《Molecules》：Comparative Untargeted Metabolomics of Flavonoid- and Phenylpropanoid-Related Differential Metabolites in Different Tissues and Growth Stages of Apocynum venetum and Apocynum pictum
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中文摘要翻译：罗布麻（Apocynum venetum）与白麻（Apocynum pictum）是同属不同种的两重要药用植物，其黄酮类和苯丙素类成分与药用价值密切相关。研究人员采用非靶向代谢组学方法，比较了两种植物在幼苗期、生长期和成熟期根系、茎和叶片中与黄酮
中文摘要翻译：罗布麻（Apocynum venetum）与白麻（Apocynum pictum）是同属不同种的两重要药用植物，其黄酮类和苯丙素类成分与药用价值密切相关。研究人员采用非靶向代谢组学方法，比较了两种植物在幼苗期、生长期和成熟期根系、茎和叶片中与黄酮类和苯丙素类相关的差异代谢物。共在根、茎和叶中分别注释到568、560和530种差异代谢物，其中39种与黄酮和苯丙素代谢通路相关。KEGG富集分析显示，黄酮生物合成和苯丙素生物合成在叶片中显著富集，而黄酮和黄酮醇生物合成在茎中显著富集。在注释到的代谢物中，黄酮/黄酮醇类化合物（槲皮素Quercetin和木犀草素Luteolin）及苯丙素类化合物（芥子酸Sinapic acid、芥子醇Sinapyl alcohol、咖啡酸Caffeic acid、5-咖啡酰莽草酸5-caffeoylshikimic acid）在物种间和组织间差异显著，而黄烷酮及其衍生物、黄烷酮醇花旗松素（Taxifolin，二级注释）和柚皮素-O-二己糖苷（naringenin-O-dihexoside，三级注释）在白麻中富集。总体而言，物种、组织和生长阶段共同影响罗布麻属植物黄酮类和苯丙素类相关代谢物的积累，为种质评价、药材鉴定及不同组织的合理利用提供了依据。
论文解读文章
一、研究背景与目的
罗布麻属（Apocynum L.）为夹竹桃科（Apocynaceae）多年生草本植物，其中罗布麻（Apocynum venetum）和白麻（Apocynum pictum）为我国重要的野生药用植物资源，分布广泛、遗传多样性丰富，但两者的药效成分差异尚未完全阐明。罗布麻叶已收载于《中国药典》，常被加工为罗布麻茶等保健饮品。黄酮类是其主要生物活性成分之一，具有降压、镇静、抗抑郁、抗氧化和抗炎等活性。除药典指定的药用部位叶片外，根和茎同样积累黄酮类等生物活性成分，且其积累差异与药理活性的物质基础和全株利用价值直接相关。苯丙素代谢途径是植物生物活性天然产物的重要来源，可产生酚酸、香豆素、木质素单体及其糖苷、木脂素等化合物。然而，现有研究多局限于单一组织或仅关注采收期总黄酮含量，对两物种根、茎、叶及多个生长阶段中黄酮类和苯丙素类差异代谢物的系统比较鲜有报道，物种鉴别仍缺乏特征性化学标志物。为此，研究人员采用基于液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）的非靶向代谢组学方法，比较两物种在幼苗期、生长期和成熟期根、茎、叶中黄酮类和苯丙素类相关差异代谢物，解析其通路富集特征和组织、时期依赖的分布规律，筛选物种间差异稳定的候选特征代谢物，为罗布麻属全株资源的质量评价、物种鉴别和分部位利用提供代谢组学依据。
二、研究方法概述
研究人员将罗布麻和白麻种子于2024年12月15日播种于蛭石穴盘中，以半浓度Hoagland营养液浇灌，2个月后移栽至温室。种子采自中国塔里木盆地，由丛建民教授鉴定。于2025年3月15日、6月15日和9月15日分别采集幼苗期、生长期和成熟期的根、茎、叶，每时期3个生物学重复。样品经液氮速冻后于超低温冰箱保存。代谢物提取采用甲醇-水（4:1，v/v）提取溶剂，经低温组织研磨、低温超声提取和离心后取上清进行分析。采用超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱（UHPLC-Q-Exactive HF-X）在正负电喷雾电离（ESI）模式下进行全扫描和数据依赖采集（DDA），色谱柱为ACQUITY UPLC BEH C18柱。原始数据经Progenesis QI v3.0处理，代谢物注释通过将质谱（MS）和串联质谱（MS/MS）谱图与人类代谢组数据库（HMDB v5.0）、Metlin（v3.0）及美吉生物自建植物特异性代谢物数据库（MJDBPM）匹配完成，质量误差小于10 ppm。参照Schymanski（2014）和Sumner（2007）的可信度分级框架，匹配到参考MS/MS谱图的注释为二级（Level 2，推定识别），仅依据精确质量和计算机模拟碎裂的注释为三级（Level 3，暂定）。主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）采用R包ropls（v1.6.2）进行，以VIP > 1、p < 0.05且|log2FC| ≥ 1筛选差异代谢物。
