1、中國科技論文在線代謝組學在植物-病原物互作中的應用基金項目：福建省自然科學基金 （2013J01087）；水稻重大病蟲害防控技術研究與集成示范（2012BAD19B03） 賀杰，孫付森，吳祖建*作者簡介：賀杰（1990-），女，研究生，主要研究方向：植物病毒學與分子生物學通信聯系人：吳祖建（1967），男，研究員，主要研究方向：植物病毒與分子生物學，植物抗病毒天然產物. 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福建農林大學植物保護學院，福州;福建農林大學植物保護學院，福州;福建農林大學植物保護學院，福州3

3、50002;35000218850415385;1585909565618850415385建省福州市倉山區上下店路15號;福建省福州市倉山區上下店路15499276912;wuzujian賀杰（1990-），女，研究生，主要研究方向：植物病毒學與分子生物學;吳祖建（1967），男，研究員，主要研究方向：植物病毒與分子生物學，植物抗病毒天然產物賀杰;孫付森;吳祖建*Hejie;Sun Fusen;Wu Zujian*吳祖建*福建省自然科學基金 （2013J01087）；水稻重大病蟲害防控技術研究與集成示范（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*|*顧渝娟,吳振先.代謝組學在植物研究中的應用J. 廣東農業科學, 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*|*閻秀峰, 王 洋, 李一蒙. 植物次生代謝及其與環境的關系J. 生態學報, 2007,27(6):

11、2554-2562.<CR>14*|*期刊*|*郭艷玲, 張鵬英, 郭默然, 陳靠山.次生代謝產物與植物抗病防御反應J. 植物生理學報,2012,48(5): 429-434.<CR>15*|*期刊*|*王玉明,李錦,張麗媛,李利新,李遇伯.藥用植物次生代謝產物積累規律的研究概況J. 中南藥學,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*|*蔣妮,覃柳燕,李力,繆劍華.環境脅迫對藥用植物次生代謝產物的影響J. 湖北農業科學, 2012,51(8):1528-1531

16、.<CR>24*|*期刊*|*邢世海,王荃,潘琪芳,趙靜雅,唐克軒.長春花萜類吲哚生物堿的生物合成途徑 J.西北植物學報,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|賀杰|Hejie|福建農林大學植物保護學院，福州|Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou|賀杰（1990-），女，研究生，主要研究方向：植物病毒學與分子生物學|福建省福州市倉山區上下店路15號|350002|150206

25、1462518850415385<CR>|2|孫付森|Sun Fusen|福建農林大學植物保護學院，福州| Plant protection College of Fujian Agriculture and Forestry University,fuzhou|499276912|<CR>*|3|吳祖建*|Wu Zujian*|福建農林大學植物保護學院，福州| Plant protection College of Fujian Agriculture and Forestry University,fuzhou|吳祖建（1967），男，研究

26、員，主要研究方向：植物病毒與分子生物學，植物抗病毒天然產物|福建省福州市倉山區上下店路15號|350002|wuzujian15859095656代謝組學在植物-病原物互作中的應用|Metabolomics in plant - pathogen interactions application profiles|福建省自然科學基金 （2013J01087）；水稻重大病蟲害防控技術研究與集成示范（2012BAD19B03）- 8 -（福建農林大學植物保護學院，福州）摘要：代謝組學是通過對新陳代謝過程中所有低分子量（<1 kD）代謝產物進行定性和定量的研究，來反映

27、生物體對外界刺激或基因修飾所發生的變化的科學。本文重點介紹代謝組學研究現狀以及其在植物-病原物互作中的應用；另外鑒于次生代謝產物在植物與病原物互作中的重要性，本文也闡述了次生代謝產物主要種類、合成途徑。關鍵詞：代謝組學；植物-病原物互作；次生代謝產物中圖分類號：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 引言在長期的進化中，植物形成了各種防御機制來應對非生物和生物脅迫來減少自身的損害。植物防御反應涉及到物理和化學壁壘，包括一些積極防御反應來阻止病原物入侵1。植物-病原物互作包括兩種類型：不親和性和親和性互作。非親和性互作已經被廣泛研究，主要在于它在田間具有直接的實際應用2。然而，相對來說親和性互作較少引起足夠的重視。不管哪種互作，兩者都具有共同的特點，例如植物信號物質（水楊酸、乙烯等）的誘導、防御相關蛋白的產生3。植物形成的防御機制包括細胞

