关键词：机械损伤;;代谢组学;;长春花;;生态响应;;源-库模型
摘 要：植物在生存过程中会面临极其复杂的生态环境,其中机械损伤在植物体生命周期中是一种持续不断的威胁。植物受损后所造成的裸露伤口不仅会破坏植物体组织和器官的完整性,也是病原菌潜在侵入的威胁点。机械受损后还会导致植物体内发生一系列生理生化改变,诱发代谢调控,从而影响植株的正常生长。抗性较弱的个体还会发生代谢紊乱甚至死亡。植物外在生长状态往往源于其体内代谢的调节和变化。为了探究植株不同部位遭受机械损伤后在代谢水平上对损伤胁迫的响应,本研究以次生代谢模式植物长春花(Catharanthus roseus)为材料,利用GC-MS/MS非靶向和LC-qTOF-MS靶向代谢组学技术相结合的手段,针对植株上位叶、下位叶和根三个部位进行机械损伤处理后不同时序下各组织部位在初级和次级代谢水平上的特异性响应进行比较。本论文的主要研究内容及结果如下:1.利用GC-MS/MS技术通过非靶标无偏向性检测方法共获得283个化合物,经不同处理组Q值时间筛选分析选定1 h为强烈响应时间点,并通过模式识别方法PCA和PLS-DA分析获得52个显著差异代谢物,其中糖类30个,氨基酸2个,醇类6个,酸类8个,脂类2个,它们都是长春花在不同部位遭受机械损伤时发生重大代谢变化的初级代谢产物。并被KEGG富集到3个主途径:糖类代谢(Carbohydrate metabolism)、脂肪酸类代谢(Fatty acid metabolism)和氨基酸类代谢(Amino acid metabolism),9个分支途径,糖类代谢5 个:半乳糖代谢(Galactose metabolism)、淀粉和蔗糖代谢(Starch and sucrose metabolites)、糖酵解/糖异生(Glycolysis/Gluconeogenesis)、果糖和甘露糖代谢(Fructose and mannose metabolism)和氨基糖与核苷酸糖代谢(Amino sugar and nucleotide sugar metabolism),脂肪酸类代谢2个:脂肪酸生物合成(Fatty acid biosynthesis)和不饱和脂肪酸生物合成(Biosynthesis of unsaturated fatty acids),氨基酸类代谢 2 个:赖氨酸降解(Lysine degradation)和苯丙氨酸代谢(Phenylalanine metabolism)。受损后各处理组植株的初级代谢应答都以糖类代谢为主。相对于对照组(Control check group,CK组),下位叶机械损伤处理组(Wounded lower leaf group,WLL组)代谢合成被显著刺激,酸类代谢物响应快速,在处理组中响应最为强烈。共有20个组间差异代谢物参与上位叶机械损伤胁迫,其中糖类11个,酸类2个,脂肪酸类2个,醇类4个;KEGG富集了 7个代谢通路,其中糖类4个。上位叶机械损伤处理组(Wounded upper leaf group,WUL组)响应次之,有18个组间差异代谢物,其中糖类10个,酸类3个,脂类2个,醇类2个,氨基酸1个;富集代谢通路5个,糖类代谢物消耗较大。根机械损伤处理组(Wounded root group,WR组)最弱,共获得18个组间差异代谢物,糖类10个,酸类3个,醇类4个,氨基酸类1个,富集3个代谢通路;其中非糖类代谢物主要在地上部分被显著合成,而大部分糖类代谢物显著降低。2.基于LC-qTOF-MS建立了一个包含39种酚类化合物(Phenolic compounds,PCs)在内的酚类定性库。不同处理组Q值筛选以3 h为最佳响应时间点。经过PLS-DA(VIP>1和P1和P
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