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作物杂志,2023, 第4期: 230–236 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2023.04.033

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

氟磺胺草醚胁迫红小豆幼苗代谢物及通路分析

杨建1,2(), 汤华成1,2,3,4(), 曹冬梅1,2,3,4(), 崔航1,2, 娄雨豪1,2, 王冀菲1,2, 张东杰1,3,5   

  1. 1黑龙江八一农垦大学食品学院，163319，黑龙江大庆
    2黑龙江省农产品加工与质量安全重点实验室，163319，黑龙江大庆
    3黑龙江省杂粮加工及质量安全工程技术研究中心，163319，黑龙江大庆
    4国家杂粮工程技术研究中心，163319，黑龙江大庆
    5北大荒现代农业产业技术省级培育协同创新中心，163319，黑龙江大庆
  • 收稿日期:2022-05-12 修回日期:2022-09-15 出版日期:2023-08-15 发布日期:2023-08-15
  • 通讯作者: 汤华成，研究方向为农产品加工与质量安全，E-mail：byndthc@126.com；曹冬梅为共同通信作者，研究方向为农产品加工与质量安全，E-mail：caodong3018@sina.com
  • 作者简介:杨建，研究方向为农产品安全，E-mail：1992374624@qq.com
  • 基金资助:
    国家重点研发计划(2018YFE0206300);杂粮及制品安全风险评估及标准体系建设项目(2018YFE0206300-10);黑龙江省优势特色学科资助项目(黑教联[2018]4号)

Analysis of Metabolites and Pathways in Adzuki Bean Seedlings under Fomesafen Stress

Yang Jian1,2(), Tang Huacheng1,2,3,4(), Cao Dongmei1,2,3,4(), Cui Hang1,2, Lou Yuhao1,2, Wang Jifei1,2, Zhang Dongjie1,3,5   

  1. 1College of Food Science, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, Heilongjiang, China
    2Key Laboratory of Agro-Products Processing and Quality Safety of Heilongjiang Province, Daqing 163319, Heilongjiang, China
    3Heilongjiang Engineering Research Center for Coarse Cereals Processing and Quality Safety, Daqing 163319, Heilongjiang, China
    4National Coarse Grain Engineering Research Center, Daqing 163319, Heilongjiang, China
    5Beidahuang Modern Agricultural Industrial Technology Provincial Cultivation Collaborative Innovation Center, Daqing 163319, Heilongjiang, China
  • Received:2022-05-12 Revised:2022-09-15 Online:2023-08-15 Published:2023-08-15

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2

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108

摘要：

为探究田间喷施氟磺胺草醚（FSA）对红小豆幼苗生长代谢的调控机制，以是否喷施FSA的红小豆幼苗为试验材料，采用液相色谱-质谱联用（LC-MS）代谢组学技术对红小豆幼苗代谢物的变化进行分析。结果表明，喷药的红小豆幼苗（Z-2-ZZ-2）组与未喷药红小豆幼苗（Z-2-ZZ）组相比，正离子模式下筛选出显著变化的差异代谢物106种（上调50种，下调56种），负离子模式下130种（上调42种，下调88种），正离子模式下注释到差异显著的代谢通路5条（嘧啶代谢、异黄酮生物合成、嘌呤代谢、半乳糖代谢、精氨酸和脯氨酸代谢），映射到差异代谢物13种，负离子模式下注释到差异显著的代谢通路2条（花青素生物合成和黄酮类生物合成），映射到差异代谢物5种。苯丙烷和聚酮化合物、脂质、类脂分子、有机酸及其衍生物类化合物在红小豆幼苗抵御FSA的胁迫中起主要作用。本研究为红小豆田间使用FSA的安全性评价及红小豆增收增产提供新思路。

关键词: 红小豆, 幼苗, 氟磺胺草醚（FSA）, 液相色谱―质谱联用技术（LC-MS）, 代谢物, 代谢通路

Abstract:

To explore the regulatory mechanism of field spraying fomesafen (FSA) on the growth and metabolism of adzuki bean seedlings, using the adzuki bean seedlings sprayed with or without FSA as the experimental material, the metabolomics of adzuki bean seedlings was analyzed by liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS). The results showed that compared with the unsprayed adzuki bean seedlings (Z-2-ZZ-2) group, the significantly changed differential metabolites were screened, 106 in the cation mode (50 up-regulated, 56 down-regulated), 130 in anion mode (42 up-regulated, 88 down-regulated), five metabolic pathways with significant differences (pyrimidine metabolism, isoflavone biosynthesis, purine metabolism, galactose metabolism, and arginine and proline metabolism) were annotated in cation mode, mapped to 13 differential metabolites, and annotated to two significantly different metabolic pathways (anthocyanin biosynthesis and flavonoid biosynthesis) in anion mode, mapped to five differential metabolites. Phenylpropane and polyketides, lipids and lipid molecules, and organic acids and their derivatives played a major role in the resistance of adzuki bean seedlings to FSA stress. It provided new ideas for the safety evaluation of the use of FSA in the field of adzuki bean and for increasing the income and yield of adzuki bean.

