代谢组学在植物-病原物互作中的应用#

1、中国科技论文在线代谢组学在植物-病原物互作中的应用基金项目：福建省自然科学基金 （2013J01087）；水稻重大病虫害防控技术研究与集成示范（2012BAD19B03） 贺杰，孙付森，吴祖建*作者简介：贺杰（1990-），女，研究生，主要研究方向：植物病毒学与分子生物学通信联系人：吴祖建（1967），男，研究员，主要研究方向：植物病毒与分子生物学，植物抗病毒天然产物. E-mail: wuzujian1.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51

2、.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.5Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou; Plant protection College of Fujian Agriculture and Forestry University,fuzhou; Plant protection College of Fujian Agriculture and Forestry University,fuzhou福建农林大学植物保护学院，福州;福建农林大学植物保护学院，福州;福建农林大学植物保护学院，福州3

3、50002;35000218850415385;1585909565618850415385建省福州市仓山区上下店路15号;福建省福州市仓山区上下店路15499276912;wuzujian贺杰（1990-），女，研究生，主要研究方向：植物病毒学与分子生物学;吴祖建（1967），男，研究员，主要研究方向：植物病毒与分子生物学，植物抗病毒天然产物贺杰;孙付森;吴祖建*Hejie;Sun Fusen;Wu Zujian*吴祖建*福建省自然科学基金 （2013J01087）；水稻重大病虫害防控技术研究与集成示范（2012BAD19B03）1.51.

4、51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51*|*期刊*|*Lopez-Gresa M P, Torres C, Campos L,et al.Identication of defence metabolites in tomato plants infected by the bacterial pathogen Pseudomonas syringae J. Environmental and Experimental Botany, 2011,74:216228.<CR>2*|*期刊*|*Vlot A C, Dempsey D A, Klessig

5、 D F. Salicylic acid, a multifaceted hormone to combat diseaseJ. Annu Rev Phytopathol, 2009,47: 177-206.<CR>3*|*期刊*|*Lopez-Gresa M P, Lison P, Kim H K,et al.Metabolic ngerprinting of Tomato Mosaic Virus infected Solanum lycopersicumJ.Journal of Plant Physiology,2012,169:15861596.<CR>4*|*

6、期刊*|*Sun M Y, Gu X D, Fu H G, et al. Change of secondary metabolites in leaves of Ginkgo biloba L. in response to UV-B inductionJ. Innovative Food Science and Emerging Technologies,2010,11:672676.<CR>5*|*期刊*|*Oliver SG, Winson MK, Kell DB, et al. Systematic functional analysis of the yeast gen

7、omeJ. Trends Biotechnol，1998, 16:373-378.<CR>6*|*期刊*|*Pawel Bednarek, Mariola Pislewska-Bednarek, Ales Svatos,et al. A Glucosinolate Metabolism Pathway in Living Plant Cells Mediates Broad-Spectrum Antifungal DefenseJ.Science ,2009,01(323):101-106.<CR>7*|*期刊*|*Fiehn O, Kopka J, DOrmann P

8、, et a1.Metabolite profiling for plant functional genomicsJ.Nat Biotechnol,2000,1 8(11):1142-1143. <CR>8*|*期刊*|*Nam-Soo Jw, Ganesh Kumar Agrawal, Shigeru Tamogami,et al. Role of defense/stress-related marker genes, proteins and secondary metabolites in defining rice self-defense mechanismsJ. P

9、lant Physiology and Biochemistry,2006,44: 261273.<CR>9*|*期刊*|*顾渝娟,吴振先.代谢组学在植物研究中的应用J. 广东农业科学, 2012,4:105-107.<CR>10*|*期刊*|*Fiehn O.Metabolomics-the link between genotypes and phenotypesJ.Plant Mol Biol,2002,48(1-2):155171.<CR>11*|*期刊*|*Verpoorte R, Choi Y H, Mustafa N R,et al. Meta

