鹿明解读：农科院茶研究所运用非靶向代谢组学鉴定茶中苦味的代谢
茶作为世界上最受欢迎的饮品之一，其对于预防癌症、抑郁症、肥胖、代谢综合症和糖尿病等具有一定的作用。但对于苦茶的总代谢物及苦味相关物质的报道较少。
本篇由广东省农业科学院茶叶研究所吴华玲博士课题组在Food Research International（IF:6.475）期刊发表了题为“Identification of key metabolites based on non-targeted metabolomics and chemometrics analyses provides insights into bitterness in Kucha [Camellia kucha (Chang et Wang) Chang]”的研究成果，通过非靶向代谢组学方法研究方法，发现了苦味相关代谢物特征，探究了苦味代谢机理。为进一步研究苦茶的苦味和营养特性提供了理论依据。
中文标题：运用非靶向代谢组学和化学计量学鉴定分析苦茶中苦味的关键代谢物
研究对象：苦茶
发表期刊：Food Research International
影响因子：6.475
发表时间：2020年10月15日
发表单位：广东省农业科学院茶叶研究所
运用生物技术：非靶向代谢组学、高效液相色谱定量分析
● 研究背景
苦茶作为一种独特的品种，其苦味强于其他品种，含有丰富的苦茶碱。相关研究表明，不同品种茶叶中苦味形成各异，苦茶的苦味主要是由于丰富的咖啡因、花青素和儿茶素以及它们的协同效应所造成的，而茶极苦的味道则主要是由于苦茶碱所致。目前有关苦茶的研究仅限于少数化合物，对苦茶总代谢物和苦味相关物质的报道较少。非靶向代谢组学方法能够检测广泛的代谢物，并可以为生物样品的代谢物谱提供广泛的见解。综合各地区苦茶材料并进行代谢组学分析，能够获得更有代表性的数据，并为进一步研究苦茶的营养品质和生理活动提供基础。
●研究技术路线
● 研究结果
1.苦茶和对照茶新鲜叶片的代谢组学特征
采用UHPLC-LTQ-Orbitrap-MS系统对苦茶和对照品种叶片中的代谢物进行分离。主成分分析表明，第一第二主成分(PC1和PC2)分别解释了22.6%和15.1%的变异。在主成分分析评分图中，5个品种间有明显的分离。此外，KC1和KC2与对照品种间的差异显著。用于检验差异最大的代谢物的PLS-DA模型也显示了类似的结果(图1)。通过计算分析共得到90种差异丰富的代谢物，包括17种黄烷-3-醇、6种二聚儿茶素、26种黄酮醇及黄酮醇/黄酮糖苷、7种生物碱、10种氨基酸、15种酚酸和9种有机酸。
图1 | KC1、KC2、YH9、TGY、QX1多因素统计分析
(A) PCA评分图(RX = 0.762,Q = 0.523). (B) PLS-DA得分图(RX = 0.692, RY =0.982, Q = 0.966).
2.苦茶代谢物特征
通过90种差异丰富的代谢物的热图可以看出，苦茶和对照茶中的黄烷-3-醇、二聚儿茶素、黄酮醇、黄酮醇/黄酮苷、生物碱、氨基酸、酚酸和有机酸的含量存在显著差异(图2)。
图2 | KC1、KC2、YH9、TGY、QX1代谢产物的热图
红色和蓝色分别表示高于和低于平均值的值.
此外，黄烷-3-醇是新鲜茶叶中含量最丰富的特征代谢物之一，是造成茶叶苦味的主要原因。在检测到的黄烷-3-醇中，EGCG含量最高（EGCG已被证实与苦味相关），此外研究数据还表明，EGC、3 -Me-EGCG和4 -Me-EGCG在KC1中含量最多，在KC2中含量中等(图3)。与早期研究相类似，黄酮醇和黄酮醇苷的含量在茶叶品种之间同样存在很大的差异(图3)，KC1中的山奈酚和槲皮素苷含量最高，KC2的杨梅素苷含量最高。这些黄酮醇和黄酮醇苷对KC1和KC2苦味和涩味有不同的影响。
图3 | KC1、KC2、YH9、TGY、QX1黄酮通路代谢产物的差异
y轴表示基于UHPLC-LTQ-Orbitrap-MS的质谱强度.
a, b, c, d表示品种间差异显著(p < 0.05)。
生物碱则主要存在于植物中，具有广泛的生物活性。高浓度生物碱与苦味呈正相关。检测结果中，KC1和KC2中苦茶碱和2,4-二甲基- 1h -吲哚含量较高，而对照品种中几乎检测不到(图4)。因此，KC1和KC2的苦味可能部分是由于生物碱，包括茶氨酸、2,4-二甲基- 1h -吲哚和咖啡因造成的。氨基酸中组氨酸和苯丙氨酸参与苦味相关化合物的合成。酚酸是黄酮醇和黄酮- 3-醇的合成所必需的，对茶的口感起着至关重要的作用。但与茶的涩味相关的邻和没食子酸在本研究中却无显著差异。
图4 | KC1、KC2、YH9、TGY、QX1关键代谢物的差异
y轴表示基于UHPLC-LTQ-Orbitrap-MS的质谱强度。a, b, c, d表示品种间差异显著(p < 0.05)。
4.用高效液相色谱法验证茶叶代谢组学数据
通过用高效液相色谱法进一步验证了茶叶代谢组学的数据，据有关文章报道CkTcS的显著表达使得苦茶的苦茶碱含量高于对照茶品种，CkTcS编码一种关键的N9-甲基转移酶，特异性甲基化1,3,7，-甲基尿酸。因此，检测结果中KC1和KC2中咖啡因含量相对较低，可能是由于咖啡因转化为茶苦碱的缘故。此外，KC1和KC2茶的总生物碱(咖啡因、可可碱和茶碱)含量高于对照茶品种，这可能与苦茶极苦的味道有关。
● 研究结论
采用非靶向代谢组学UHPLC-LTQ-Orbitrap-MS方法结合多因素分析，研究了苦茶的代谢物。结果表明，2个苦茶品种与3个对照普通茶品种之间共鉴定出90种差异代谢物。其中，茶苦碱等8种代谢物在KC1和KC2中的含量均显著高于对照品种。这些化合物中的大多数都是导致苦茶苦味的重要因素。基于高效液相色谱的定量分析结果与UHPLC-LTQ-Orbitrap-MS分析结果相似，表明苦茶中茶苦碱和EGCG含量高于对照品种。此外，研究数据还表明，苦茶的强烈苦味可能是儿茶素、生物碱、黄酮醇和黄酮醇/黄酮苷、氨基酸和酚酸的综合作用的结果。
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文章运用非靶向代谢组学对苦茶苦味的形成进行了较为系统的分析，找到了可能导致苦茶苦味的化合物，分析了及儿茶素、生物碱、黄酮醇和黄酮醇/黄酮苷、氨基酸和酚酸等在苦味形成中的综合作用。这些结果将有助于进一步研究苦茶的苦味和营养特性。
文末看点｜lumingbio
上海鹿明生物科技有限公司多年来，一直专注于生命科学和生命技术领域，是国内早期开展以蛋白组和代谢组为基础的多层组学整合实验与分析的团队。目前在非靶向代谢组学研究中已经有了成熟的技术方法，可一次性针对3000余种代谢物进行稳定检测，覆盖氨基酸、有机酸、核酸、碳水化合物等~
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