科研| FOOD CHEM：广泛靶向代谢组学鉴定枇杷中味道相关的核心物质（国人佳作）

编译：寒江雪，编辑：谢衣、江舜尧。

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导读

根据枇杷肉质颜色可分为白色肉质品种和黄色肉质品种。一般来说，白色肉质品种的口感要好于黄色肉质品种。目前，由于缺乏对枇杷果实中代谢物的大规模、全面的研究，导致口感差异的代谢原因尚不清楚。本研究基于LC-MS/MS对“白玉” (白肉)和 “早中1号”（黄肉）两个品种进行广泛靶向的代谢组分析。鉴定出536种代谢产物，其中有193种(包括7种碳水化合物、12种有机酸和8种氨基酸)在品种间存在差异。不同品种之间的味道差异可以用碳水化合物、有机酸、氨基酸和酚类的组成和丰度的变化来解释。本研究为枇杷味道变异的潜在代谢原因提供了新的见解。

论文ID

原名：Identification of key taste components in loquat using widely targeted metabolomics

译名：广泛靶向代谢组学鉴定枇杷主要风味成分

期刊：Food Chemistry

IF：5.399

发表时间：2020.4

通讯作者：杨向晖

通讯作者单位：华南农业大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室

实验设计

本研究分别选用一个白肉品种，一个黄肉品种('白玉’和'早中6号’)为试材（图1）。从五棵树上采集了六个成熟的果实混样为一个样本，每组3次重复进行代谢组学分析。对鉴定到的代谢物KEGG注释，差异分析及差异代谢物的富集分析。

图1 “白玉”和“早中6号”成熟枇杷果实

实验结果

1枇杷中广泛靶向的代谢组分析

研究人员利用LC-MS/MS技术对分别代表“白玉”和“早中6号”进行广泛靶向代谢物图谱分析。共鉴定了536种代谢物，其中包括大量可能对味觉有贡献的代谢物(21种碳水化合物、60种有机酸和28种氨基酸)以及其他初级和次级代谢物。

2已鉴定的代谢物分析

对536种代谢物进行了主成分分析（图2A），将每个代谢物的峰面积进行了log10转换后进行层次聚类分析（图2B），均发现两组样本间有显著的差异。利用FC ≥ 1.6 、FC≤0.625/VIP ≥ 0.8这两种筛选条件，在两个枇杷品种之间鉴定出193种差异代谢物（图3A）。与“白玉”相比，“早中6号”中有68种代谢物下调， 125种代谢物上调。这193种代谢物可以分为20多个不同的类别(图3B)，大多数是碳水化合物、有机酸、氨基酸、氨基酸衍生物、酚类和类脂等物质。

图2“白玉”和“早中6号”果实代谢物的差异。A白玉’和'早中6号’代谢物的主成分分析。B'白玉’和'早中6号’代谢物的聚类分析。

 

图3“白玉”和“早中6号”代谢物的差异积累。A鉴定出536种代谢物的火山图。B“白玉”和“早中6号”差异代谢物的生化分类。

3差异代谢物的KEGG分类与富集分析

将193种代谢物比对到KEGG数据库，与预期结果一致大多数代谢物注释到“新陈代谢”通路。一些代谢物注释为“机体系统”或“人类疾病”，表明可能对健康有潜在的影响。通过KEGG富集分析以确定这两个品种之间代谢途径的差异。富集分析鉴定了两个植物特有途径(“类黄酮生物合成”和“黄酮和黄酮醇生物合成”)的代谢物在两个品种之间存在显著差异。

4碳水化合物、有机酸和氨基酸

两个枇杷品种均含有21种碳水化合物，主要成分为D-蔗糖、D-葡萄糖、D-葡萄糖6-磷酸和D-果糖6-磷酸。差异分析最终确定了7种糖类代谢物在“白玉”中的含量高于“早中6号”， “早中6号”麦芽糖的含量显著高于“白玉”，但两品种中含量都较低（表1）。共鉴定出28种氨基酸，其中8种是差异的，3种氨基酸，即L-谷氨酰胺、L-瓜氨酸和L-(+)-赖氨酸的含量在品种间存在显著差异。其中，'白玉’的L-(+)-赖氨酸含量最高，含量高于'早中6号’。

表1“白玉”和“早中6号”果肉中碳水化合物、有机酸和氨基酸的差异积累统计。

讨论

利用MS/MS数据进行广泛靶向代谢组分析已经应用于许多物种大规模代谢物质分析中。之前对枇杷的研究主要集中在特定种类的代谢物上，比如糖，有机酸，水果中的氨基酸，叶和花中的酚类物质等。在本研究使用LC-MS/MS为基础的广泛靶向代谢组学来了解两个不同颜色果肉的代表性品种的口味变化。共鉴定出536种代谢产物，其中193种是差异代谢物。本研究为白肉枇杷和黄肉枇杷果实之间口味差异的代谢原因提供了新的证据。

一般来说，水果的味道可以分为甜的和酸的，这反过来又与成分密切相关，特别是糖和有机酸。本研究分析确定了枇杷果实中的大量碳水化合物与味道相关。“白玉” 中的一种主要糖（D-葡萄糖6-磷酸）在“早中6号”中的浓度明显较低，这解释了“白玉”的甜味的原因。L-苹果酸、甲基丙二酸、琥珀酸、柠檬酸和α-酮戊二酸是主要的有机酸。其中，甲基丙二酸、琥珀酸和α-酮戊二酸在“白玉”中的积累量明显高于“早中6号”。 “白玉”枇杷果实中糖类和有机酸含量均高于“早中6号”，这可能是白肉枇杷果实比黄肉枇杷果实口感好的原因。

氨基酸的组成和丰度是营养品质的重要指标，也是决定口感的重要因素。先前的研究已经鉴定出枇杷果实中17-18种氨基酸。本研究通过广泛靶向代谢组学鉴定了28种氨基酸，其中8种是在“白玉”和“早中6号”之间差异的。其中三种氨基酸呈显著差异。表明氨基酸组成和丰度的差异都会导致味觉的差异。

KEGG富集分析显示类黄酮生物合成和类黄酮和类黄酮醇生物合成两个途径在两个品种中差异显著。表明这些酚类化合物中的一些也可能有助于提高味觉。这些酚类化合物也可能是导致果肉颜色不同的原因。

本研究还针对维生素和脂类进行分析，但在二者间差异不显著，因此不能作为两品种风味差异的因素。

结论

在本研究中，研究人员基于LC-MS/MS的代谢分析，系统地比较了枇杷品种间的口感差异，提供了枇杷这一重要商业水果的代谢物组成和丰度的全面信息。结果表明，这些碳水化合物、有机酸、氨基酸和酚类化合物的组成和浓度的差异可能是造成白肉枇杷和黄肉枇杷口感差异的根本原因。

评论

本研究利用代谢组学首次同时覆盖“糖、有机酸、氨基酸、酚类、黄酮、维生素、脂质”等所有不同类型的物质，并从中鉴定出与枇杷味道相关的核心物质，为枇杷的实际推广提供扎实的理论基础。本研究仅从代谢物水平上解析了枇杷口味的差异，并未深入到基因水平解析这种差异出现的机制，后期可以结合基因表达水平解析枇杷口味差异的分子机制。

原文网址：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.126822