《Food Research International》：Nontargeted metabolomics of Korean and Chinese
Platycodon grandiflorum using GC-TOF-MS: geographical-origin discrimination and metabolic pathway analysis via chemometrics
编辑推荐：
•非靶向 GC-TOF-MS 区分了韩国和中国产地的P. grandiflorum。•MeOX/TMS 衍生化后对 53 种初级代谢物进行了图谱分析。•OPLS-DA 实现了基于产地的稳健判别（R2, Q2?>?0.8）。•亚油酸代谢和甘油脂是主要的代谢判别特征。引言Plat
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非靶向 GC-TOF-MS 区分了韩国和中国产地的P. grandiflorum。
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MeOX/TMS 衍生化后对 53 种初级代谢物进行了图谱分析。
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OPLS-DA 实现了基于产地的稳健判别（R2, Q2?>?0.8）。
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亚油酸代谢和甘油脂是主要的代谢判别特征。
引言
Platycodon grandiflorum（P. grandiflorum），俗称 balloon flower（气球花）、doraji（韩语）或 Jie Geng（中文），是一种属于桔梗科的多年生草本植物，广泛分布于包括韩国、中国和日本的整个东北亚地区（Zhang 等，2015）。P. grandiflorum 的干燥根部被称为 Platycodi Radix（桔梗根），几个世纪以来一直作为传统草药和食用蔬菜使用。由于其对咳嗽、痰多、喉咙痛、支气管炎和哮喘等呼吸系统疾病的疗效而备受推崇（Wang 等，2017）。除了药用应用外，P. grandiflorum 在中国东北、日本和朝鲜半岛的食品工业中被广泛用于开发各种产品，包括冷沙拉、罐头、腌制食品和发酵配菜（Ji 等，2020）。
P. grandiflorum 的药理活性归因于多种生物活性次级代谢产物，包括三萜皂苷（特别是桔梗皂苷 D）、黄酮类、酚酸、多糖和多炔类（Li 等，2015）。其中，桔梗皂苷 D 是一种齐墩果烷型三萜皂苷，是主要活性成分，据报道具有抗炎、抗病毒、抗氧化、抗肥胖、抗凝血和抗肿瘤活性（Khan 等，2016）。随着全球对P. grandiflorum 作为功能性食品和食品成分的需求不断上升，确保产品质量和真实性对于监管机构和食品工业来说变得日益关键（Ji 等，2020）。
地理产地是决定药用植物化学成分和药理质量的关键因素，因为环境变量——如土壤成分、气候、海拔、湿度和栽培实践——显著影响初级和次级代谢物的生物合成和积累（Gobbo-Neto & Lopes, 2007; Ncube 等，2012）。文献充分记录表明，P. grandiflorum 的化学成分和质量特性取决于栽培地区。P. grandiflorum 样品的产地差异，包括来自韩国和中国的样品，在传统草药分类系统和现代质量评价研究中均已被认可（Zhang 等，2015）。然而，收获后的加工往往使得不同产地样品之间的形态和宏观差异微乎其微，使得难以依靠视觉检查或常规化学方法来验证真实性。因此，迫切需要经过科学验证且稳健的分析方法，能够可靠地区分P. grandiflorum 的地理产地。
代谢组学涉及对生物样本中低分子量代谢物的全面图谱分析，已成为农业和草药产品真实性验证、质量评估和产地判别的一种强大工具。特别是，非靶向代谢组学能够在不预先选择分析目标的情况下，对整个代谢组进行无偏见和全面的调查，从而促进新型判别生物标志物的发现（Grissa 等，2016）。在非靶向代谢组学使用的分析方法中，气相色谱 - 飞行时间质谱（GC-TOF-MS）特别适合在化学衍生化后对挥发性及半挥发性初级代谢物进行图谱分析，包括氨基酸、有机酸、糖、脂肪酸和糖醇（Fiehn, 2016）。GC-TOF-MS 提供了独特的优势，包括高的色谱分辨率、可重现的电子电离碎裂模式，以及与全面光谱库的兼容性，例如 NIST 提供的光谱库（Portolés 等，2007），从而促进了基于质谱匹配和保留指数（RI）比较的稳健化合物鉴定。
化学计量多元统计技术，包括主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）或其正交扩展（OPLS-DA），已被广泛应用于高维代谢组学数据集的模式识别、样本分类和判别生物标志物的鉴定（Trygg 等，2007）。结合代谢组学和化学计量学的地理产地判别研究已成功用于高价值农产品，包括人参（Yoon 等，2022）、紫苏籽和芝麻籽（Kim, Park, Kim 等，2020）以及各种传统草药（Shen 等，2019）。然而，迄今为止，尚未有专门设计用于区分韩国和中国P. grandiflorum 或阐明相关代谢途径的综合性基于 GC-TOF-MS 的非靶向代谢组学研究报道。
因此，本研究的目标是（1）建立基于 GC-TOF-MS 的稳健非靶向代谢组学平台，对P. grandiflorum 根部进行全面初级代谢物图谱分析；（2）通过应用 PCA 和 OPLS-DA 等化学计量模型区分韩国和中国样品；（3）使用投影变量重要性（VIP）评分和单变量统计检验鉴定关键的判别生物标志物代谢物；（4）进行代谢途径富集分析，以阐明不同产地样品之间代谢差异的生化机制。本研究的发现有望为商业市场中P. grandiflorum 的质量控制和真实性验证提供一个可靠且经过科学验证的框架。
章节摘要
试剂与化学品
甲氧胺盐酸盐（纯度 98%）、2-丙醇（纯度 99.9%）和吡啶（纯度≥99%）购自 Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。作为内标的腺甾醇（核糖醇，纯度≥99%）也购自 Sigma-Aldrich。HPLC 级甲醇（纯度 99.9%）、含 1% 三甲基氯硅烷的 N-甲基-N-（三甲基硅烷基）三氟乙酰胺（MSTFA +1% TMCS，纯度≥97%）和己烷（HPLC 级）购自 Fisher Scientific（美国宾夕法尼亚州匹兹堡）。超纯水
分析代谢物的鉴定
对衍生化后的韩国和中国P. grandiflorum 样品进行了初级代谢物图谱分析。应用库匹配、光谱相似性和 RI 阈值后，在所有 16 个样品中共检测到 1965 个代谢物特征。其中，使用 MetaboAnalyst 6.0 删除了具有缺失值的特征，最终推定注释了 53 个代谢物图谱（表 1）。按化学分类的推定注释代谢物的比例
结论
P. grandiflorum 是整个东亚地区一种经济重要的药食两用植物，其化学成分和质量特性已知取决于栽培地点的地理产地。P. grandiflorum 基于产地的鉴别，特别是韩国和中国样品之间的差异，已在传统药用分类系统和现代质量评价研究中得到认可（Ji 等，2020; Lu 等，2018）。
CRediT 作者贡献声明
Jimin Jeong: 写作 – 原始草稿，可视化，验证，软件，方法论，形式分析，概念构思。KyoungHye Baek: 写作 – 原始草稿，验证，方法论，形式分析，概念构思。Hyoyoung Kim: 写作 – 审查与编辑，验证，监督，项目管理，数据整理，概念构思。Ho Jin Kim: 写作 – 审查与编辑，验证，监督，项目管理，数据整理，概念构思。
竞争利益声明
作者声明他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系，这些可能会影响本论文报告的工作。
致谢
这项工作得到了2025 年庆尚国立大学的新教师研究资助，GNU-NFRG-0049支持。
Jimin Jeong|KyoungHye Baek|Hyoyoung Kim|Ho Jin Kim
