2023年11月11日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心李軒團隊在國際學(xué)術(shù)期刊Nucleic Acids Research在線發(fā)表了題為“RefMetaPlant: reference metabolome database for plants across five major phyla”的研究成果。這項研究闡述了植物“參考代謝組”概念，發(fā)展了參考代謝組圖譜的組裝方法，完成構(gòu)建了五大植物類群: 苔癬植物、石松植物、蕨類植物、裸子植物和被子植物等類群的150多個植物物種的參考代謝組圖譜。同時還開發(fā)了一系列與基因組分析工具（如BLAST）相似的代謝組分析工具（如RefMetaBlast），為研究植物代謝組多樣性和代謝物功能，提供了一個強大的數(shù)據(jù)共享和分析平臺。

　　植物“參考代謝組”是指一個植物物種所有代謝物的總和。一個植物物種“參考代謝組”與代謝物之間的關(guān)系，類似于植物物種“參考基因組”與基因之間的關(guān)系。植物在億萬年進化過程中，發(fā)展了驚人的化學(xué)多樣性和代謝復(fù)雜性。植物對復(fù)雜多變的環(huán)境適應(yīng), 形成種類繁多、結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜的代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物在植物生長、發(fā)育、生理調(diào)節(jié)和環(huán)境適應(yīng)方面起著至關(guān)重要的作用。據(jù)估計，綠色植物的代謝產(chǎn)物數(shù)量，包括初級代謝物和次級代謝物達到百萬以上。針對植物代謝組分析、解析代謝產(chǎn)物功能的挑戰(zhàn)，近年來隨著代謝組檢測技術(shù)的發(fā)展，如高分辨率質(zhì)譜與超高效液相色譜相結(jié)合的分析技術(shù)，能夠以前所未有的高靈敏度、高分辨率、高準確性和高通量來檢測代謝物，使在全組學(xué)規(guī)模的植物代謝物檢測成為可能。與30年前多生物基因組計劃開始時缺乏“參考基因組”和分析工具的狀況類似，目前植物代謝組學(xué)研究的關(guān)鍵瓶頸是缺乏高質(zhì)量的植物“參考代謝組”及其相關(guān)分析工具。

　　針對植物代謝組學(xué)研究這些關(guān)鍵問題，研究團隊通過采集五大植物類群的多物種/多器官組織樣本，基于高性能液質(zhì)代謝組實驗檢測技術(shù)和開發(fā)的人工智能深度代謝組分析算法，首次完成構(gòu)建涵蓋綠色植物五大類群（苔蘚植物、石松植物、蕨類植物、裸子植物和被子植物）的150+植物物種的參考代謝組及其數(shù)據(jù)庫：RefMetaPlant。研究的主要成果包括：1）涵蓋植物五大類群150+植物物種的參考代謝組；每個物種的參考代謝組 (.msr 或 .mgf 文件格式) 可在平臺分析或下載。2）對每個植物物種的參考代謝組，提供基于人工智能分析的代謝物注釋。3）用于代謝物注釋的標準化合物譜圖庫及開發(fā)的一系列用于植物代謝組分析的工具，例如“LC-MS/MS Query”“RefMetaBlast”和“CompoundLibBlast”等。

　　RefMetaPlant旨在提供標準化的植物參考代謝組，為植物代謝及植物生理相關(guān)研究提供關(guān)鍵支持。作為植物代謝組的綜合數(shù)據(jù)庫平臺，RefMetaPlant將成為植物代謝組學(xué)研究的核心資源，同時還將促進代謝組學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)交流共享與合作。RefMetaPlant可以在https://www.biosino.org/RefMetaDB 免費使用。

　　分子植物卓越中心時晗、吳雪婷、朱艷、江濤為論文共同第一作者，李軒研究員、陳萍博士為共同通訊作者。感謝上海辰山植物園王正偉老師、江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所李愛宏研究員、肖寧研究員和劉建菊博士、上海植物園張映雪老師、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)陳鋒教授、中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所馮獻忠研究員和高金珊博士、分子植物卓越中心張鵬研究員和巫永睿研究員提供或者幫助采集植物物種材料。中國科學(xué)院營養(yǎng)與健康研究所張國慶研究員，分子植物卓越中心公共技術(shù)服務(wù)中心徐曉燕、胡文利和荊蓮艷老師提供了大量技術(shù)支持。該研究工作獲得了中國科學(xué)院先導(dǎo)計劃和國家自然科學(xué)基金的支持。

　　論文鏈接：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkad980/7416368?utm_source=advanceaccess

圖1：RefMetaPlant數(shù)據(jù)庫資源和工具介紹
(A) RefMetaPlant功能概述。(B) RefMetaPlant的數(shù)據(jù)資源及其工作流。

圖2：植物物種：Callistemon rigidus參考代謝組的圖形解釋