Анализ различий в летучих метаболитах в разных частях пальмы на основе обширной направленной метаболомики
Ormosia henryi - вечнозеленое дерево семейства бобовых, распространенное в основном в субтропических регионах Китая, главным образом в таких провинциях, как Цзянси, Чжэцзян, Аньхой, Хубэй, Хунань, Гуандун, Сычуань, Гуйчжоу и Юньнань. Из-за низкой скорости завязывания семян, слабой способности к естественной регенерации и разрушения человеком этот вид истощил свои дикие ресурсы и находится под угрозой исчезновения. Она была внесена в список национальных ключевых охраняемых растений второго класса. Пальма имеет форму высокого дерева, красивую текстуру древесины, а красные семена могут использоваться в качестве поделок; вся пальма может использоваться в качестве лекарства, способствующего циркуляции крови, устраняющего застой крови, рассеивающего ветер и уменьшающего отеки. В "Национальном сборнике китайских травяных лекарств" указано, что пальма используется для наружного лечения переломов на коре корня и ожогов на листьях. В народной культуре древесина пальмы часто используется для изготовления постельных досок, которые обладают успокаивающим эффектом. Таким образом, пальма - уникальный и ценный вид дерева, сочетающий в себе древесину, ландшафт и лекарственное использование.
Летучие вещества растений способны воздействовать на организм человека через кожу и дыхательную систему, стабилизируя работу центральной нервной системы, регулируя эмоции, повышая иммунитет и эффективно снижая вред микроорганизмов и вирусов для человеческого организма. Современные исследования показали, что пальма в основном содержит 89 летучих компонентов, таких как альдегиды, кетоны, спирты, эфиры, олефины, амины, циклические углеводороды, карбоновые кислоты и амиды. Среди них полезные компоненты - β - кариофиллен, лимонен, β - ионон и т.д., которые имеют высокую потребительскую ценность в лесной медицине, фармацевтике, повседневной химии и других областях. Кроме того, исследования показали, что экстракт пальмы может действовать на центральную нервную систему, и Лу и др. впервые предложили, что экстракт листьев пальмы имеет предварительный антидепрессивный эффект; Чжу изучил антидепрессивный эффект экстракта листьев пальмы с использованием хронического непредсказуемого мягкого стресса мышиной модели и обнаружил, что он обладает значительным антидепрессивным эффектом.
Состав летучих компонентов в растениях тесно связан с частями тканей. Тао и др. проанализировали летучие компоненты в различных частях древесной бабочки и обнаружили, что все они содержат большое количество спиртовых веществ, и в каждой части характерных веществ больше, чем в других; Го и др. обнаружили, что летучие компоненты в золотистой части цветка жимолости разнообразны, а уксусная кислота, 2-метилбутаналь или 3-метилбутаналь являются общими обильными компонентами в каждой части. В настоящее время нет данных о комплексном анализе компонентов метаболитов в корнях, ветвях и листьях пальмы, а также о различиях в составе этих трех частей. Многочисленные исследования показали, что полезные свойства летучих веществ растений тесно связаны с концентрацией выделяемых терпенов, которые также являются основными компонентами летучих соединений в пальмах. Таким образом, раскопки высокообогащенных летучих компонентов в пальмах и выявление мест концентрации активных компонентов (в основном терпеноидов) имеют большое значение для развития и использования ресурсов пальм.
Технология метаболомики с широкой направленностью позволяет обнаруживать метаболиты и их содержание в биологических образцах с высокой точностью, высокой пропускной способностью и широким охватом. Благодаря высокопроизводительному обнаружению и обработке данных, она позволяет выявить изменения метаболитов в биологических образцах и их реакцию на различные условия, периоды и внешние раздражители. Он широко применяется для изучения абиотического стресса, устойчивости к болезням, переработки и других аспектов. Целью данного исследования является использование обширных методов направленной метаболомики для идентификации и анализа летучих компонентов в корнях, ветвях и листьях пальмы, изучение их разнообразия и характеристик обогащения, а также анализ значительных различий в метаболитах между тремя частями. Это заложит основу для углубленного анализа метаболических путей и генных уровней в будущем, а также обеспечит поддержку данных для выбора частей пальмы для использования ресурсов, а также для разработки и использования недревесных ресурсов.

