2024年5月31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The Plant Journal在線發(fā)表了題為“CropMetabolome: a comprehensive metabolome database for major crops cross eight categories”的研究成果。這項研究集成了八大類群農(nóng)作物（谷物、蔬菜、豆類、水果、塊莖和根類、飼料作物、藥用作物和糖料作物）的代謝產(chǎn)物質(zhì)譜數(shù)據(jù)，發(fā)展了“參考代謝組”圖譜的組裝方法，構(gòu)建了59種農(nóng)作物的參考代謝組。作為一個開放共享的資源平臺，該平臺還包含了“標準化合物質(zhì)譜庫”、“類黃酮庫”和“農(nóng)藥化合物庫”，以及一系列相關(guān)的分析工具，如用于推斷新的類黃酮衍生物結(jié)構(gòu)（FlavoDiscover）、檢測作物樣品中可能的殘留農(nóng)藥（PesticiDiscover），這些資源和工具為研究農(nóng)作物代謝組多樣性和功能，提高農(nóng)作物育種、營養(yǎng)和安全發(fā)揮重要作用。

農(nóng)作物代謝組學(xué)是研究農(nóng)作物中所有小分子代謝物的科學(xué)，涉及代謝途徑、代謝物功能及其在不同生理和環(huán)境條件下的變化。通過分析農(nóng)作物化學(xué)成分，可以了解作物的生理狀態(tài)、抗病能力、營養(yǎng)成分及其對環(huán)境的適應(yīng)性，具有重要的農(nóng)學(xué)意義。近年來，隨著高分辨率質(zhì)譜儀的廣泛使用，農(nóng)作物代謝組學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴展，使得對許多主要作物的代謝組學(xué)分析得以實現(xiàn)。

農(nóng)作物“參考代謝組”是指一個物種所有代謝物的總和。一個農(nóng)作物物種“參考代謝組”與代謝物之間的關(guān)系，類似于物種“參考基因組”與基因之間的關(guān)系。現(xiàn)代農(nóng)作物研究中，由于缺乏作物參考代謝組和高質(zhì)量參考化合物質(zhì)譜數(shù)據(jù)、以及代謝組數(shù)據(jù)分析工具，限制了對農(nóng)作物化學(xué)成分的發(fā)現(xiàn)和功能研究，是目前農(nóng)作物代謝組學(xué)、和農(nóng)作物育種研究的一個關(guān)鍵瓶頸。同時農(nóng)作物代謝組學(xué)領(lǐng)域迫切需要一個用于傳播、分析和存儲農(nóng)作物代謝組學(xué)數(shù)據(jù)的綜合平臺，挖掘農(nóng)作物化學(xué)成分及其代謝特性，評估農(nóng)作物對人類健康的功能性營養(yǎng)價值。

針對農(nóng)作物代謝組學(xué)研究的關(guān)鍵問題，研究團隊集成了八大類群農(nóng)作物的代謝組數(shù)據(jù)，通過高性能的液質(zhì)代謝組檢測技術(shù)以及人工智能深度代謝組分析算法，建立了覆蓋八大類群的50+種農(nóng)作物物種的參考代謝組及其資源平臺：CropMetabolome。研究的主要成果包括：1）建立50+種農(nóng)作物物種的參考代謝組，提供每種作物詳盡的代謝物信息，可在平臺下載（.msr文件格式）。2）構(gòu)建了一個開放共享的作物代謝組數(shù)據(jù)平臺，涵蓋了八大農(nóng)作物類群的代謝組數(shù)據(jù)，還包含了“標準化合物質(zhì)譜庫”、“類黃酮庫”和“農(nóng)藥庫”，為研究人員提供了廣泛而深入的數(shù)據(jù)資源。3）開發(fā)了一系列用于農(nóng)作物代謝組分析的工具，如“CropRefMetaBlast”可根據(jù)農(nóng)作物參考代謝組對代謝譜進行快速分析；“FlavoDiscover”用于推導(dǎo)新型黃酮類衍生物的結(jié)構(gòu)；以及“PesticiDiscover”用于檢測作物樣本中可能存在的農(nóng)藥殘留。

CropMetabolome致力于構(gòu)建一個標準化的農(nóng)作物代謝數(shù)據(jù)庫，旨在為農(nóng)作物代謝及其生理生化研究提供參考代謝組數(shù)據(jù)。作為一個集成化的農(nóng)作物代謝組數(shù)據(jù)庫資源平臺，CropMetabolome將成為推動農(nóng)作物代謝組學(xué)研究的重要基石，并促進該領(lǐng)域內(nèi)的數(shù)據(jù)交流、共享與合作，共同推動科學(xué)研究的進步。CropMetabolome可以在https://www.cropmetabolome.com/免費使用。

中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心時晗、朱艷、吳雪婷、江濤為論文共同第一作者。分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心李軒研究員、陳萍博士為共同通訊作者。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,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，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心張鵬研究員和巫永睿研究員，西藏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物多樣性與地球生物學(xué)研究所的拉瓊教授，提供或者幫助采集植物物種材料。分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心公共平臺徐曉燕、胡文利和荊蓮艷老師提供了大量技術(shù)支持。該研究工作獲得了科技創(chuàng)新2030-農(nóng)業(yè)生物育種重大專項、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項和國家自然科學(xué)基金的支持。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16858

圖1：CropMetabolome數(shù)據(jù)資源概述及八大類群農(nóng)作物組成

(a) CropMetabolome中數(shù)據(jù)資源概述。(b) CropMetabolome 中八大類群農(nóng)作物組成。

圖2：CropMetabolome主要功能概述