31、程序化死亡、致病相關蛋白的釋放、活性氧的增加等，另外非常重要的機制包括抗菌次生代謝產物的產生如酚類和黃酮類，在這些次生代謝產物中當然也包括植保素4。基于這種全面探索新型植物代謝產物功能、特點的需求，代謝組學技術應運而生。1代謝組學的研究1.1代謝組學的提出及其特點90年代，Oliver在做酵母研究中，通過對代謝物的評估來推測基因的功能，并受到基因組學、轉錄組學、蛋白質組學的啟發，首次提出了代謝組學的概念，即生物細胞內所有小分子代謝物的總和5。1999年，隨著Nicholson教授等對代謝物的深入研究，代謝組學的概念不斷被完善為通過考察生物體受刺激或擾亂后（基因變異，環境變化，時間推移等）其代謝

32、產物的變化，來研究生物體代謝途徑的一種新技術6。2000年，Fiehn等7正式提出“代謝組學(metabolomics)”這個名詞。在功能基因組學時代，各種組學技術（如基因組學，蛋白質組學、轉錄組學和代謝組學等）發展起來研究植物的表型變化8。由于代謝組是基因表達的最終產物，通過對生物的代謝物成分和水平進行分析，能全面了解生物體在當前生理階段或外界刺激下的真實反應，更直觀地揭示遺傳背景和環境條件對生物體的決定作用9。相對于基因組學和蛋白質組學等方法，代謝組學的一個最大的優勢是可以檢測植物受病原物侵害后體內確切的代謝狀態。代謝產物的變化是和生物體的表型息息相關，基因的差異表達引起以相關酶為主的蛋白

33、發揮不同的生物學功能，最終以代謝過程的變化產生不同的效應。1.2代謝組學分析技術的比較代謝物直接反應細胞的營養狀態，藥物和環境污染物的作用效果。近年來代謝組學通過不同的研究方法不僅應用于對植物代謝、藥劑的研發而且還涉及到食品安全領域以及醫學上一些常見代謝疾病（糖尿病、肥胖癥，代謝綜合癥）的診斷。Fiehn f10將生物體系的代謝產物分析分為4個層次。代謝物靶標分析(metabolite target analysis)：對某個特定組分的分析。主要是用于對高靈敏度物質的額分析。代謝物譜分析(metabolicprofiling analysis)：可對一種特定或預設的代謝物進行分析，如結構性質相

34、關的化合物（碳水化合物、氨基酸等）、代謝途徑的標志性組分等。代謝物組分析(metabonomics)：可在限定條件下對特定生物樣品中所有代謝物組分進行定性和定量析代謝物組包括細胞內代謝物及細胞外液代謝物進行代謝組學研究時，樣品的預處理和檢測技術必須滿足對所有的代謝組分具有高靈敏度、高選擇性、高通量的要求，必須要有嚴格的樣品制備和分析技術。代謝物指紋分析（metabolic fingerprinting analysis）：細胞產生的代謝物通過核磁共振(NMR)或質譜(MS)分析，得到的光譜就是這個代謝物的“指紋”。這種分析方法不分離鑒定具體單一組分，只是對樣品進行快速分類。目前在代謝組學研究中

35、普遍使用的技術包括GC-MS、LC-MS聯用和NMR。每種技術都具有各自的優勢和局限性。GC-MS具有較高的分辨率和檢測靈敏度，且有標準譜圖庫作為依托，有利于代謝產物的鑒定，但是其主要針對一小部分極性、小分子量的物質，鑒定范圍有限；對揮發性低的代謝產物需要衍生化處理，但預處理過程繁瑣，且在衍生化過程中存在反應不徹底等問題11。LC-MS具有高靈敏度和較寬的動態范圍，但也存在問題如缺乏數據庫造成定性困難、親水性代謝產物在反相色譜上弱保留等。另外，GC-MS、LC-MS重復性較差而且需要制作標準曲線來達到絕對定量的目的。NMR重復性高、信號強度僅取決于化合物的濃度故不需要標準曲線定量，但其劣勢在于

