1、植物代謝物種類(lèi)繁多，目前已知就達(dá)到20-100萬(wàn)種。代謝物在植物自身生長(zhǎng)發(fā)育資源分配以及各種生物非生物脅迫起著重要功能。O-酰基化和N-?；謩e產(chǎn)生酯類(lèi)和酰胺，是最主要的次生代謝物的修飾之一。BAHD酰基轉(zhuǎn)移酶是植物中所特有的，參與多種植物次生代謝物的合成和修飾，如類(lèi)黃酮、生物堿、萜類(lèi)、多胺、花青素和揮發(fā)性酯類(lèi)的?；揎椀取?br>　　LC-MS（液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用）是一種高效的檢測(cè)植物次生代謝物方法。本實(shí)驗(yàn)室基于MIM-EPI（多

2、離子監(jiān)測(cè)模式-增強(qiáng)子離子掃描）和MRM（多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式）建立了LC-MS代謝組學(xué)平臺(tái)，構(gòu)建了水稻不同組織MS2T（二級(jí)質(zhì)譜標(biāo)簽）數(shù)據(jù)庫(kù)，利用標(biāo)準(zhǔn)品鑒定了近200種代謝物，發(fā)展了一種廣譜定向的代謝組學(xué)研究方法。該方法可以在較短的時(shí)間內(nèi)(30min)檢測(cè)800多種代謝物，同時(shí)實(shí)現(xiàn)定性與定量。
　　基于此LC-MS平臺(tái)，我們利用MH63和ZS97為親本的210個(gè)RILs（重組自交系）群體來(lái)研究水稻代謝組的遺傳調(diào)控。在抽穗期劍葉和發(fā)芽72

3、h的種子中共檢測(cè)了900多種代謝物，劍葉中定位了1884個(gè)mQTL（代謝數(shù)量性狀座位）位點(diǎn)，種子中定位了937個(gè)mQTL位點(diǎn)。通過(guò)分析代謝譜及mQTL的定位結(jié)果，揭示了兩個(gè)組織中代謝物不同的積累模式和遺傳調(diào)控模式，并利用MH63導(dǎo)入ZS97的大片段導(dǎo)入系(IL)群體在劍葉中初步驗(yàn)證了mQTL的結(jié)果。在所選定的64個(gè)代謝物中，有50個(gè)mQTL的結(jié)果至少在兩個(gè)家系中得到了驗(yàn)證。根據(jù)mQTL定位的結(jié)果，通過(guò)代謝物結(jié)構(gòu)并結(jié)合生物信息學(xué)分析篩選到

4、了24個(gè)候選基因。對(duì)于其中一個(gè)控制黃酮?；腝TL位點(diǎn)，我們選取了2個(gè)BAHD?；D(zhuǎn)移酶作為候選基因，最終通過(guò)體內(nèi)轉(zhuǎn)基因的方法驗(yàn)證了這個(gè)QTL位點(diǎn)，初步研究了Os02g28170（OsMaT2）和Os02g28340（OsMaT3）的功能。mQTL的研究為水稻代謝組學(xué)提供了大量高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和結(jié)果，深化了人們對(duì)水稻代謝組的遺傳基礎(chǔ)的理解，有助于搭建基因組和表型組之間的橋梁。
　　為了進(jìn)一步解析水稻代謝組自然變異的遺傳和生化基礎(chǔ)，我

5、們利用529個(gè)水稻自然品種來(lái)研究水稻代謝組自然變異的遺傳和生化基礎(chǔ)。在五葉期葉片中共檢測(cè)了840種代謝物并進(jìn)行了mGWAS（代謝全基因組關(guān)聯(lián)分析）。通過(guò)自然品種代謝譜的分析，發(fā)現(xiàn)水稻代謝物在不同品種間及秈稻粳稻兩個(gè)亞種間存在巨大差異。通過(guò)物質(zhì)解析，結(jié)合芯片數(shù)據(jù)、表達(dá)譜、基因共表達(dá)，誘導(dǎo)表達(dá)譜信息以及物質(zhì)共積累網(wǎng)絡(luò)綜合分析我們篩選了36個(gè)候選基因。通過(guò)體內(nèi)轉(zhuǎn)基因和體外酶活的實(shí)驗(yàn)共鑒定5個(gè)基因的功能，其中3個(gè)為BHD?；D(zhuǎn)移酶基因。

6、　　阿魏酰胍丁胺(N-feruloyl agmatine，F(xiàn)er-Agm)是通過(guò)胍丁胺(agmatine)阿魏酰?；纬傻囊环N酚胺，在mGWAS定位結(jié)果中，阿魏酰胍丁胺的含量和4號(hào)染色體上的SNP sf0433733272顯著相關(guān)聯(lián)(P=4.1×10-15)，在這個(gè)SNP下游10kb，有一個(gè)BAHD?；D(zhuǎn)移酶基因Os04g46910，提示這個(gè)基因可能參與阿魏酰胍丁胺的合成，通過(guò)體內(nèi)超表達(dá)基因轉(zhuǎn)化的方法和體外酶活實(shí)驗(yàn)證明了Os04g46

7、910催化胍丁胺進(jìn)行阿魏酰?；墓δ?。
　　阿魏酰腐胺(N-feruloyl putrescine，F(xiàn)er-Put)是通過(guò)腐胺（putrescine）阿魏酰?；纬傻囊环N酚胺，阿魏酰胍丁胺的含量和9號(hào)染色體上的SNP sf0921455575顯著相關(guān)聯(lián)(P=6.3×10-22)，Os09g37200在這個(gè)SNP上游8kb，提示這個(gè)基因可能參與阿魏酰腐胺的合成。通過(guò)基因超表達(dá)轉(zhuǎn)化的方法和體外酶活實(shí)驗(yàn)證明了Os09g37200具有

8、催化腐胺進(jìn)行阿魏酰?；墓δ?。
　　此外，我們還驗(yàn)證了一類(lèi)未知代謝物mr1133定位的GWAS位點(diǎn)，通過(guò)轉(zhuǎn)基因的方法證明了Os11g42370參與mr1133的合成過(guò)程，認(rèn)為mr1133是一類(lèi)通過(guò)酰基化反應(yīng)合成的物質(zhì)酯類(lèi)或者酰胺，因此，基因的功能對(duì)于鑒定未知物質(zhì)有一定的幫助作用。我們還利用不同的自然群體對(duì)亞精胺類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行GWAS，香豆酰亞精胺(coumaroylspermidine，Cou-Spd)的含量與12號(hào)染色體SNPsf

9、1215974303顯著相關(guān)聯(lián)(P=6.9×10-98)，在上游4kb和下游21 kb分別找到2個(gè)BAHD酰基轉(zhuǎn)移酶基因Os12g27220和Os12g27254，進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)基因參與亞精胺二芥子酰?；腁tSDT進(jìn)化距離較近，并且通過(guò)轉(zhuǎn)基因的方法證明了Os12g27220和Os12g27254的功能。
　　mGWAS的研究成功表明水稻代謝組的遺傳和生化基礎(chǔ)研究，可以作為遺傳改良的有力的工具，從而實(shí)現(xiàn)作物品質(zhì)的改良。