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使用稳定同位素标记测定已知和未知代谢物

发布时间：2020-12-25 作者：wyf 分享到：

使用稳定同位素标记测定已知和未知代谢物

手动识别所有检测离子的分子式需要相当长的时间。利用MS-DIAL程序和13C标记，诞生了一种化学信息学方法，可以利用测定的C数和LC-MS/MS结果明确分子式。在目前的数据库中没有找到的分子式通常不作进一步的分析。图3的研究案例表明这项研究分析了这些未匹配的代谢物的化学成分，并在12种植物中匹配上了1133种代谢物。异构体/类似物，即糖基化或羟基化的类似物，可以根据MS/MS的相似性、同源性和生物反应因子获得。这些类似物的鉴定可能有助于发现相应的生物合成基因，包括糖基转移酶、细胞色素P450单加氧酶或2-氧戊二酸依赖性双加氧酶。

发掘“完全未知的代谢物（CUMs）”

代谢物的结构归属分为两组：1）代谢物常见于多个植物科中，2）代谢物特征存在于某一科植物中。此外，1395和773种代谢物特征被定性为未知；它们的碳数用正离子或负离子模式测定。利用MS/MS的相似性、同源性和生物反应分析未知代谢物。所有与1133种代谢物的关联代谢物都被计算了出来。大多数未知代谢物与结构确定的代谢物有关。有趣的是，190和77种代谢物特征分别在正离子和负离子模式下与其他代谢物无关联，这意味着它们来自CUMs；它们与已知的生物反应无关。

用于CUMs评分的计算方法的发展

鉴定特殊代谢物对于理解植物界特殊代谢物的进化至关重要。为了通过MS和NMR阐明CUMs的结构，需要使用色谱技术进行目标化合物分离。然而，由于没有已知的结构信息，因此很难决定哪些CUMs应该先初被分离。分离前必须知道哪种代谢物对植物的生物和化学特性影响先大。

一种通过基因组学、转录组学和代谢组学等组学分析的计算系统被认为对CUMs的“排名”很有用（图4）。不同的植物物种可能具有CUMs或其异构体/类似物。通过分析额外的特殊代谢组，CUMs可以通过其MS/MS相似性关联。这些联系表明了这类代谢对物种的重要性。特殊代谢物的生物合成基因可以在全基因组关联研究（GWAS）中通过结合信号强度和多个物种的测序基因组中的单核苷酸多态性数据来表征。还可以检测到未知代谢物的关联。由于环境胁迫和器官特异性的影响，与特殊代谢相关的生物合成基因会发生共表达。共表达基因可能提供靶基因的特性。先近，基因聚类分析已经被用于特殊代谢的研究，邻近基因能提供关于目标基因的参考信息。这种数据分析方法已经成为GWAS、共表达分析和基因聚类分析中的常规方法，其中基因聚类分析和微生物中的特殊代谢组结合非常常见。当CUMs满足以下条件时，便得到计算得分：

1）现有代谢组数据中的CUMs与代谢组分析中特定种类的代谢产物高度相关性；

2）CUMs与GWAS中的基因相关；

3）转录组分析中的基因共表达；

4）基因是基因组分析中基因簇的一部分。通过得分选择要分离的CUM。代谢组分析中的信号强度有助于确定产生CUMs的初始反应物。因为样品需要一定用量，样品的选择同样会使分离和结构解析更**、便捷。

使用基因组、转录组和代谢组数据对CUMs进行评分的预期工作流程。

在基于MS的代谢组学中，利用**的方法对已知和未知代谢物进行结构解析是关键，因为未知代谢物的识别有助于对缺失的特殊代谢物进行识别。目前的研究技术正处于平台发展期，因为多数可用标准品鉴定的特殊代谢物已经被鉴定出来。因此，须使用基因组、转录组和代谢组数据积极地引入新的代谢产物的计算方法。虽然这项任务具有挑战性，但理解特殊代谢的功能将有助于正确理解植物进化过程。

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英文名称：2-Bromopropane-d7