10、bolomics: back to basicsJ. Phytochem Rev,2008,7:525537.<CR>12*|*期刊*|*Choi Y H, Kim H K, Verpoorte R,et al. NMR Metabolomics to Revisit the Tobacco Mosaic Virus Infection in Nicotiana tabacum LeavesJ.Nat. Prod,2006,69:742-748.<CR>13*|*期刊*|*阎秀峰, 王 洋, 李一蒙. 植物次生代谢及其与环境的关系J. 生态学报, 2007,27(6):

11、2554-2562.<CR>14*|*期刊*|*郭艳玲, 张鹏英, 郭默然, 陈靠山.次生代谢产物与植物抗病防御反应J. 植物生理学报,2012,48(5): 429-434.<CR>15*|*期刊*|*王玉明,李锦,张丽媛,李利新,李遇伯.药用植物次生代谢产物积累规律的研究概况J. 中南药学,2012, 10(2):136-139.<CR>16*|*期刊*|*Lauren A,Du Fall,Peter S.Solomon Role of Cereal Secondary Metabolites Involved in Mediating the Outc

12、ome of Plant-Pathogen InteractionsJ. Metabolites, 2011,1:64-78.<CR>17*|*期刊*|*Pawel Bednarek, Mariola Pislewska-Bednarek, Ales Svatos,et al. A Glucosinolate Metabolism Pathway in Living Plant Cells Mediates Broad-Spectrum Antifungal DefenseJ.Science ,2009,01(323):101-106. <CR>18*|*期刊*|*Lo

13、pez-Gresa M P, Maltese F. Metabolic response of tomato leaves upon different plant-pathogen interactionsJ. Phytochem Anal, 2010,21(1):89-94.<CR>19*|*期刊*|*Mikihisa Umehara, Atsushi Hanada, Satoko Yoshida,et al. Inhibition of shoot branching by new terpenoid plant hormonesJ. Nature,2008,455, 195

14、200.<CR>20*|*期刊*|*Victoria Gomez-Roldan1, Soraya Fermas. Strigolactone inhibition of shoot branchingJ. Nature,2008,455, 189-194.<CR>21*|*期刊*|*Satoh K, Shimizu T, Kondoh H, et al. Relationship between Symptoms and Gene Expression Induced by the Infection of Three Strains of Rice dwarf vir

15、usJ. PLoS ONE, 2011,6(3): e18094.<CR>22*|*期刊*|*Lauren A Du Fall,Peter S Solomon.Role of cereal secondary metabolites involved in mediating the outcome of plant-pathogen interactionsJ.Metabolites,2011,1(1):64-78.<CR>23*|*期刊*|*蒋妮,覃柳燕,李力,缪剑华.环境胁迫对药用植物次生代谢产物的影响J. 湖北农业科学, 2012,51(8):1528-1531

16、.<CR>24*|*期刊*|*邢世海,王荃,潘琪芳,赵静雅,唐克轩.长春花萜类吲哚生物碱的生物合成途径 J.西北植物学报,2012, 32(9):1917-1927<CR>25*|*期刊*|*Chappell J. Biochemistry and molecular biology of the isoprenoid biosynthetic pathway in plantsJ. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1995,46:521547.<CR>26*|*期刊*|*Rohmer M, Knani

17、M, Simonin P,et al.Isoprenoid biosynthesis in bacteria: a novel pathway for the early steps leading to isopentenyl diphosphateJ. Biochem J,1993,295: 517-524.<CR>27*|*期刊*|*Winkel-Shirley B.Flavonoid biosynthesis.A colorful model for genetics, biochemistry,cell biology,and biotechnologyJ.Plant P

18、hysiol,2001,126:485-493.<CR>28*|*期刊*|*Kazunori Okada.The Biosynthesis of Isoprenoids and the Mechanisms Regulating It in PlantsJ. Biosci.Biotechnol.Biochem.2011,75(7):1219-1225.<CR>29*|*期刊*|* Wu S, Schalk M, Clark A, Miles RB, Coates R, Chappell J.Redirection of cytosolic or plastidic is

