代谢组： 是指细胞或者生物体内的所有代谢物的 总和，也有人将它定义为细胞、组织、器 官或者生物体内的所有小分子代谢组分的 集合。 代谢组学： 通过大量代谢成分的定性、定量分析来 定义生物体的生化表型(代谢表型)及其与 基因型的关系，从而为研究基因功能、诠 释生命现象提供大量的代谢信息，这就是 代谢组学（metabolomics)。
2、样品制备
植物代谢物样品制备分为组织取样→匀浆→抽提→ 保存→样品预处理等步骤。 代谢产物通常用水或有机溶剂(如甲醇和己烷等)分 别提取,获得水提取物和有机溶剂提取物,从而把非极性 的亲脂相和极性相分开。 分析之前,通常先用固相微萃取、固相萃取和亲和 色谱等方法进行预处理。 然而植物代谢物千差万别,其中很多物质稍受干扰 结构就会发生改变,且对其分析鉴定所采用的设备也不 同。目前还没有适合所有代谢物的抽提方法,通常只能 根据所要分析的代谢物特性及使用的鉴定手段选择合适 的提取方法。而抽提时间、温度、溶剂成分和质量及实 验者的技巧等诸多因素也将影响样品制备的水平。
3、成分分析鉴定
对获得的样品中所有代谢物进行分析鉴定是代谢组学研 究的关键步骤,也是最困难和多变的步骤。 与原有的各种组学技术只分析特定类型的物质不同,代谢 组学分析对象的大小、数量、官能团、挥发性、带电性、电 迁移率、极性以及其他物理化学参数差异很大,要对它们进行 无偏向的全面分析,单一的分离分析手段往往难以保证。色谱、 质谱、核磁共振、红外光谱、库仑分析、紫外吸收、荧光散 射、发射性检测和光散射等分离分析手段及其组合都被应用 于代谢组学的研究。一般根据样品的特性和实验目的,可选择 最合适的分析方法。 目前最常用的分离分析手段： ◆气相色谱和质谱联用(GC/MS) ◆液相色谱和质谱联用(LC/MS) ◆毛细管电泳－质谱联用技术(CE/MS) ◆核磁共振(NMR) ◆傅里叶变换红外光谱与质谱联用(FTIR/MS)。
数据分析与解释
代谢组学研究技术步骤
1、植物培养（栽培）
对研究对象进行培育的目的是为了对样本的 稳定性进行控制 ,相对于微生物和动物而言 ,植 物的人工栽培需要考虑更多的问题,如中药材在 不同年龄、不同发育阶段、不同部位以及光照、 水肥、耕作等环境因素的微小差异都可引起生理 状态的变化,而这些非可控及可控双重因素的影 响很难进行精确的控制,从而影响药用植物代谢 组研究的重复性。为了解决以上问题 ,推荐使用 大容量的培养箱 ,定时更换培养箱中栽培对象的 位置,以及使用无土栽培技术等, 利用无土栽培 系统将水和养分直接引入植物根部,并且对供给 量进行精确地控制 ,大大提高了实验的重复性。
近年来,随着生命科学研究的发展,尤其是完成 拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻（Oryza sativa)等植物的基因组测序后,植物科学发生了翻 天覆地的变化。有人说生命科学研究跨入了后基因 组时代。 人们已经把目光从基因的测序转移到了基因的 功能研究。在研究DNA的基因组学、mRNA的转 录组学和蛋白质的蛋白组学后,接踵而来的是研究 代谢物的代谢组学。
2、意义
●通过研究不同物种的代谢产物 ,可以指导植物分 类学 ,对植物进行更加合理的分类; ●通过研究不同基因型植物的代谢物 ,可以发现新 的功能基因 ,促进转基因植物的研究 ,同时还可以对 转基因植物及其在食用方面的安全性进行代谢物组学 水平上的评估; ●通过研究不同生态环境下植物的代谢产物 ,了解 植物的区域性分布。如果所研究的植物是某种药用植 物 ,则就可以应用于中药道地药材的确定; ● 植物在受到某种内部或外界因素刺激之后会产生 的特定的应激变化 ,最终会表现在代谢物的改变上 , 通过研究这种变化规律 ,为从植物中定向培养得到某 一特定代谢物提供指导。
因此，以DNA、mRNA、蛋白质和代谢物为研究对象的基因组 学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学是一个密切相关的整体， 他们共同构成系统生物学（systems biology)。
基因、转录组、蛋白质组和代谢组的关系
系统生物学研究的四个层次
三、植物代谢组学的研究方法
植物材料培养
样品制备
成分分析与鉴定
植物代谢组学及其应用
河南农业大学生命科学学院 赵会杰
目 录
一、植物代谢组学的概念和意义 二、代谢组学在系统生物学中的地位
三、植物代谢组学的研究方法
四、代谢组学在植物科学中的应用 五、展望
一、植物代谢组学的概念和意义
1、概念
生物学中“组”的概念： ◆“组”：来源于希腊语ome，意指每个、所有、 全部。 ◆以它为后缀最先用于基因组：genome,指一个 物种的全部遗传组成。 ◆自基因组学概念提出后，带组学（omics)的概 念出现有200多种。如蛋白组学、代谢组学等。
二、代谢组学在系统生物学中的地位
20世纪末到本世纪初，大规模的基因组测序 工作产生了海量数据。但仅仅是依赖DNA序列我 们能够得到的信息还是有限的，科学家迫切希望 在整体水平上了解基因表达的特征和基因所编码 的产物的功能。因此， “功能基因组学 (functional genomics)”的研究逐渐兴起。它是 通过大规模地分析细胞内转录水平(转录组)和蛋 白质水平(蛋白质组)上的变化，进而推测基因功 能，这就开启了“功能基因组学”的研究。
然而，转录组和蛋白质组不一定能很好地预测基因的功能。 尽管转录组携带了细胞内蛋白质合成的密码子，但是mRNA水平 上的增加与蛋白质水平的增加并不一致，况且蛋白质合成后的 各种修饰往往带来活性的改变。考虑到这些因素，仅凭转录组 或者蛋白质组的改变不一定能够准确预测生化表型(代谢物)的 改变。 另外，在建立转录谱和蛋白谱的时候，要鉴定一种mRNA或 者蛋白质，现代的技术手段主要是通过序列相似性比对和与数 据库的匹配来确定的，这样的鉴定主要依赖于匹配度，因此不 是直接的。由于现有数据库信息的缺乏，转录组和蛋白质组也 就只能提供有限的信息。 代谢组可以在代谢物的基础上来区分表型；不论是可见的 还是不可见的表型，用代谢物来区分可能是更无偏见的，至少 是提供了代谢水平上的证据。而且，在那些由突变体或者转基 因造成的可以测量的表型变化的实例中，代谢组的方法可以被 用来阐明造成这种可见表型的生化原因或者结果。