基于CE-MS的代谢组学分析新方法及其在烟叶研究中的应用
本文关键词：基于CE-MS的代谢组学分析新方法及其在烟叶研究中的应用 出处：《大连理工大学》2016年博士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：植物代谢组学是一门从整体上研究植物受环境或基因扰动后其内源性代谢物变化的科学。植物拥有比其他物种更为复杂多样的代谢物,因而,如何精准又全面地获得代谢组的信息,给分析方法提出了极大挑战。质谱是代谢组学最有用的分析工具,但单一分析技术和单一组学平台已不能满足植物功能研究的要求,亟待发展基于多平台多组学的整合代谢组学方法。针对上述挑战,本论文基于毛细管电泳质谱技术(CE-MS),旨在发展改进代谢物分析覆盖度的新方法,并同时用于模式植物烟草的研究。(1)针对植物中重要硫代谢通路,采用毛细管电泳连续多进样方式结合大体积进样在线富集技术,建立了高通量高灵敏度CE-MS靶向方法,并将其应用于烟草和细胞样品的分析。该方法实现了同时优化多个实验条件,有效地降低方法学开发时间,比传统CE-MS方法通量提高5倍,灵敏度提高14.4-33.1倍,该方法可作为研究重要硫代谢通路的有效方法。(2)为了进一步扩大极性代谢组检测覆盖度,利用实验设计理论优化了烟草极性代谢组提取体系,建立了基于CE-MS的非靶向烟草代谢组学分析方法。采用该方法从烟草提取液中共鉴定出154个极性代谢物,包括氨基酸、有机酸、核苷、维生素和辅酶等。结果表明,该方法具有预处理简单,重复性好,极性代谢组覆盖度高等特点,非常适合烟草极性代谢组研究。(3)基于CE-MS和GC-MS良好的互补性,建立了多平台整合的极性代谢组分析方法。将其应用于三个典型种植产区烟草代谢研究,在烟草叶片中共鉴定出240个极性代谢物。进而通过差异代谢物关联网络拓扑结构表明碳氮代谢分配和转化规律与烟草的地域特色显著相关。为了进一步明确代谢调控规律,对显著相关的代谢通路进行深入分析,发现与河南产区相比,云南和贵州产区的成熟期中部叶片均具有较高氮素水平和三羧酸循环呼吸作用,但二者三羧酸循环底物和氮素转化分配途径不同；与河南和贵州产区相比,云南产区具有较强的光合能力和氮代谢能力；河南产区与其它两地相比,戊糖磷酸代谢途径和莽草酸代谢途径中间体相互关联紧密。(4)针对单一分析平台、单一组学在生物功能研究中的局限性,建立了整合代谢组学分析方法。采用基于拟靶向和靶向GC-MS、非靶向和靶向LC-MS/UV以及非靶向CE-MS多平台代谢组学分析方法,开展了烟草叶片对重要农艺措施打顶的应答机制研究。多平台代谢组学分析方法在烟草叶片中共鉴定出367个代谢物,涉及烟草的主要初生、次生代谢途径。结果表明,打顶对上部叶片影响较大,且上部叶代谢表型在打顶后初期和成熟期具有显著不同的变化规律。进一步将代谢组学与转录组学整合,研究上部叶在打顶后不同时间点的应答机制。与对照组比较,打顶初期上部叶片膜脂重组,光合能力以及碳固定能力增强,烟碱迅速积累；打顶改变了烟草叶片中营养分配,延缓了叶片衰老,增加了次生代谢产物在成熟期上部叶的积累。该研究结果表明基于多平台、多组学的整合烟草代谢组学方法,可系统、深入地从分子水平阐释打顶的应答机制。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q946
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，本文编号：1321201
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