19、oprenoid precursors elevates terpene production in plantsJ. Nat Biotechnol 2006,24: 14411447.<CR>30*|*期刊*|*Ana R,Victoria S A, Magdalena C, et al.Terpene Down-Regulation in Orange Reveals the Role of Fruit Aromas in Mediating Interactions with Insect Herbivores and PathogensJ.Plant Physiology,

20、2011,156:793802.<CR>31*|*期刊*|*Shatakshi Srivastava, Hema Bisht, O.P. Sidhu ,et al. Nautiyal.Changes in the metabolome and histopathology of Amaranthus hypochondriacus L. in response to Ageratum enation virus infectionJ. Phytochemistry ,2012,80: 816.<CR>32*|*期刊*|*Steven A. Whitham, Chunli

21、ng Yang, Michael M. Goodin. Global Impact: Elucidating Plant Responses to Viral Infection J.MPMI ,2006,19(11):12071215.<CR>33*|*期刊*|*Angela Mehta1, Ana C M Brasileiro, Djair S L,et al. Plantpathogen interactions: what is proteomics telling usJ. FEBS Journal ,2008,275:37313746.<CR>34*|*期刊

22、*|*Verpoorte R , Choi Y H, and Kim H K.NMR-based metabolomics at work in phytochemistryJ. Phytochem Rev.2007,6:314.<CR>35*|*期刊*|*G. Kenchappa Kumaraswamy, Venkatesh Bollina , Ajjamada C. Kushalappa ,et al.Metabolomics technology to phenotype resistance in barley against Gibberella zeaeJ. Eur J

23、 Plant Pathol. 2011,130:2943. <CR>36*|*期刊*|*He X Y,Huang W,Chen W, et al. Changes of main secondary metabolites in leaves of Ginkgo biloba in response to ozone fumigationJ. Journal of Environmental Sciences, 2009.21:199203.<CR>37*|*期刊*|*Choi Y H, Tapias EC, Kim H K, et al. Metabolic disc

24、rimination of Catharanthus roseus leaves infected by phytoplasma using 1H NMR spectroscopy and multivariate data analysisJ. Plant Physiol.2004,135:23982410.|1|贺杰|Hejie|福建农林大学植物保护学院，福州|Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou|贺杰（1990-），女，研究生，主要研究方向：植物病毒学与分子生物学|福建省福州市仓山区上下店路15号|350002|150206

25、1462518850415385<CR>|2|孙付森|Sun Fusen|福建农林大学植物保护学院，福州| Plant protection College of Fujian Agriculture and Forestry University,fuzhou|499276912|<CR>*|3|吴祖建*|Wu Zujian*|福建农林大学植物保护学院，福州| Plant protection College of Fujian Agriculture and Forestry University,fuzhou|吴祖建（1967），男，研究

26、员，主要研究方向：植物病毒与分子生物学，植物抗病毒天然产物|福建省福州市仓山区上下店路15号|350002|wuzujian15859095656代谢组学在植物-病原物互作中的应用|Metabolomics in plant - pathogen interactions application profiles|福建省自然科学基金 （2013J01087）；水稻重大病虫害防控技术研究与集成示范（2012BAD19B03）- 8 -（福建农林大学植物保护学院，福州）摘要：代谢组学是通过对新陈代谢过程中所有低分子量（<1 kD）代谢产物进行定性和定量的研究，来反映

27、生物体对外界刺激或基因修饰所发生的变化的科学。本文重点介绍代谢组学研究现状以及其在植物-病原物互作中的应用；另外鉴于次生代谢产物在植物与病原物互作中的重要性，本文也阐述了次生代谢产物主要种类、合成途径。关键词：代谢组学；植物-病原物互作；次生代谢产物中图分类号：S4Metabolomics in plant - pathogen interactions application profilesHejie1, Sun Fusen2, Wu Zujian*2(1. Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou;2. Plant protec

28、tion College of Fujian Agriculture and Forestry University,fuzhou)Abstract: Metabolomics is a metabolic process all the low molecular weight（<1 kD）metabolites qualitative and quantitative study，reflecting changes in the biological sciences to external stimuli or genetic modification that occurred

29、. This article focuses on metabolomics research status and the application in the plant - pathogen interactions； Additional，in view of the importance of secondary metabolites in the plant - pathogen interactions and the paper also describes the main types of secondary metabolites, synthesis pathway.