36、靈敏度低、成本高12。鑒于各種技術均具有各自的優勢和不足、再者就是代謝物的多樣性和復雜性，很難單純的通過某一技術來達到分析所有代謝產物的目的，需要根據自己的要求來選擇合適的技術手段。2次生代謝物的概述植物的次生代謝是相對于初生代謝而言的，是以初生代謝的中間產物作為底物的代謝，這一概念由Kossel于1891年明確提出13。次生代謝產物是由植物次生代謝產生的許多結構不同的小分子有機化合物14，是部分植物體內產生的對植物生命非必需物質，是在長期進化中與環境互作的結果15。次生代謝產物不僅具有種屬特異性，也限制于特定的細胞、器官和組織以及特定的時期。植物合成許多不同種類的次生代謝產物來抵抗病原物的侵

37、染。雖然植物次生代謝產物對植物生命活動基礎代謝是非必需的，但是其在植物化學生態方面占有非常重要的作用，例如抗菌物植保素、生長調節劑獨腳金內酯、植物化感化合物等，另外其對人類的生活也有重要影響，如已經應用在醫藥、香料等方面16。植物受病原物侵染后所產生的抗菌化合物在植物-病原物互作中起重要作用。例如燕麥根部產生的三萜苷燕麥根皂苷（avenacin）對病害具有廣譜抗性17。但由于代謝產物，尤其次生代謝產物的多樣性、其合成代謝途徑的復雜性以及其種屬特異性和受環境的影響等，分析和鑒定與病害相關的代謝物比較困難18。雖然利用突變體、RNA干擾或過表達技術改變植物代謝途徑中某些代謝物的調控和生物合成基因可

38、以輔助我們鑒定新的代謝產物和代謝途徑，但是其針對范圍小，仍迫切需要新技術和參考標準全面分析植物某一特定時期或受脅迫后的代謝產物17。對于次級代謝產物的認識，研究者最初認為是代謝中不再起作用的末端化合物，但是隨著研究的深入發現次生代謝產物雖然對植物基本代謝來說是非必需的，但其具有獨有的功能，不但對于人類而且對于植物本身。例如：植物次生代謝產物是藥物、食品添加劑、香料和其他工業材料的獨特資源，部分也具有調節植物生長和發育的作用，如獨腳金內酯17。2008年有兩篇文章同時在Nature上發表，指出獨角金內酯為一種新的萜類植物激素，可以抑制植物側枝的形成19-20。獨腳金內酯在植物與病原物互作中也占有

39、非常重要的作用。研究表明水稻受草狀矮縮病毒侵染后，獨腳金內酯的信號途徑被抑制，這可能與水稻感病后分蘗增多癥狀有關21。另外，不斷的研究表明次生代謝產物在植物抗病防御方面發揮著非常重要的作用；這些受病原物或其他脅迫誘導產生的化合物也稱為植保素22。2.1植保素植保素是受病原物不利環境影響而在受感染或受刺激的部位及其周圍產生和積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衛反應在生化上的重要表現23。次生代謝產物可以作為生化壁壘防御病原物侵染, 還可以作為信號物質參與植物的抗病反應；在植物與病原物互作中, 植物合成新的抗菌物質植保素，原有的抗菌物質也會增加。植物次生代謝產物的積累受到病

40、原物、發育、環境等多種因素的調節。感染病蟲害會使次生代謝產物增加23。次生代謝產物種類眾多，根據結構不同可分為類異戊二烯類（如萜類）、酚類（如黃酮類）和含氮化合物（如生物堿）三大類13。其中水稻植保素多為萜類化合物，而且生物堿主要存在于雙子葉植物中且很少與萜類、揮發性油共存于同一植物中，因此生物堿合成途徑沒有介紹，具體的可以參考文獻24。萜類和黃酮類的合成途徑概述如下：2.2萜類化合物萜類是已被描述的最多和多樣的次生代謝產物之一，其主要由2中合成途徑：位于細胞質中的甲羥戊酸(mevalonate pathway，MVA)途徑25和位于質體中的脫氧木酮糖-5-磷酸/甲基赤蘚醇4-磷酸途徑(1-d