Key words: Adzuki bean, Seedlings, Fomesafen (FSA), Liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS), Metabolites, Metabolic pathways

图1

红小豆幼苗Z-2-ZZ-2组和Z-2-ZZ组主成分分析得分图

图2

红小豆幼苗Z-2-ZZ-2组和Z-2-ZZ组OPLS-DA置换检验结果

图3

FSA胁迫下红小豆幼苗差异代谢物火山图

表1

Qualitative results of different metabolites in adzuki bean seedlings under FSA stress (cation) 种species

化合物分类
Classification of compound		 差异代谢物总数量
Total quantity of differential
metabolites		 显著上调
Significant up
regulation		 显著下调
Significant down-
regulation
苯丙烷和聚酮化合物Phenylpropane and polyketone compounds 13 10 3
苯类Benzene 2 2 0
核苷、核苷酸和类似物Nucleosides, nucleotides and analogues 3 0 3
均质非金属化合物Homogeneous non-metallic compound 1 0 1
有机氮化合物Organic nitrogen compounds 1 0 1
有机酸及其衍生物Organic acids and their derivatives 11 0 11
有机氧化合物Organic oxygen compounds 12 11 1
有机杂环化合物Organic heterocyclic compounds 8 2 6
脂质和类脂分子Lipids and lipid molecules 19 8 11
其他Others 36 17 19
合计Total 106 50 56

表2

Qualitative results of different metabolites in adzuki bean seedlings under FSA stress (anion) 种species

化合物分类
Classification of compound		 差异代谢物总数
Total quantity of differential
metabolites		 显著上调
Significant up
regulation		 显著下调
Significant down-
regulation
苯丙烷和聚酮化合物Phenylpropane and polyketone compounds 14 10 4
苯类Benzene 3 2 1
核苷、核苷酸和类似物Nucleosides, nucleotides and analogues 4 0 4
有机氮化合物Organic nitrogen compounds 1 0 1
有机酸及其衍生物Organic acids and their derivatives 34 2 32
有机氧化合物Organic oxygen compounds 12 7 5
有机杂环化合物Organic heterocyclic compounds 10 7 3
脂质和类脂分子Lipids and lipid molecules 40 10 30
其他Others 12 4 8
合计Total 130 42 88

图4

FSA胁迫下红小豆幼苗代谢途径拓扑分析气泡图 气泡表示通路；Impact value表示通路的重要性；-Log10P表示富集显著性

表3

FSA胁迫下红小豆幼苗代谢通路富集结果（正离子）

通路名称
Path name		 通路代谢物总数
Total pathway
metabolites		 富集代谢物个数
Number of enriched
metabolites		 P值
P-value		 Impact值
Impact
value		 代谢物名称及KEGG ID
Metabolite name and KEGG ID
嘧啶代谢
Pyrimidine metabolism		 62
 2
 0.0235
 0.1239
 尿嘧啶C00106；胞嘧啶C00380
异黄酮生物合成
Isoflavone biosynthesis		 49
 3
 0.0007
 0.1078
 2,7,4'-三羟基异黄酮C15567；甘氨酸C16195；毛蕊异黄酮C01562
嘌呤代谢
Purine metabolism		 81
 3
 0.0031
 0.0796
 鸟嘌呤C00242；次黄嘌呤C00262；β-谷甾酮C00014
半乳糖代谢
Galactose metabolism		 46
 2
 0.0136
 0.0153
 甘露三糖C05404；蔗糖C00089
精氨酸和脯氨酸代谢
Arginine and proline metabolism		 72

 3

 0.0022

 0.0073

 4-(谷氨酰胺)丁酸酯C15767；对香豆酰腐胺C18326；(2 S)-2-(3-羧基丙酰氨基)-5-氧代戊酸C05932

表4

FSA胁迫下红小豆幼苗代谢通路富集结果（负离子）

通路名称
Path name		 通路代谢物总数
Total pathway
metabolites		 富集代谢物个数
Number of enriched
metabolites		 P值
P-value		 Impact值
Impact
value		 代谢物名称及KEGG ID
Metabolite name and KEGG ID
花青素生物合成
Anthocyanin biosynthesis		 41
 2
 0.0147
 0.1284
 矢车菊素-3-葡萄糖苷C12137；花葵素C05904
黄酮类生物合成
Flavonoid biosynthesis		 68 4 0.0030 0.0208 根皮苷C01604；花葵素C05904；香树脂C00974；(2 R,3 R)-3,4',7-三羟基黄烷酮C09751
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