三、主要研究结果
（一）代谢组学数据质量评估。合并质控（QC）样品分析显示，81.09%的原始特征相对标准偏差（RSD）低于30%；正负ESI模式下的基峰色谱图（BPC）峰形和保留时间一致；样品主要按组织聚类（PC1 = 32.90%，PC2 = 14.90%），监督式PLS-DA（R2Y = 0.671，Q2 = 0.522）和ANOSIM（R = 0.7237，p = 0.001）揭示各组织内两物种的分离。共检出5038种代谢物，其中初级代谢物3289种、次级代谢物1749种。
（二）根、茎、叶差异代谢物筛选。以罗布麻为参照，采用VIP > 1、p < 0.05、|log2FC| ≥ 1的标准，在根、茎、叶中分别注释到568、560和530种差异代谢物。根中差异代谢物以下调为主（69.4%），表明根中大部分差异代谢物在白麻中含量更高；茎和叶中上调和下调代谢物数目相近。各组织中差异代谢物组成以苯丙素类和黄酮类相关化合物为主。
（三）KEGG通路富集分析。根中富集通路包括丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢，苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成，黄酮生物合成及多种植物次级代谢物生物合成等；茎中显著富集通路包括氨酰-tRNA生物合成、ABC转运蛋白、D-氨基酸代谢以及黄酮和黄酮醇生物合成；叶中最显著富集通路包括黄酮生物合成、多种植物次级代谢物生物合成和苯丙素生物合成。
（四）差异代谢物VIP分析。各组织中VIP值最高的代谢物不同，其中椴树苷（Tiliroside）和芹菜素7-O-（6″-丙二酰基-芹糖基-葡萄糖苷）在相应组织中VIP值较高，表明黄酮代谢途径对两物种的代谢组分离贡献显著。
（五）黄酮和苯丙素通路相关差异代谢物聚类热图分析。共注释到39种与黄酮和苯丙素通路相关的差异代谢物，其中根12种、茎13种、叶14种。层次聚类分析显示，茎中松柏苷（Coniferin）和槲皮素在罗布麻中相对较高，叶中花旗松素和柚皮素-O-二己糖苷在白麻中相对较高。
（六）黄酮和苯丙素通路相关差异代谢物的种间丰度比较。根中，芥子酸和表没食子儿茶素在罗布麻中显著较高，柚皮素-O-二己糖苷、芥子酰-（S）-苹果酸、3,4-二羟基-5-甲氧基肉桂酸和松属素在白麻中显著较高；茎中，木犀草素、槲皮素、芥子酸、松柏苷、橙皮素、芥子醇和甲基丁香酚在罗布麻中显著较高；叶中，花青素、咖啡酸、紫铆因、5-咖啡酰莽草酸和4-香豆酰莽草酸在罗布麻中显著较高，5-羟基松柏醇、柚皮素-O-二己糖苷和花旗松素在白麻中显著较高。
（七）黄酮和苯丙素通路相关差异代谢物在不同时期和组织间的比较。根中显著差异代谢物数目在生长期最高（6种）；茎中在幼苗期最高（10种），其中松柏苷在三个时期均显著高于罗布麻（Δ = 0.346 **、0.314 *和0.210 **）；叶中在成熟期最高（10种）。柚皮素-O-二己糖苷在根、茎、叶中整体均表现为白麻较高（总体Δ = ?0.786 *、?0.270 **和?1.778 *），5-羟基松柏醇在茎（Δ = ?0.300 ***）和叶（Δ = ?0.450 **）中均表现为白麻较高。
四、讨论与结论
讨论部分指出，在二级注释的高可信度代谢物中，罗布麻相对富集黄酮/黄酮醇类化合物（木犀草素和槲皮素），其具有抗氧化、抗炎、血管舒张和降压活性，与罗布麻叶传统的心血管保护功效一致；白麻则相对富集黄烷酮糖苷（如柚皮素-O-二己糖苷）和苯丙素类化合物（如5-羟基松柏醇）。松柏苷在罗布麻茎中三个生长阶段均稳定显著较高，柚皮素-O-二己糖苷在根、茎、叶中整体均表现为白麻较高且变化方向跨生长阶段稳定，满足化学标志物所要求的可重复性，可作为物种鉴别和质量评价的候选标志物。黄酮代谢表现出明显的组织特异性：根以黄酮类化合物积累为特点，茎与木质素合成相关的苯丙素代谢密切相关，叶是黄酮生物合成最活跃的器官，结构多样性最丰富。根和茎同样具有潜在药用价值，可根据各组织的黄酮组成对两物种进行差异化利用。收获时期会影响物种间差异的大小和候选标志物的分辨能力：药用叶材料在成熟期鉴别效果最佳，根源标志物在生长期信息量最大。
研究结论为：两物种的代谢谱存在显著差异——罗布麻相对富集黄酮/黄酮醇类化合物，白麻相对富集黄烷酮糖苷（如柚皮素-O-二己糖苷）和苯丙素类化合物；黄酮代谢具有显著组织特异性——叶片黄酮结构多样性最丰富且黄酮生物合成通路富集程度最高，根部黄酮生物合成持续富集但异黄酮生物合成无显著富集，茎部与黄酮醇/苯丙素类成分积累密切相关；在39种通路相关差异代谢物中，柚皮素-O-二己糖苷（白麻）和松柏苷（罗布麻茎）在生长阶段间变化方向稳定，被提议作为物种鉴别的候选化学标志物。该研究在代谢组学层面阐明了两罗布麻属物种黄酮积累的物种、组织和时期依赖性规律，为全株黄酮活性成分的质量评价、物种鉴别和分部位差异化利用提供了科学依据。