41、eoxy-D-xylulose-5-phosphate/methylerythritol 4-phosphate，DXOP/MEP途徑) 26。這兩個途徑大體上可分為3個階段，即中間體異戊烯基焦磷酸(isopentenyl pyrophosphate，IPP，C5)及其雙鍵異構體二甲基烯丙基焦磷酸(dimethylallyl pyrophosphate，DMAPP，C5)的生成、直接前體物質的生成和萜類生成及其修飾階段。直接前體物質包括三種：法呢基二磷酸(farnesyl diphosphate，FPP)、香葉基二磷酸(geranyl diphosphate，GPP)和香葉基香葉基二磷酸(ge

42、ranylgeranyl diphosphate，GGPP)。這兩種途徑的連結點為在于萜類合成的前體IPP及其異構物DMAPP，兩條途徑所產生的IPP可以穿過質體膜互為對方所用。2.3黃酮類化合物黃酮類化合物在植物中分布廣泛，它們常以游離態或與糖結合成苷的狀態存在。其起源于苯丙烷代謝途徑中的莽草酸途徑27，生物合成開始與苯丙氨酸，苯丙氨酸解氨酶PAL將苯丙氨酸脫氨形成肉桂酸及其衍生物，緊接著進行一系列生物合成過程，經查爾酮合酶CHS形成各類黃酮類化合物的前體查爾酮，最終在各種酶的作用下經過不同的烷基化作用、糖基化作用、羥基化作用以及異戊烯化作用等生成黃酮、類黃酮等黃酮類化合物。次生代謝是以初生

43、代謝中間產物為底物的代謝，從前體物質、化學結構和合成途徑上來說很難區分初生代謝產物和次生代謝產物；但是從分子水平上說涉及到初生代謝和次生代謝的基因有差異，控制次生代謝物合成的基因多由基因簇決定，基因簇在初生代謝合成中少見17。例如phytocassane（水稻植保素的一種）生物合成基因簇可能包括2個雙萜環化酶基因（OsCPS2, OsKSL7）和6個細胞色素P450單氧酶基因（CYP71Z6, CYP71Z7, CYP76M5, CYP76M6, CYP76M7, CYP76M8）28。另外鑒于在植物自我防御方面的功能，次生代謝產物已應用于植物抗病、蟲品種的選育。例如：在煙草中，過表達pach

44、ulol合成酶基因和倍半萜的前體法尼基焦磷酸合成酶基因，可以使煙草中大量積累pachulol和另外13種倍半萜，且對昆蟲幼蟲產生高度抗性29。利用構建反義載體來干擾桔子中檸檬烯的合成，獲得轉基因植株，該植株的果實明顯對真菌（Penicillium digitatum ）或細菌 （Xanthomonas citri subsp. Citri）病原物產生抗性，并且可以減少害蟲地中海果蠅的取食30。3代謝組學技術在植物-病原物互作方面的研究關于植物-病原物互作中基因31和蛋白質32的改變已有所闡述，且隨著不斷研究，基因組學和蛋白質組學技術比代謝組學技術也更加成熟，然而，在植物-病原物互作中的應用還較

45、少。M. Pilar Lopez-Gresa 等利用代謝組學技術測定了番茄受不同病原菌侵染后的代謝組變化，并且鑒定了在番茄-病原菌互作中的防御相關的代謝物18。LC-MS和NMR運用在番茄和細菌病原物(Pseudomonas syringae)互作研究中，鑒定了番茄受病原菌感染后顯著增加的代謝產物，如：羥基肉桂酸酰胺（HCAA）、綠原酸（CGA）和黃酮類蕓香苷；并且表明CGA可以誘導防御相關基因PR1和P23的表達，HCAA可以清除自由基，均與病原菌拮抗作用有關。該課題組也運用1H NMR代謝組學技術測定了番茄受病毒Tomato Mosaic Virus侵染后的代謝物變化，總共32種代謝物被檢

