代谢组学-生物化学与分子生物学课件

代谢组学学生：赵珊夏常艳王亮根李戆敏2008.10.26代谢组学的定义代谢组学(metabonomics/metabolomics)是关于生物体内源性代谢物质的整体及其变化规律的科学。代谢组学的中心任务包括检测、量化和编录生物内源性代谢物质的整体及其变化规律，联系该变化规律与所发生的生物学事件或过程的本质。有人认为，“基因组学和蛋白质组学告诉你什么可能会发生，而代谢组学则告诉你什么确实发生了。”（BillLasley,UCDavis）研究手段分析方法色谱-质谱联仪方法磁共振波谱法色谱-核磁-质谱联仪法数据分析处理非指导性(unsupervised)方法主成分分析(principalcomponentanalysis，PCA)指导性(supervised)方法偏最小二乘法为基础的分析(partialleastsquare,PLS)应用在基础生命科学研究中的应用

代谢组变化的分析可以与基因或表达改变的后果联系起来，从而认识相关基因的功能动物宿主代谢和体内菌群代谢相关性的整合研究在药物研发中的应用用于药物筛选、药物毒理、药理和临床评价等诸多方面在病理生理研究中的应用高血压、多种肿瘤、老年骨质疏松、风湿性关节炎、可传染性脑病、血吸虫病、应激、肠炎和克朗氏病、衰老、肠道综合征、糖尿病和肝炎、先天性代谢疾病等疾病营养代谢组学

表儿茶素影响动物代谢组、大豆异黄酮影响人体代谢组、长链不饱和脂肪酸动物代谢组影响

基于LCMS和NMR的番茄代谢组学相关性分析

（Intra-andinter-metabolitecorrelationspectroscopyoftomatometabolomicsdataobtainedbyliquidchromatography-massspectrometryandnuclearmagneticresonance）作者：SofiaMoco,JennyForshed,RicC.H.DeVos,RaoulJ.bino,JacquesVeroort文献来源：Metabolomics(2008)4:202–215DOI10.1007/s11306-008-0112-8前言NMR和LCMS是代谢学研究的常用的技术手段。将同一样品的NMR和LCMS谱图分析获取的代谢组学数据统计结合，这就可以了解同一代谢物的光谱及其性质的关系。相关性分析是一种统计学方法，可用于建立一生物系统代谢物信息的相互关系。在本文中，利用1HNMR和精确质量液相—四极杆飞行时间质谱（LS-QTOF-MS）技术分析50种蕃茄栽培品种成熟果实的代谢谱图。材料和方法50个蕃茄栽培品种（94种基因型，华盛顿的温室）六种标准品（L-Trp，D-(+)-Glc，柠檬酸，芦丁,氯原酸,α-蕃茄素）样品前处理蕃茄切片→氮冷冻→-80℃保存→冷冻干燥→精确称取0.3克干粉→加1.2ml甲醇→超声15min→3000g离心5min→φ0.2μm过滤→取600μl,NMR分析→稀释4倍,LCMS分析（4℃条件下进行）。NMR分析500MHzBrukerAMXNMR光谱（5mmTXI探针，298K）+BrukerXWIN-NMRversion2.1（傅里叶变换）LCMS分析（LC-QTOF-MS）WatersAlliance2795系统+分析柱+HTWaters2996PDA检测器+QTOFUltimaV4.00.00质谱数据处理软件：MATLABversion7.10主成分分析（PCA）相关性分析：Pearson相关性系数马尔距离：MD＝结果与讨论1HNMR分析LCMS分析标准品的NMR和LCMS响应值样品LCMS-LCMS信号的相关性生物学样品NMR-LCMS信号的相关性1HNMR分析

芳香族化合物区糖区氨基酸区检测方法是建立先前报导的番茄样品研究结果和基于NMR的数据库。初级代谢物：浓度高次级代谢物：种类多LCMS分析

代谢谱图与以前报导相似（MOCOet2006)检测方法基于先前出版的番茄代谢组学的LCMS数据库NMR/LCMS数据的PCA樱桃番茄与牛肉番茄和圆番茄的代谢差异较大，牛肉番茄和圆番茄的代谢相似标准品的NMR和LCMS剂量效应六种标准品在两种方法的计量效应关系。在NMR中，仪器响应是呈线性关系（所有共振和被测的代谢物，相关性系数均值为1）。新型MS检测范围更广，本实验中，其检测响应在母离子强度达到20000个/扫描时呈线形的样品NMR-NMR信号的相关性

