科学依据。

**研究内容与结论**

研究人员从南非姆普马兰加省采集了黄毛罂粟和墨西哥罂粟的植物材料，其中黄毛罂粟采集自农业研究委员会（ARC）姆博贝拉基地（25.4518° S, 30.9697° E），墨西哥罂粟采集自布什巴克里奇、姆库赫卢（24.96646° S, 31.26544° E），并经比勒陀利亚大学H.G.W.J. Schweickerdt植物标本馆（PRU）鉴定，分别赋予 accession numbers 132731和132732。将干燥的地上部分和根部材料分别用蒸馏水、丙酮、甲醇和二氯甲烷四种不同极性溶剂提取，获得16种不同提取物。随后采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UPLC-QTOF-MS）在负离子模式下进行非靶向代谢物分析，并通过XCMS在线平台进行数据预处理，使用MetaboAnalyst进行主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA），同时利用全球天然产物社会分子网络（GNPS）平台进行基于特征的分子网络（FBMN）分析和代谢物注释。

**主要结果**

**PCA分析结果**：对两种植物所有提取物的PCA得分图显示，黄毛罂粟和墨西哥罂粟的样本组（分别以绿色和红色表示）显著重叠，未呈现清晰分离，表明两种植物具有相似的代谢组谱。然而，分别对每种植物不同溶剂提取物进行PCA分析时，地上部分和根部提取物均呈现明显的聚类分离。黄毛罂粟的水、甲醇、丙酮和二氯甲烷提取物模型分别解释了87.8%、85.4%、94.1%和73.9%的方差；墨西哥罂粟则分别解释了90.2%、90.5%、85.3%和92.8%的方差，表明不同植物部位和溶剂间存在代谢物组成的显著差异。

**S-plot关键代谢物鉴定**：基于OPLS-DA的S-plot分析，在黄毛罂粟提取物中鉴定出14种与溶剂类型和植物部位相关的关键代谢物，其中丙酮提取物中最多（12种），其次为二氯甲烷（8种）、甲醇（6种）和水（1种）。4-癸基苯磺酸（m/z 297.152）、异可利定和山柰素在丙酮提取物中具有最高的log2倍数变化值（分别为9.53、7.83和7.31）。在墨西哥罂粟提取物中同样鉴定出14种关键代谢物，甲醇提取物具有最多的9种关键代谢物，包括阿魏酰酪胺、安戈林和山柰酚-3-O-葡萄糖苷等；水提取物中最少（2种），为棉酚和9,12,13-三羟基十八碳-10-烯酸。

**分子网络分析**：GNPS分子网络分析显示，水、甲醇、丙酮和二氯甲烷提取物分别计算出461、965、885和655个节点，其中352、738、627和480个代谢物节点分别聚类为36、90、78和64个分子家族。在黄酮家族中，检测到5,6,2'-三甲氧基黄酮（m/z 311.089）和derrustone（m/z 325.073）同时存在于两种植物中，该家族还包含脂肪醇衍生物（2,4-二羟基十七碳-16-炔基乙酸酯，m/z 325.235）、萜类衍生物（坎利酮，m/z 339.199）、木脂素（化合物NP-012925，m/z 325.1）等结构相关代谢物。异鼠李素黄酮类及其结构类似物（如异鼠李素-3-葡萄糖苷-4'-葡萄糖苷、山柰酚-3-O-葡萄糖苷等）聚类在同一分子家族中。脂质衍生代谢物也形成了独特的分子家族，如Glc-glc-octadecatrienoyl-sn-甘油（m/z 721.364）与结构相关的panaxcerol B（m/z 559.311）聚类，且多个节点无法通过GNPS光谱库注释，提示存在潜在未表征代谢物。

**代谢物注释与分类**：通过GNPS光谱库匹配，从黄毛罂粟提取物中推定注释了59种代谢物，从墨西哥罂粟中注释了54种代谢物。甲醇提取物中注释的代谢物数量最多（黄毛罂粟地上部分和根部各26和18种，墨西哥罂粟各22和17种），其次为丙酮提取物（黄毛罂粟各24和16种，墨西哥罂粟各20和15种），水提取物次之，二氯甲烷提取物最少。所有溶剂中，两种植物的地上部分提取物均比根部提取物具有更高的代谢物多样性。两种植物共鉴定出15类和13类代谢物类别，黄酮类为最丰富的类别，其次为脂肪酸、萜类、生物碱和苯丙素类，而木脂素、脂质、大环内酯和肽类等相对较少。4-癸基苯磺酸和4-十二烷基苯磺酸分别存在于黄毛罂粟和墨西哥罂粟的所有溶剂提取物中。芦丁（m/z 609.145）和木犀草素（m/z 285.04）在两种植物中均有检出，而脱落酸（m/z 263.128）仅在黄毛罂粟甲醇和丙酮地上部分提取物中检出，圣草酚（m/z 287.055）和异鼠李素（m/z 315.05）仅在墨西哥罂粟甲醇地上部分提取物中检出。

**讨论与结论**

本研究结果表明，基于LC-MS的非靶向代谢组学结合分子网络能够有效表征黄毛罂粟和墨西哥罂粟根部和地上部分提取物的代谢物谱。黄毛罂粟表现出比墨西哥罂粟更多样化的代谢物谱，这可能反映了物种特异的生物合成途径和调控机制。甲醇和丙酮提取物比水和二氯甲烷提取物具有更高的代谢物数量，表明极性溶剂更有效地提取这两种植物的多样代谢物。大多数代谢物在地上部分提取物中检出，与组织特异性生物合成和生态功能相关。黄酮类作为主要类别，包括芦丁、槲皮素、木犀草素、山柰酚等，这些化合物已被报道具有抗菌活性。生物碱类如(-)-斯氏紫堇碱、异可利定和(±)-6-乙酰丙酮基二氢白屈菜红碱在之前的研究中显示出对植物病原真菌的抗真菌活性。萜类如皂皮酸、坎利酮和棉酚也被鉴定为关键代谢物。此外，多个光谱特征无法与现有数据库匹配，提示这两种植物可能含有更多尚未表征的化合物。该研究为未来研究这些代谢物的单独和联合生物活性奠定了基础，具有潜在的农业和制药应用价值。值得注意的是，本研究仅采用负离子模式，可能无法完全覆盖完整的代谢物谱，未来结合正离子模式和GC-MS等互补技术将提供更广泛的代谢物覆盖。