一、背景介绍

          小白菜（Pakchoi）是一种重要的叶菜类蔬菜，具有丰富的营养成分和健康益处，不但能够提供膳食纤维和维生素，还可以提供有益的次生代谢产物，例如黄酮能够清除自由基，降低心血管疾病风险，硫代葡萄糖苷具有抗菌特性等。市场上存在不同品种的小白菜，它们在形态颜色、口感营养上存在差异，比如说紫色小白菜会比绿色品种含有更多黄酮，表现出更高的抗氧化活性。然而，尽管小白菜的营养价值和健康益处已被广泛认可，但目前对其不同品种的代谢特征和营养多样性的研究仍相对较少，因此开展代谢组学研究有助于对高品质蔬菜的需求，可以为农业种植、品种改良和功能性食品开发提供科学依据。

 

二、材料方法

 

          研究选取了五种小白菜品种（MET、PPQ、XQC、NBC、QYC ）采集叶片样本，液氮冷冻后在-80°C下保存至代谢物提取。样本冻干研磨后加入70%甲醇提取，提取液离心过滤以备后续分析。代谢物检测采用UPLC-ESI-MS/MS系统，质谱数据采集采用多反应监测（MRM），分为了正离子与负离子模式。对组学数据分析，采取了主成分分析（PCA）、层次聚类分析（HCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）等多变量统计分析；差异代谢物筛选标准为变量投影重要性（VIP）≥1且绝对对数2倍变化（Log2FC）≥1； 对于代谢通路注释与富集，利用了KEGG数据库分析差异代谢物，进行代谢物集富集分析（MSEA）确定显著富集的代谢通路。

 

三、结果讨论

          研究结果显示，小白菜样本中共检测到670种代谢物，被分为13个类别，包括酚酸、脂质、黄酮类、氨基酸、生物碱等，其中酚酸和黄酮是主要物质，占比分别为19.85%和14.93%。差异分析显示五种小白菜品种（‘MET’、‘PPQ’、‘XQC’、‘QYC’和‘NBC’）的主要营养代谢物积累模式存在差异且具有互补性，比如QYC品种与其他相比，可发现75种差异代谢物，其中52种高于其他品种，这些显著上调的关键代谢物包括芥子酸、咖啡酸、阿魏酸、槲皮素及其糖苷衍生物等。其他不同品种的小白菜在营养成分（如维生素、氨基酸、脂质等）和功能成分（如酚酸、黄酮类、硫代葡萄糖苷等）上同样表现出差异，通过KEGG注释和富集分析，揭示了不同品种小白菜中关键代谢物的生物合成通路，显示出不同品种在营养成分的积累上存在不同，这些数据识别了哪些品种在特定营养成分上具有优势，为探索其健康益处的潜在机制提供了线索。

 

四、研究结论

          本研究对五种小白菜品种的代谢物进行了全面分析，揭示了不同品种在营养成分上的显著差异。研究证实UPLC-ESI-MS/MS平台在高通量分析代谢物多样性中的高效作用，是深入理解小白菜营养特征的有力工具。通过数据分析证实了不同小白菜品种在代谢物组成和积累模式上存在差异，为筛选具有特定营养优势的品种提供了科学依据，为农业种植和品种改良提供指导，为食品加工行业提供了丰富选择，帮助开发出更符合消费者营养健康需求的品种，比如说‘QYC’品种中高含量的芥子酸和槲皮素，可能对预防心血管疾病具有重要作用。

 

五、结果展开

图1. 显示小白菜品种表型和代谢物分类结果。

a. 展示了五种小白菜品种（‘MET’、‘PPQ’、‘XQC’、‘QYC’和‘NBC’）的表型特征。
b. 展示了五种小白菜品种所鉴定代谢物的分类情况。

 

图2. 显示五种小白菜脂质、氨基酸和维生素类初生代谢物的积累。

a. 热图显示五种小白菜品种中脂质相对含量。
b. 热图显示五种小白菜品种中氨基酸相对含量。
c. 热图显示五种小白菜品种中维生素相对含量。

 

图3. 显示五种小白菜酚酸、黄酮、黄酮醇和硫代葡萄糖苷类初生代谢物的积累。

a. 热图显示五种小白菜品种中酚酸相对含量。
b. 热图显示五种小白菜品种中黄酮相对含量。
c. 热图显示五种小白菜品种中黄酮醇相对含量。
d. 热图显示五种小白菜品种中硫代葡萄糖苷相对含量。

 

图4. 显示五种小白菜中代谢物的总体差异及积累模式的差异性。

a. 主成分分析（PCA）显示五种小白菜品种在代谢物组成上的总体差异。
b. 热图显示五种小白菜品种在特定代谢物上的差异。

 

图5.显示小白菜品种QYC与其他四个品种在代谢物组成上的差异。

a. 正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）评分图显示QYC品种与MET品种的差异。
b. 正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）评分图显示QYC品种与PPQ品种的差异。
c. 正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）评分图显示QYC品种与XQC品种的差异。
d. 正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）评分图显示QYC品种与NBC品种的差异。
e. 火山图显示QYC品种与MET品种的差异。
f. 火山图显示QYC品种与PPQ品种的差异。
g. 火山图显示QYC品种与XQC品种的差异。
h. 火山图显示QYC品种与NBC品种的差异。
i. 维恩图显示四组样本中差异代谢物的异同。

 

图6. 显示QYC品种与其他四个品种存在的差异代谢物生物合成通路。

a. 展示QYC与MET品种差异代谢物KEGG注释和富集分析结果。
b. 展示QYC与PPQ品种差异代谢物KEGG注释和富集分析结果。
c. 展示QYC与XQC品种差异代谢物KEGG注释和富集分析结果。
e. 展示QYC与NBC品种差异代谢物KEGG注释和富集分析结果。

 

参考文献：

Dong S, Fang S, Li J, Zheng W, Wang Z, Hu J, Zhao X, Liu Z, Feng H, Zhang Y. Comparative metabolic profiling of different pakchoi cultivars reveals nutritional diversity via widely targeted metabolomics. Food Chem X. 2024 Apr 10;22:101379. doi: 10.1016/j.fochx.2024.101379.