沈立荣、胡长锋教授等：采用脂质组学研究三种新疆特色核桃不同发育期油脂的

2023-04-25 14:08:24

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2023年3月8日，浙江大学沈立荣教授（通讯作者）、浙江中医药大学胡长锋副研究员（第一作者）和塔里木大学吴翠云教授等在食品领域Top期刊Food Chemistry（Q1，IF: 9.231）发表了题为“Lipidomics characterized TAG biosynthesis of developing kernels in three walnut cultivars in Xinjiang region”的研究论文。该研究得到了兵团科技攻关项目（No.2017DB006和2020KWZ-012）、国家自然科学基金项目(No.82274230)的支持。

核桃(Juglans regia L.)中含有大量多不饱和脂肪酸(PUFAs)，有利于人体健康。FAs（脂肪酸）在核桃仁中主要以三酰甘油(TAG)的形式存在。我们推测在其果仁发育过程中存在某种与油脂的合成和积累特定模式或分子机制，对该分子机制的识别和开发有助于提高核桃油产量。基于3个新疆特色核桃品种(“纸皮”(ZP)、“新温417”(W417)和“新温81”(W81)不同时期采集的核桃仁转录组比较分析，课题组鉴定出了126个编码脂肪酸 de novo合成、TAG组装和油体形成关键酶的候选基因。这些发现揭示了核桃油脂生物合成的潜在分子机制，为提高核桃油脂积累的工程策略和分子育种提供了依据。然而，从脂质分子水平上直接研究核桃仁中脂质生物合成的研究目前尚未见报道。这主要是由于生物样品中各种脂质的定性和定量分析，特别是完整TAGs的分析具有一定的难度。基于多维质谱的“鸟枪”法脂质组学(MDMS-SL)技术可以快速、有效地实现包括TAG等在内的50多类几千种脂质分子的定性定量分析，是目前脂质组学分析最有效的手段之一。

本研究采用MDMS-SL法对3个新疆特色核桃品种果实发育的3个关键阶段果仁样本中TAGs以及直接参与TAG合成的磷脂类等脂质分子(如PE、PG、PI类等)进行了靶向定性定量分析。该结果不仅验证了之前转录组分析的结果，而且直接从脂质代谢的角度阐明了TAG的生物合成途径以及核桃仁油脂积累的特性。

研究亮点

核桃仁油脂的积累在果仁凝固（开花后时间（DAFs）84天）之前就已经发生；
核桃仁TAG轮廓在各发育阶段不同，尤其是18:1 FA含量持续升高；
酰基交换是后期FA通过胆碱甘油磷脂（PC）用于TAG合成的重要通路之一。

研究结论

该研究利用多维质谱的鸟枪脂质组（MDMS-SL）技术测定了三个不同核桃品种胚发育过程中甘油三酯（TAG）和相关磷脂种类。脂质组学分析结果清楚地表明，TAG的合成和油的积累发生在果仁发育早期，而且还揭示了TAG池中各种脂肪酸（FAs）的组成随着DAFs的变化而变化，增强的酰基编辑是FA通过PC最终合成TAG的原因。因此，从脂代谢的角度直接表征了核桃胚发育过程中TAG的生物合成和油脂的积累。

图1. 三个核桃品种胚发育过程中中TAG种类的比较分析。核仁样品(n=3)分别来自“纸皮”(ZP)、“新温81”(W81)和“新温417”(W417)，分别采集于DAFs 84、98和119天。(A)核样品提取物中锂化TAG分子离子的多次中性损失扫描的代表性质谱。(B)总标签数量。数据代表不同组的平均值±SEM。*p<0.05， ***p<0.001，与相应组比较有显著性差异。

图2. 三个不同核桃品种胚发育过程中PA种类的比较。核样品(n=3)分别采自“纸皮”(ZP)、“新温417”(W417)和“新温81”(W81) 等3个不同核桃品种，分别采于DAFs 84、98和119天。(A)不同daf下籽粒样品中总磷脂酸（PA）含量。(B) - (F)为3个核桃品种胚期PA中主要脂肪酸（FAs）的组成，分别为16:0、18:3、18:2、18:1和18:0。数据代表不同组的平均值±SEM。

图3. 三个不同核桃品种胚发育过程中PC种类的比较。核样品(n=3)分别采自“纸皮”(ZP)、“新温417”(W417)和“新温81”(W81) 等3个不同核桃品种，样品分别采于DAFs 84、98和119天。(A)不同daf下内核样品中的PC总量。(B) - (F)为3个核桃品种胚期PC中主要FAs的组成，分别为16:0、18:3、18:2、18:1和18:0。数据代表不同组的平均值±SEM。

图4. 三个不同核桃品种胚发育过程中溶血磷脂酰胆碱（lysoPC）种类的比较。核样品(n = 3)分别采集于3个不同核桃品种DAFs 84、98和119天。(A)“纸皮”(ZP)， (B)“新温417”(W417)，(C)“新温文81”(W81)。数据代表不同组的平均值±SEM。与DAFs 98 相比，*p<0.05， **p<0.01，***p<0.001。与DAFs 119相比，#p<0.05， ##p <0.01， ##p<0.001。