30、Key words: metabonomics;plants - pathogens interactions;secondary metabolite0 引言在长期的进化中，植物形成了各种防御机制来应对非生物和生物胁迫来减少自身的损害。植物防御反应涉及到物理和化学壁垒，包括一些积极防御反应来阻止病原物入侵1。植物-病原物互作包括两种类型：不亲和性和亲和性互作。非亲和性互作已经被广泛研究，主要在于它在田间具有直接的实际应用2。然而，相对来说亲和性互作较少引起足够的重视。不管哪种互作，两者都具有共同的特点，例如植物信号物质（水杨酸、乙烯等）的诱导、防御相关蛋白的产生3。植物形成的防御机制包括细胞

31、程序化死亡、致病相关蛋白的释放、活性氧的增加等，另外非常重要的机制包括抗菌次生代谢产物的产生如酚类和黄酮类，在这些次生代谢产物中当然也包括植保素4。基于这种全面探索新型植物代谢产物功能、特点的需求，代谢组学技术应运而生。1代谢组学的研究1.1代谢组学的提出及其特点90年代，Oliver在做酵母研究中，通过对代谢物的评估来推测基因的功能，并受到基因组学、转录组学、蛋白质组学的启发，首次提出了代谢组学的概念，即生物细胞内所有小分子代谢物的总和5。1999年，随着Nicholson教授等对代谢物的深入研究，代谢组学的概念不断被完善为通过考察生物体受刺激或扰乱后（基因变异，环境变化，时间推移等）其代谢

32、产物的变化，来研究生物体代谢途径的一种新技术6。2000年，Fiehn等7正式提出“代谢组学(metabolomics)”这个名词。在功能基因组学时代，各种组学技术（如基因组学，蛋白质组学、转录组学和代谢组学等）发展起来研究植物的表型变化8。由于代谢组是基因表达的最终产物，通过对生物的代谢物成分和水平进行分析，能全面了解生物体在当前生理阶段或外界刺激下的真实反应，更直观地揭示遗传背景和环境条件对生物体的决定作用9。相对于基因组学和蛋白质组学等方法，代谢组学的一个最大的优势是可以检测植物受病原物侵害后体内确切的代谢状态。代谢产物的变化是和生物体的表型息息相关，基因的差异表达引起以相关酶为主的蛋白

33、发挥不同的生物学功能，最终以代谢过程的变化产生不同的效应。1.2代谢组学分析技术的比较代谢物直接反应细胞的营养状态，药物和环境污染物的作用效果。近年来代谢组学通过不同的研究方法不仅应用于对植物代谢、药剂的研发而且还涉及到食品安全领域以及医学上一些常见代谢疾病（糖尿病、肥胖症，代谢综合症）的诊断。Fiehn f10将生物体系的代谢产物分析分为4个层次。代谢物靶标分析(metabolite target analysis)：对某个特定组分的分析。主要是用于对高灵敏度物质的额分析。代谢物谱分析(metabolicprofiling analysis)：可对一种特定或预设的代谢物进行分析，如结构性质相

34、关的化合物（碳水化合物、氨基酸等）、代谢途径的标志性组分等。代谢物组分析(metabonomics)：可在限定条件下对特定生物样品中所有代谢物组分进行定性和定量析代谢物组包括细胞内代谢物及细胞外液代谢物进行代谢组学研究时，样品的预处理和检测技术必须满足对所有的代谢组分具有高灵敏度、高选择性、高通量的要求，必须要有严格的样品制备和分析技术。代谢物指纹分析（metabolic fingerprinting analysis）：细胞产生的代谢物通过核磁共振(NMR)或质谱(MS)分析，得到的光谱就是这个代谢物的“指纹”。这种分析方法不分离鉴定具体单一组分，只是对样品进行快速分类。目前在代谢组学研究中