将取准后的蕃茄样品NMR信号强度进行相关性分析来鉴定品系数据矩阵中有相关的NMR信号。相关系数|r|≥0.8→有相关1008个NMR谱峰，>30000相关（置信区间α＝3.0%）理论上不同样品中同一化合物显著相关，如蕃茄样中的葫芦巴碱（A）、蔗糖（B）、柠檬酸（C）证明这点。样品中胡芦巴碱信号强度低→其部分质子高度去屏蔽化→其部分共振区间出现空白（如在9.2&8.9ppm）蔗糖在5.385ppm处强特征信号；在3-4.5ppm处有重叠（游离糖，糖代谢物）→蔗糖在蕃茄中含量高。相关性分析（可从一组混杂的信号中分出同一化合物的信号）→内源代谢物鉴定变得容易样品LCMS-LCMS信号的相关性

3374个质谱信号，>130000明显相关（α＝1.2%）。同一代谢物中质谱信号中相关度最明显的是蔗糖(r>0.96)。三个化合物的分析情况：蔗糖(341m/z)、Phe(164m/z)和氯原酸(353m/z,保留时间14.9min)。蔗糖(341m/z)—387m/z=[蔗糖+HCOOH-H]-,683m/z=[蔗糖+蔗糖-H]-,684m/z=2ndisotopeof[蔗糖+蔗糖-H]-,1,025m/z=[蔗糖+蔗糖+蔗糖-H]-氯原酸II(353m/zat14.9min)—677m/zat40.7min=[三氯原酸acidII-H]-,677m/zat39.4min=[三氯原酸

I-H]-,515m/zat30.7min=[二氯原酸

III-H]-,515m/zat28.6min=[二氯原酸

II-H]-,515m/zat27.9min=[二氯原酸

I-H]-,353m/zat13.2min=[氯原酸

I-H]-.氯原酸不但与其特异异构体还和其衍生物高度相关→蕃茄中有一系列的氯原酸衍生物；可鉴定复杂混合物中生物化学高度相关的化合物；显著（r>0.8）的LCMS-LCMS相关不仅在同一代谢物中还在化学相关的代谢物中。生物学样品NMR-LCMS信号的相关性

LCMS信号×NMR谱峰（3374×1008）514个显著正相关，47个显著负相关（α＝0.016%，6%的数据参与相关性配对）NMR-LCMS相关性图（|r|≥0.8）NMR-LCMS显著相关的网状图观察到的NMR-LCMS变量相关性是变量间不同相互作用的结果SectionofthecorrelationmapofNMR–LCMSfortomatofruit:[3.005–6.995ppm(NMR);2,900–3,100(LCMSpeaknumber)=(23.12–27.55min)].Horizontally,theNMRbuckets(ppm)ofthesamplesareoverlaidandverticallytheLCMSpeaknumbers(peaknumbersincreasewithretentiontimeandm/z)ofthesamplesareoverlaid.Inthecentralframe,thecorrelationcoefficients,r,forNMR–LCMScorrelationsaredisplayedasablue-redheatmap最大的簇A包含>50%的节点，特征性NMR质谱为糖峰（除8.205ppm）,随后的峰可能是甲酸，与一系列信号高度相关，大多糖都是这个簇LCMS信号（游离糖、糖基化的生物碱和皂素）。在5.375、5385和5.395ppm处的峰相当于糖的异头物，与该簇75%信号相关→蕃茄中有丰富的糖基化代谢物。第二大簇B为柚皮素和柚皮酮衍生物信号。8种柚皮素和柚皮酮衍生物可由NMR-LCMS相关性分析法鉴别。本簇有NMR–LCMS相关性信号：山奈酚糖苷→黄酮LCMS和NMR信号的显著相关是代谢组数据的完善又一途经。在0.7<