图5.三个不同核桃品种发育过程中核样品中其他磷脂类的比较。核样品(n=3)分别采集于3个不同核桃品种DAFs 84、98和119天。不同DAF下籽粒样品中PEs(A)、PG(B)和PI(C)总量。ZP、W81、W417分别代表“纸皮”、“新温81”、“新温417”。数据代表不同组的平均值±SEM。

通信作者简介

沈立荣教授，美国哈佛大学医学院和农业部驻塔芙茨大学人类老年化研究中心访问学者（博士后），现任浙江大学食品科学与营养系教授。学术兼职主要包括美国营养学会会员、亚太临床营养学会会员、亚太素食联盟委员；中国营养学会营养转化医学分会常务理事、浙江省食品安全专家委员会专家、浙江省食品科技学会理事、杭州市科协常委、杭州市食品药品安全应急专家委员会副主任、杭州市食品营养学会理事长，Food Science and Human Wellness、BioFactors、Future Food、Food and-Nutritional Science、Annals of Nutrition and Food Science、International Journal of Trends and Technologies in Food Processing、Nutrition_Dietetics、Vegetarian Nutrition Journal 等国际期刊编委，以及Cancer、Annals of Clinical Micro Journal of Nutrition and Metabolism、Experimental Gerontology、Journal of Intercultural Ethnopharmacology、Acta Biochimica et Biophysica、Plant Foods for Human Nutrition、Journal of Food & Nutritional Disorders、Journal of Zhejiang University-SCIENCE B、International Journal of Insect Science 等40多本国际期刊审稿人。历年来出访了美国、加拿大、日本、韩国、泰国、马来西亚、保加利亚、罗马尼亚、塞尔维亚等国家；出席过美国营养学会大会、国际营养科学联盟大会、亚太临床营养学会大会、国际素食联盟和亚太素食联盟等国际会议，并报告交流；组织举办了“2009国际营养基因组学合作论坛”、“2011杭州饮食营养与人类健康国际合作论坛”、 “杭州食品与健康国际合作论坛暨哈佛大学脂类研究中心归国留学人员学术交流会”（2015）、“营养与慢病预防”暨“微量元素及植物化学物与健康”国际学术论坛（2016）、“中国-中东欧国家农业和食品科技及贸易合作论坛”（2017）、“2022体医融合主动健康与产业发展论坛”。

沈立荣教授长期从事食品营养健康与食品安全基础研究和应用开发工作，特别是在蜂王浆、蜂蜜、山茶油、姜黄的营养健康功能、质量检测技术领域取得了突出成就，如研究制订了美国药典委批准发布的《美国食品化学法典标准-油茶籽油》，在国际上率先研发成功免冷冻保存的蜂王浆主蛋白产业化技术和产品，通过动物实验证实了促进生殖和改善内分泌功能，在临床上开始应用于不孕不育和妇女更年期综合症。主持“863计划”、国家自然科学基金、浙江省和杭州市重大科技专项、浙江省公益性计划项目和自然科学基金项目等，国家科技支撑子项、国家重点研发计划项目子课题、新疆建设兵团重大科技项目子项等项目。近年来的主要研究内容包括：蜂王浆主蛋白的抗衰老作用及分子机理研究、基于蜂王浆功能蛋白分子机理创新研究的抗衰老保健食品产业化示范、山茶油功能评价与精深加工、以内源性特异蛋白为标记物的蜂蜜真伪鉴别技术研究与快速检测试剂开发、反食品欺诈库构建与食品链脆弱性评估技术研究、新疆梨、核桃、枣果实功能性成分形成机制及关键基因挖掘。曾获美国药典委银奖、全国优秀科普作品奖、浙江省科技进步一等奖与二等奖、梁希林业科学技术奖科技进步二等奖、浙江省百名科技追梦人等荣誉。已发表SCI收录论文50多篇。获得授权发明专利20 项。

第一作者简介

胡长锋浙江中医药大学基础医学院副研究员、硕士生导师主要从事生物样本中极低含量、难离子化脂质的多维质谱“鸟枪法”脂质组学（MDMS-SL）方法学开发及其应用，尤其是利用MDMS-SL技术研究系统性红斑狼疮、类风湿关节炎、强直性脊柱炎等自性免疫性疾病脂质代谢的特征，寻找与疾病密切相关的早期特征性标志物；研究疾病发生过程中脂质代谢的变化，从而揭示疾病的发病机制；分析不同药物治疗下脂质的变化，为治疗方法的开发奠定理论基础。主持国家自然科学基金2项，省部级项目2项，参与国家自然科学基金、省部级基金10余项；发表Free Radical Bio Med、Anal Chim Acta、Mass Spectrom Rev、Redox Biol、Food Chem等SCI论文30余篇。

致谢！

感谢美国德州大学医学中心圣安东尼奥分校韩贤林教授对本论文的指导和修改。

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