35、普遍使用的技术包括GC-MS、LC-MS联用和NMR。每种技术都具有各自的优势和局限性。GC-MS具有较高的分辨率和检测灵敏度，且有标准谱图库作为依托，有利于代谢产物的鉴定，但是其主要针对一小部分极性、小分子量的物质，鉴定范围有限；对挥发性低的代谢产物需要衍生化处理，但预处理过程繁琐，且在衍生化过程中存在反应不彻底等问题11。LC-MS具有高灵敏度和较宽的动态范围，但也存在问题如缺乏数据库造成定性困难、亲水性代谢产物在反相色谱上弱保留等。另外，GC-MS、LC-MS重复性较差而且需要制作标准曲线来达到绝对定量的目的。NMR重复性高、信号强度仅取决于化合物的浓度故不需要标准曲线定量，但其劣势在于

36、灵敏度低、成本高12。鉴于各种技术均具有各自的优势和不足、再者就是代谢物的多样性和复杂性，很难单纯的通过某一技术来达到分析所有代谢产物的目的，需要根据自己的要求来选择合适的技术手段。2次生代谢物的概述植物的次生代谢是相对于初生代谢而言的，是以初生代谢的中间产物作为底物的代谢，这一概念由Kossel于1891年明确提出13。次生代谢产物是由植物次生代谢产生的许多结构不同的小分子有机化合物14，是部分植物体内产生的对植物生命非必需物质，是在长期进化中与环境互作的结果15。次生代谢产物不仅具有种属特异性，也限制于特定的细胞、器官和组织以及特定的时期。植物合成许多不同种类的次生代谢产物来抵抗病原物的侵

37、染。虽然植物次生代谢产物对植物生命活动基础代谢是非必需的，但是其在植物化学生态方面占有非常重要的作用，例如抗菌物植保素、生长调节剂独脚金内酯、植物化感化合物等，另外其对人类的生活也有重要影响，如已经应用在医药、香料等方面16。植物受病原物侵染后所产生的抗菌化合物在植物-病原物互作中起重要作用。例如燕麦根部产生的三萜苷燕麦根皂苷（avenacin）对病害具有广谱抗性17。但由于代谢产物，尤其次生代谢产物的多样性、其合成代谢途径的复杂性以及其种属特异性和受环境的影响等，分析和鉴定与病害相关的代谢物比较困难18。虽然利用突变体、RNA干扰或过表达技术改变植物代谢途径中某些代谢物的调控和生物合成基因可

38、以辅助我们鉴定新的代谢产物和代谢途径，但是其针对范围小，仍迫切需要新技术和参考标准全面分析植物某一特定时期或受胁迫后的代谢产物17。对于次级代谢产物的认识，研究者最初认为是代谢中不再起作用的末端化合物，但是随着研究的深入发现次生代谢产物虽然对植物基本代谢来说是非必需的，但其具有独有的功能，不但对于人类而且对于植物本身。例如：植物次生代谢产物是药物、食品添加剂、香料和其他工业材料的独特资源，部分也具有调节植物生长和发育的作用，如独脚金内酯17。2008年有两篇文章同时在Nature上发表，指出独角金内酯为一种新的萜类植物激素，可以抑制植物侧枝的形成19-20。独脚金内酯在植物与病原物互作中也占有

39、非常重要的作用。研究表明水稻受草状矮缩病毒侵染后，独脚金内酯的信号途径被抑制，这可能与水稻感病后分蘖增多症状有关21。另外，不断的研究表明次生代谢产物在植物抗病防御方面发挥着非常重要的作用；这些受病原物或其他胁迫诱导产生的化合物也称为植保素22。2.1植保素植保素是受病原物不利环境影响而在受感染或受刺激的部位及其周围产生和积累的具有抗菌活性的低分子量化合物，是植物受病原菌侵染后防卫反应在生化上的重要表现23。次生代谢产物可以作为生化壁垒防御病原物侵染, 还可以作为信号物质参与植物的抗病反应；在植物与病原物互作中, 植物合成新的抗菌物质植保素，原有的抗菌物质也会增加。植物次生代谢产物的积累受到病