В процессе роста растения выделяют летучие соединения, которые могут очищать атмосферу, снижать содержание бактерий в воздухе, эффективно выводить вредные вещества из легких после попадания в организм человека, снимать усталость, улучшать сон, повышать иммунитет человека, а также помогать в лечении хронических заболеваний, таких как рак и гипертония. Различные части растений могут выделять летучие компоненты, и изучение летучих метаболитов в различных частях растений полезно для развития и использования различных частей растений.

В данном исследовании был проведен метаболомический анализ летучих метаболитов в корнях, ветвях и листьях пальм, в результате которого было выявлено 589 летучих метаболитов, разделенных на 16 категорий, включая терпены, эфиры, гетероциклические соединения и углеводороды. Из результатов PCA видно, что существуют различия между разными частями; результаты кластеризации показывают, что большинство метаболитов имеют относительно высокие уровни в ветвях и листьях.

Дифференциальные метаболиты между корнями и ветвями, корнями и листьями представлены терпенами, эфирами, гетероциклическими соединениями, углеводородами и спиртами, среди которых основными являются терпены, эфиры, гетероциклические соединения и downregulated modes, с существенно сниженной численностью в корнях; доминирует upregulation дифференциальных метаболитов между углеводородами и спиртами, и эти два типа веществ накапливаются в корнях в значительно большей степени. В дифференциальных метаболитах между ветвями и листьями преобладают апрегуляционные режимы, а основными апрегуляционными компонентами являются терпены.

Терпеноиды широко распространены в природе и являются важными летучими соединениями растений. Они обладают противоопухолевым, антибактериальным, противовоспалительным, седативным и транквилизирующим действием и широко используются во многих областях, таких как эссенция, специи, повседневные химические продукты и т.д. В данном исследовании было обнаружено 162 терпеноидных метаболита в пальмовых деревьях. Накопление большинства терпеноидов уменьшается в корнях и накапливается в ветвях и листьях, причем в листьях оно выше. Однако накопление таких терпеноидов, как лимонен, β - ионон, α - пинен, α - терпинеол, магнолол и кедрол, увеличивается. Было доказано, что многие из этих соединений обладают важной фармакологической активностью и функциональными эффектами, например, лимонен, который является одним из важных репрезентативных компонентов монотерпеноидов и широко распространен в таких растениях, как лимоны, апельсины и мандариновая кожура. Он обладает сильным антибактериальным действием широкого спектра и оказывает хорошее ингибирующее действие на пищевые патогены, патогенные грибы растений и т.д.; β - ионон - важная пряность и соединение-предшественник для синтеза ретиноевой кислоты, ретинола, β - каротина и витамина А. Он оказывает сильное ингибирующее действие на клетки рака молочной железы, рака желудка, печени, простаты и т.д.; α - пинен и α - терпинеол - основные компоненты скипидара и промежуточные продукты для синтеза различных важных органических соединений. Они обладают различными видами активности, такими как антибактериальная, противовоспалительная и противораковая.

Согласно анализу метаболических путей дифференциальных метаболитов, дифференциальные метаболиты значительно обогащены в путях биосинтеза сесквитерпенов и тритерпенов. Девять дифференциальных метаболитов, включая транс - β - фарнезен, α - фарнезен, β - селен и β - мирра, вовлечены в этот синтетический путь. Пути биосинтеза сесквитерпенов и тритерпенов являются одними из важных путей синтеза терпеноидов. Различия в содержании терпеноидов в разных частях тесно связаны с регуляцией генов, связанных с терпеноидами, и катализом соответствующих ферментов. Необходимы дальнейшие углубленные исследования соответствующих регуляторных генов.

Подводя итог, можно сказать, что ветви и листья Anthurium palmatum богаты летучими метаболитами, а также терпеноидами, обладающими многими важными свойствами. Ветки и листья являются важными частями для развития и использования Anthurium palmatum. На основе летучих метаболитов из них можно получить ряд недревесных продуктов, таких как душистый порошок, ладан, эфирное масло и т.д. Кроме того, в области лесного здравоохранения пальма может быть посажена как вид дерева для укрепления здоровья. Она может сыграть свою роль в оздоровлении летучими метаболитами лесных купален, троп здоровья, мест отдыха на свежем воздухе и других сред.