前沿合作︱島津GCMSMS填補甘松中倍半萜類化合物的生物合成途徑研究空白

　　甘松（Nardostachys jatamansi DC.）是一種喜馬拉雅植物（生長在海拔3,200至4,800米的高山和亞高山地區），在中國、日本、印度和其他傳統地區具有悠久的藥用歷史。據報道，甘松的根和根莖可以治療多種疾病，例如治療神經和消化系統疾病、頭痛、記憶喪失、精神障礙、心臟疾病等。令人驚訝的是，甘松在中國西部藏區和印度北部的宗教活動中也被廣泛使用。由于需求巨大，加之種子的發芽率低和生長周期緩慢，甘松現在被國際自然保護聯盟（IUCN）列為瀕危物種，并被列入“瀕危野生動植物種國際貿易公約（CITES）”附錄。因此，尋找這種珍貴的高山多年生草本植物的替代方法是科學家的一個首要任務。

圖1. 甘松植物（圖片由西南民族大學/青藏高原民族藥用資源保護與利用國家民委重點實驗室研究團隊提供）

研究成果發表在植物科學一區期刊《Frontiers in Plant Science》（IF = 6.627，2022年）

　　迄今為止，研究人員已經從甘松中鑒定和分離出多種具有廣泛生物活性的化合物，如倍半萜類、木脂素類、生物堿類、新木脂素類和香豆素類等。在這些化合物中，倍半萜類化合物是甘松根和根莖的主要化學成分，被認為與藥用目的直接相關，然而，該類化合物在甘松不同組織中的分布并不十分清楚。西南民族大學/青藏高原民族藥用資源保護與利用國家民委重點實驗室采用島津氣相色譜質譜聯用技術分析了甘松不同組織（根、根莖 、葉、花莖和花）中的揮發性成分。相關研究成果已在植物科學一區期刊《Frontiers in Plant Science》（IF = 6.627，2022年）發表。

基于代謝組學和轉錄組學分析甘松中倍半萜類化合物的代謝機制

　　方法：結合二代和三代測序技術對甘松的根、根莖、葉、花、花莖進行轉錄組測序分析，化學分析通過氣相色譜-質譜（GC–MS）和超高效液相色譜（UPLC）進行。

　　結論：我們的研究結果揭示了甘松不同組織中倍半萜類化合物的積累和生物合成的框架，為進一步研究甘松中倍半萜類化合物調節和積累的分子機制提供了有價值的支持，也有利于對高原藥用植物的綜合利用。

　　島津助力

　　三重四極桿氣質聯用儀GCMS-TQ8050 NX + AOC-6000自動進樣器

　　島津香味數據庫Smart Aroma Database

　　香味數據庫中包含超過500種氣味化合物，無需目標物標準品，即可創建超過500種氣味化合物的泛靶向篩查方法；

　　與傳統的質譜圖相似度檢索定性相比較，Smart Aroma Database利用保留時間、質量色譜圖、質譜圖3種信息更準確、更高效地檢測氣味化合物；

　　數據庫中內置標準曲線，可獲得氣味化合物半定量結果，基于含量而非峰面積的統計學分析，更有利于判斷關鍵化合物；

　　香味數據庫篩查，結合商業譜庫檢索功能定性，靈活應對氣味分析應用需求。

　　研究成果展示

　　該研究首次獲得了一個具有26503個Unigene的高質量全長參考轉錄組，共成功鑒定了65種揮發性化合物，包括50種倍半萜類化合物。它們在五種組織中的積累水平顯著不同，大多數倍半萜類化合物主要分布在根和根莖中。此外，在花中檢測到了五種芳香化合物，這可能有助于植物吸引昆蟲授粉。對于非揮發性成分甘松新酮型倍半萜（甘松新酮、甘松香酮C和異甘松新酮），幾乎只在根和根莖中檢測到。通過轉錄組分析鑒定了與倍半萜生物合成相關的候選基因。根據功能富集和表達模式分析結果，發現與倍半萜生物合成相關的基因多數都在根和根莖中高表達，基因表達量與倍半萜在不同組織中的積累水平呈正相關。通過基因家族功能分析確定了可能參與倍半萜生物合成的28個NjTPS家族基因和43個NjCYP家族基因。此外，進一步通過基因家族功能分析和基因共表達網絡對這些基因與甘松新酮型倍半萜生物合成相關機制進行了分析。

　　該研究中通過GCMS-TQ8050NX成功鑒定了甘松組織中65種揮發性化合物，包括50種倍半萜類化合物。其中，6種倍半萜類化合物在根和根莖中含量所占比例最大（均超過6%），如表1。

表1. 根和根莖中含量最高的6種倍半萜類化合物

　　在熱圖分析結果中，這65種揮發性化合物在不同組織中的積累水平顯著不同，大多數萜類化合物主要富集在根和根莖中，如圖2。甘松根和根莖所特有的萜類化合物共11種。

圖2. 甘松化學成分分析圖；(a)甘松根（Ro）、根莖 (Rh)、葉 (L)、花 (F)和花莖 (A)等五個組織中揮發性化合物總離子流圖， (b) 甘松根（Ro）、根莖 (Rh)、葉 (L)、花 (F)和花莖(A) 等五個組織中揮發性化合物熱圖

　　此研究結果揭示了甘松不同組織中倍半萜類化合物的積累和生物合成的框架，為進一步研究甘松中倍半萜類化合物調節和積累的分子機制提供了有價值的支持，并對保護這種珍貴的高山多年生草本植物起到積極的推動作用。

　　專家心聲

　　該研究負責人劉圓教授和張紹山博士表示：藥用植物資源評價與利用主要目的是研究植物資源的藥用價值、活性成分及其積累機制等，為藥用植物資源保護及藥物研發提供依據。而萜類化合物是甘松植物的主要化學組分之一，具有廣泛的生物活性，如抗菌、抗炎、抗腫瘤等作用。因此，對這些化合物的分析和評價對于藥用植物資源的利用和開發具有重要意義。作為非常重要的一種分析手段，氣質聯用分析能夠快速、準確地鑒定樣品中萜類化合物的化學成分。通過采集的實驗數據可以看到GCMS-TQ8050 NX具有很高的靈敏度和穩定性，另外，島津香味數據庫也為甘松揮發性化合物研究提供了非常好的思路，使我們的研究更順利地獲得成果。