40、原物、发育、环境等多种因素的调节。感染病虫害会使次生代谢产物增加23。次生代谢产物种类众多，根据结构不同可分为类异戊二烯类（如萜类）、酚类（如黄酮类）和含氮化合物（如生物碱）三大类13。其中水稻植保素多为萜类化合物，而且生物碱主要存在于双子叶植物中且很少与萜类、挥发性油共存于同一植物中，因此生物碱合成途径没有介绍，具体的可以参考文献24。萜类和黄酮类的合成途径概述如下：2.2萜类化合物萜类是已被描述的最多和多样的次生代谢产物之一，其主要由2中合成途径：位于细胞质中的甲羟戊酸(mevalonate pathway，MVA)途径25和位于质体中的脱氧木酮糖-5-磷酸/甲基赤藓醇4-磷酸途径(1-d

41、eoxy-D-xylulose-5-phosphate/methylerythritol 4-phosphate，DXOP/MEP途径) 26。这两个途径大体上可分为3个阶段，即中间体异戊烯基焦磷酸(isopentenyl pyrophosphate，IPP，C5)及其双键异构体二甲基烯丙基焦磷酸(dimethylallyl pyrophosphate，DMAPP，C5)的生成、直接前体物质的生成和萜类生成及其修饰阶段。直接前体物质包括三种：法呢基二磷酸(farnesyl diphosphate，FPP)、香叶基二磷酸(geranyl diphosphate，GPP)和香叶基香叶基二磷酸(ge

42、ranylgeranyl diphosphate，GGPP)。这两种途径的连结点为在于萜类合成的前体IPP及其异构物DMAPP，两条途径所产生的IPP可以穿过质体膜互为对方所用。2.3黄酮类化合物黄酮类化合物在植物中分布广泛，它们常以游离态或与糖结合成苷的状态存在。其起源于苯丙烷代谢途径中的莽草酸途径27，生物合成开始与苯丙氨酸，苯丙氨酸解氨酶PAL将苯丙氨酸脱氨形成肉桂酸及其衍生物，紧接着进行一系列生物合成过程，经查尔酮合酶CHS形成各类黄酮类化合物的前体查尔酮，最终在各种酶的作用下经过不同的烷基化作用、糖基化作用、羟基化作用以及异戊烯化作用等生成黄酮、类黄酮等黄酮类化合物。次生代谢是以初生

43、代谢中间产物为底物的代谢，从前体物质、化学结构和合成途径上来说很难区分初生代谢产物和次生代谢产物；但是从分子水平上说涉及到初生代谢和次生代谢的基因有差异，控制次生代谢物合成的基因多由基因簇决定，基因簇在初生代谢合成中少见17。例如phytocassane（水稻植保素的一种）生物合成基因簇可能包括2个双萜环化酶基因（OsCPS2, OsKSL7）和6个细胞色素P450单氧酶基因（CYP71Z6, CYP71Z7, CYP76M5, CYP76M6, CYP76M7, CYP76M8）28。另外鉴于在植物自我防御方面的功能，次生代谢产物已应用于植物抗病、虫品种的选育。例如：在烟草中，过表达pach

44、ulol合成酶基因和倍半萜的前体法尼基焦磷酸合成酶基因，可以使烟草中大量积累pachulol和另外13种倍半萜，且对昆虫幼虫产生高度抗性29。利用构建反义载体来干扰桔子中柠檬烯的合成，获得转基因植株，该植株的果实明显对真菌（Penicillium digitatum ）或细菌 （Xanthomonas citri subsp. Citri）病原物产生抗性，并且可以减少害虫地中海果蝇的取食30。3代谢组学技术在植物-病原物互作方面的研究关于植物-病原物互作中基因31和蛋白质32的改变已有所阐述，且随着不断研究，基因组学和蛋白质组学技术比代谢组学技术也更加成熟，然而，在植物-病原物互作中的应用还较