46、測到，包括氨基酸、有機酸、糖類、一些次生代謝產物苯丙素黃酮類和其他一些雜環化合物等。另外，通過NMR在番茄與類病毒(Citrus exocortis viroid)和細菌（Pseudomonas syringae）互作中的研究中，表明植物受病原物誘導的代謝產物隨病原物的變化而不同，糖基化龍膽酸受類病毒誘導后明顯，而受細菌誘導后黃酮類（蕓香苷）變化明顯。當然其他學者也研究了煙草受ToMV侵染后的代謝物變化，運用 1-D 1H NMR和2-D J-resolved spectra NMR獲得了代謝物的宏觀變化，表明了番茄-病毒互作中次生代謝產物萜類等物質的增加。在其它植物中，利用GCMS和 NMR

47、鑒定了籽粒莧受病毒AEV侵染后變化的68種極性和非極性化合物，表明病毒侵染顯著影響了植物的初生代謝和次生代謝，通過調節萜類合成相關途徑增加了-谷甾醇和豆甾醇的含量33。Hipskind 等34以CaMV35s 為啟動子,將花生中的白藜蘆醇基因轉入苜蓿(Medicago sativa) 通過HPLC,UV和NMR分析證明,轉基因苜蓿中積累了一種新化合物RGluc (trans-resvera-trol-3-O-D-glucopyranoside) ,生物檢測的結果證明,RGluc 和白藜蘆醇均顯著抑制莖點霉屬(Phoma) 真菌的生長,轉基因苜蓿對莖點霉菌( Phama medicaginis)

48、 侵染引起的癥狀明顯減輕。另外，代謝組學也運用在鑒定與抗性相關的代謝物中，如苯丙素類香豆酸、黃酮類柚皮素、槲皮素等35，臭氧熏蒸后萜類物質含量增加36。存在的問題及展望由于多效反應，病原物的侵染可以影響看似不相關的多條代謝途徑，因此植物代謝組學的最終目標是對植物中所有的代謝物進行定性和定量研究。目前還沒有完整的一套代謝組學技術可以完全分析所有的代謝物，不僅因為代謝物的多樣性、復雜性，而且有些次生代謝產物僅在某特定的環境條件下產生。當然，現用的代謝組學技術本身也存在著不足，如NMR檢測靈敏度低、LC-MS無數據庫作為依托、GC-MS衍生化處理比較復雜，而且樣品前處理過程也會不可避免的丟失部分代謝

49、物信息，單一技術很難達到代謝組學所期望的目標，因此，在今后的研究中，可以將多種技術協調利用來檢測到盡可能多的代謝物。另外，需要建立像基因數據庫等的代謝組數據庫，來方便以后對代謝物定性。雖然代謝組學尚不完善，代謝組學在研究植物-病原物互作中具有很好的前景，可以更真實的識別病原物對植物代謝水平的影響、鑒別明顯改變的代謝產物，從而反映代謝產物對病原物的響應。最近幾年，對植物感染病原物后代謝產物的變化已經開始有了深入詳細的研究，例如番茄感染病毒ToMV18、細菌病原物和煙草感染病毒12、長春花感染植原體37之后代謝差異。今后，在功能基因組學時代，也可能需要將代謝組學技術與其他技術（如基因組學、轉錄組學

50、、蛋白質組學）相結合來闡明受病原物侵染后植物的表現型的變化，從而從本質上更全面的了解病原物對植物機體的影響。參考文獻 (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 顧渝娟,吳振先.代謝組學在植物研究中的應用J. 廣東農業科學, 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 閻秀峰, 王 洋, 李一蒙. 植物次生代謝及其與環境的關系J. 生態學報, 2007,27(6):2554-2562.14 郭艷玲, 張鵬英, 郭默然, 陳靠山.次生代謝產物與植物抗病防御反應J. 植物生理學報,2012,48(5): 429-434.15 王玉明,李錦,張麗媛,李利新,李遇伯.藥用植物次生代謝產物積累規律的研究概況J. 中南藥學,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