扇贝核磁共振波谱指纹图谱技术建立及图谱功能解析OA
An optimized NMR-Based Metabolic Fingerprinting and Annotation Method for Scallop
为建立高效的扇贝核磁共振波谱(Nuclear magnetic resonance,NMR)指纹图谱采集与功能注释方法,本研究通过正交设计优化了扇贝NMR图谱采集的代谢物提取方法,同时,针对NMR图谱代谢物注释率低的问题,创新性地提出了一种基于转录组数据联合构建加权基因共表达(Weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)关联网络的图谱注释方法.结果显示,NMR代谢物最佳提取方法如下:甲醇与水按1∶1配比,匀浆90 s、重水pH值调至7.4.该方法能够获得最丰富的NMR信号峰,其定性与定量分析结果的重复率大于90%.通过采用该优化策略解析虾夷扇贝各组织的NMR图谱可发现,各组织均具有独特的代谢特征,其中肝胰腺和横纹肌中的高丰度代谢物均显著高于其他组织.肝胰腺中的高丰度代谢物均主要为果糖、岩藻糖、葡萄糖等糖类物质;横纹肌中的高丰度代谢物则包括糖原、ATP、乙酰乙酸、肉碱等与能量代谢有关的物质.此外,本研究利用转录组和NMR代谢指纹构建基因代谢物关联网络,并鉴定出与组织密切相关的代谢指纹-基因关联模块,结果显示,基于模块内基因的GO注释富集的代谢途径与各组织的生理功能高度一致,这表明该策略能够为NMR图谱的功能注释提供有效方法,同时也能够为NMR技术在贝类育种研究中的应用提供重要参考.
This study presents an optimized protocol for acquiring and functionally annotating nuclear magnetic resonance(NMR)metabolic fingerprints of Mizuhopecten yessoensis.To overcome the chal-lenge of low metabolite annotation rates in NMR-based metabolomics,we developed an integrated anno-tation approach combining NMR and transcriptomic data using Weighted gene co-expression network a-nalysis(WGCNA).Through an orthogonal experimental design,we determined the optimal metabolite extraction parameters to be 1∶1 methanol/water,90 s homogenization,D2O at pH 7.4,yielding the highest number of detectable NMR signal peaks with over 90%reproducibility in both qualitative and quantitative analyses.Application of this protocol to various tissues of M.yessoensis revealed distinct metabolic profiles for each tissue.Notably,the hepatopancreas and striated muscle showed particularly higher levels of metabolism,such as fructose,fucose,and glucose,as well as energy metabolism-relat-ed substances like glycogen,ATP,acetoacetate,and carnitine.By constructing gene-metabolite co-oc-currence network using transcriptomic and NMR fingerprint data,we identified metabolite-gene mod-ules that were closely associated with specific tissues.The gene ontology(GO)annotations of genes within these modules were highly consistent with the physiological functions of corresponding tissues.This study provided a robust analytical framework for the functional annotation of NMR spectral and laid a foundation for applying NMR metabolomics in molluscan breeding programs.
孙晓璐;吕珍立;黄晓文;段续圆;马帅康;耿玘琳;王师;吕佳
中国海洋大学海洋生物遗传与育种教育部重点实验室,山东 青岛 266003中国海洋大学海洋生物遗传与育种教育部重点实验室,山东 青岛 266003中国海洋大学海洋生物遗传与育种教育部重点实验室,山东 青岛 266003中国海洋大学海洋生物遗传与育种教育部重点实验室,山东 青岛 266003中国海洋大学海洋生物遗传与育种教育部重点实验室,山东 青岛 266003中国海洋大学海洋生物遗传与育种教育部重点实验室,山东 青岛 266003中国海洋大学海洋生物遗传与育种教育部重点实验室,山东 青岛 266003||青岛海洋科技中心,海洋生物学与生物技术功能实验室,山东 青岛 266237||中国海洋大学热带海洋生物种质资源开发与种业工程中心,海南 三亚 572024中国海洋大学海洋生物遗传与育种教育部重点实验室,山东 青岛 266003||青岛海洋科技中心,海洋生物学与生物技术功能实验室,山东 青岛 266237
农业科技
虾夷扇贝代谢组学NMR代谢指纹正交实验加权基因共表达网络分析
Mizuhopecten yessoensismetabolomicsNMR metabolic fingerprintingorthogonal ex-perimentweighted gene co-expression network analysis
《中国海洋大学学报(自然科学版)》 2026 (7)
80-91,12
国家自然科学基金项目(32130107,32102778)山东省重点研究发展计划项目(2021ZLGX03)资助 Supported by the National Natural Science Foundation of China(32130107,32102778)the Key Research and Development Project of Shandong Province(2021ZLGX03)
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