45、少。M. Pilar Lopez-Gresa 等利用代谢组学技术测定了番茄受不同病原菌侵染后的代谢组变化，并且鉴定了在番茄-病原菌互作中的防御相关的代谢物18。LC-MS和NMR运用在番茄和细菌病原物(Pseudomonas syringae)互作研究中，鉴定了番茄受病原菌感染后显著增加的代谢产物，如：羟基肉桂酸酰胺（HCAA）、绿原酸（CGA）和黄酮类芸香苷；并且表明CGA可以诱导防御相关基因PR1和P23的表达，HCAA可以清除自由基，均与病原菌拮抗作用有关。该课题组也运用1H NMR代谢组学技术测定了番茄受病毒Tomato Mosaic Virus侵染后的代谢物变化，总共32种代谢物被检

46、测到，包括氨基酸、有机酸、糖类、一些次生代谢产物苯丙素黄酮类和其他一些杂环化合物等。另外，通过NMR在番茄与类病毒(Citrus exocortis viroid)和细菌（Pseudomonas syringae）互作中的研究中，表明植物受病原物诱导的代谢产物随病原物的变化而不同，糖基化龙胆酸受类病毒诱导后明显，而受细菌诱导后黄酮类（芸香苷）变化明显。当然其他学者也研究了烟草受ToMV侵染后的代谢物变化，运用 1-D 1H NMR和2-D J-resolved spectra NMR获得了代谢物的宏观变化，表明了番茄-病毒互作中次生代谢产物萜类等物质的增加。在其它植物中，利用GCMS和 NMR

47、鉴定了籽粒苋受病毒AEV侵染后变化的68种极性和非极性化合物，表明病毒侵染显著影响了植物的初生代谢和次生代谢，通过调节萜类合成相关途径增加了-谷甾醇和豆甾醇的含量33。Hipskind 等34以CaMV35s 为启动子,将花生中的白藜芦醇基因转入苜蓿(Medicago sativa) 通过HPLC,UV和NMR分析证明,转基因苜蓿中积累了一种新化合物RGluc (trans-resvera-trol-3-O-D-glucopyranoside) ,生物检测的结果证明,RGluc 和白藜芦醇均显著抑制茎点霉属(Phoma) 真菌的生长,转基因苜蓿对茎点霉菌( Phama medicaginis)

48、 侵染引起的症状明显减轻。另外，代谢组学也运用在鉴定与抗性相关的代谢物中，如苯丙素类香豆酸、黄酮类柚皮素、槲皮素等35，臭氧熏蒸后萜类物质含量增加36。存在的问题及展望由于多效反应，病原物的侵染可以影响看似不相关的多条代谢途径，因此植物代谢组学的最终目标是对植物中所有的代谢物进行定性和定量研究。目前还没有完整的一套代谢组学技术可以完全分析所有的代谢物，不仅因为代谢物的多样性、复杂性，而且有些次生代谢产物仅在某特定的环境条件下产生。当然，现用的代谢组学技术本身也存在着不足，如NMR检测灵敏度低、LC-MS无数据库作为依托、GC-MS衍生化处理比较复杂，而且样品前处理过程也会不可避免的丢失部分代谢

49、物信息，单一技术很难达到代谢组学所期望的目标，因此，在今后的研究中，可以将多种技术协调利用来检测到尽可能多的代谢物。另外，需要建立像基因数据库等的代谢组数据库，来方便以后对代谢物定性。虽然代谢组学尚不完善，代谢组学在研究植物-病原物互作中具有很好的前景，可以更真实的识别病原物对植物代谢水平的影响、鉴别明显改变的代谢产物，从而反映代谢产物对病原物的响应。最近几年，对植物感染病原物后代谢产物的变化已经开始有了深入详细的研究，例如番茄感染病毒ToMV18、细菌病原物和烟草感染病毒12、长春花感染植原体37之后代谢差异。今后，在功能基因组学时代，也可能需要将代谢组学技术与其他技术（如基因组学、转录组学

50、、蛋白质组学）相结合来阐明受病原物侵染后植物的表现型的变化，从而从本质上更全面的了解病原物对植物机体的影响。参考文献 (References)1 Lopez-Gresa M P, Torres C, Campos L,et al.Identication of defence metabolites in tomato plants infected by the bacterial pathogen Pseudomonas syringae J. Environmental and Experimental Botany, 2011,74:216-228.2 Vlot A C, Dempse

51、y D A, Klessig D F. Salicylic acid, a multifaceted hormone to combat diseaseJ. Annu Rev Phytopathol, 2009,47: 177-206.3 Lopez-Gresa M P, Lison P, Kim H K,et al.Metabolic ngerprinting of Tomato Mosaic Virus infected Solanum lycopersicumJ.Journal of Plant Physiology,2012,169:1586-1596.4 Sun M Y, Gu X

52、D, Fu H G, et al. Change of secondary metabolites in leaves of Ginkgo biloba L. in response to UV-B inductionJ. Innovative Food Science and Emerging Technologies,2010,11:672-676.5 Oliver SG, Winson MK, Kell DB, et al. Systematic functional analysis of the yeast genomeJ. Trends Biotechnol，1998, 16:37

53、3-378.6 Pawel Bednarek, Mariola Pislewska-Bednarek, Ales Svatos,et al. A Glucosinolate Metabolism Pathway in Living Plant Cells Mediates Broad-Spectrum Antifungal DefenseJ.Science ,2009,01(323):101-106.7 Fiehn O, Kopka J, DOrmann P, et a1.Metabolite profiling for plant functional genomicsJ.Nat Biote

54、chnol,2000,1 8(11):1142-1143. 8 Nam-Soo Jw, Ganesh Kumar Agrawal, Shigeru Tamogami,et al. Role of defense/stress-related marker genes, proteins and secondary metabolites in defining rice self-defense mechanismsJ. Plant Physiology and Biochemistry,2006,44: 261-273.9 顾渝娟,吴振先.代谢组学在植物研究中的应用J. 广东农业科学, 20

55、12,4:105-107.10 Fiehn O.Metabolomics-the link between genotypes and phenotypesJ.Plant Mol Biol,2002,48(1-2):155-171.11 Verpoorte R, Choi Y H, Mustafa N R,et al. Metabolomics: back to basicsJ. Phytochem Rev,2008,7:525-537.12 Choi Y H, Kim H K, Verpoorte R,et al. NMR Metabolomics to Revisit the Tobacc

56、o Mosaic Virus Infection in Nicotiana tabacum LeavesJ.Nat. Prod,2006,69:742-748.13 阎秀峰, 王 洋, 李一蒙. 植物次生代谢及其与环境的关系J. 生态学报, 2007,27(6):2554-2562.14 郭艳玲, 张鹏英, 郭默然, 陈靠山.次生代谢产物与植物抗病防御反应J. 植物生理学报,2012,48(5): 429-434.15 王玉明,李锦,张丽媛,李利新,李遇伯.药用植物次生代谢产物积累规律的研究概况J. 中南药学,2012, 10(2):136-139.16 Lauren A,Du Fall,Pe

57、ter S.Solomon Role of Cereal Secondary Metabolites Involved in Mediating the Outcome of Plant-Pathogen InteractionsJ. Metabolites, 2011,1:64-78.17 Pawel Bednarek, Mariola Pislewska-Bednarek, Ales Svatos,et al. A Glucosinolate Metabolism Pathway in Living Plant Cells Mediates Broad-Spectrum Antifunga

58、l DefenseJ.Science ,2009,01(323):101-106. 18 Lopez-Gresa M P, Maltese F. Metabolic response of tomato leaves upon different plant-pathogen interactionsJ. Phytochem Anal, 2010,21(1):89-94.19 Mikihisa Umehara, Atsushi Hanada, Satoko Yoshida,et al. Inhibition of shoot branching by new terpenoid plant hormonesJ. Nature,2008,455, 195-200.20 Victoria Gomez-Roldan1, Soraya Fermas. Strigolactone inhibition of shoot branchingJ. Nature,2008,455, 189-194.21 Satoh K, Shimizu T, Kondoh H, et al. Relationship between Symptoms and Gene Expression Induced by the Infection of