《食品科学》：成都市农林科学院唐有万研究员等：紫色辣椒HN191与二荆条的比较代谢组分析

辣椒是茄科辣椒属的一年生或多年生草本植物，原产于中南美洲，大约在16世纪后期传到中国，是一种重要的蔬菜作物。辣椒果实具有丰富的颜色，并且颜色会在果实的不同发育阶段发生变化。自然界中大部分辣椒的未熟果均为绿色或浅绿色，少数辣椒材料的未熟果中有花青素积累，呈现紫色。HN191是本课题组选育的朝天椒材料，未熟果呈紫色、老熟果呈红色，于2020年通过四川省非主要农作物品种认定委员会认定。二荆条辣椒是四川著名地方品种，其未熟果为绿色，老熟果为红色。

成都市农林科学院的谭华强、唐有万 * 和芦山县农业农村局的铁曼曼等人 采用基于液相色谱-质谱（LC-MS）的非靶向代谢组学方法，研究HN191和二荆条在果实未熟期和老熟期代谢物种类和含量的变化，为优良辣椒品种的选育及开发利用提供参考。

1 QC分析

质量控制（QC）分析是评价基于质谱技术的代谢组学数据质量与可靠性的重要环节。本研究的QC样本由每个样品各取10μL混合组成，通过检测得到正、负离子模式下的质谱总离子流（TIC）重叠图（图1）。可见QC样本总离子流重叠性好，峰分离度高，表明仪器稳定性较好，得出的数据结果可靠。

2 PCA结果

紫色辣椒材料HN191花后30、60 d的果实（简称为HN30、HN60），以及二荆条花后30、60 d的果实（简称为EJT30、EJT60），共4 组样本，每组6 个果实（即6 个生物学重复），合计24 个果实样品。

对24 个样本进行代谢组定性和定量分析，在正、负离子模式下共检测到了20 733 个峰，其中注释到3 439 个代谢物。对EJT30、EJT60以及HN30、HN60四个分组共24个样品检测出的所有代谢物进行PCA，结果如图2所示。PC1的贡献率为36.97%，PC2的贡献率为14.71%，2种PC贡献率之和为51.68%，表明2个PC基本能够反映辣椒果实样品的主要特征信息。QC样本紧密聚集在中心位置，进一步表明检测仪器的稳定性较好，所获数据质量较高。4组辣椒果实样品被明显分为4个区域，没有重叠，表明2个品种未熟果和老熟果之间的代谢物差异显著。同时每组组内样品均聚集在95%置信区间内，表明组内样品的重复性较好。

3 OPLS-DA结果

HN30 vs EJT30、HN60 vs EJT60、HN60 vs HN30三个分组全部样品都位于置信区间内，并且两两之间区分明显，表明彼此之间具有显著差异（图3）。 参数R 2Y 和Q 2Y 都大于0.98，置换检验结果显示Q 2Y 拟合回归线斜率为正，且从左到右大部分红色Q 2Y 点均低于蓝色R 2Y 点，说明评估模型没有发生过拟合。以上结果表明OPLS-DA模型稳定可靠，可根据VIP值分析筛选差异代谢物。

4 差异代谢物鉴定

基于OPLS-DA模型，以VIP＞1、|FC|＞2以及P＜0.05为阈值筛选差异代谢物。结果在HN30 vs EJT30组（EJT30为对照）中鉴定出1065个差异代谢物，其中551个上调，514个下调。在HN60 vs EJT60组（EJT60为对照）鉴定出1010个差异代谢物，其中641个上调，369个下调。在HN60 vs HN30组（HN30为对照）鉴定出1487个差异代谢物，其中650个上调，837个下调。这些差异代谢物主要包括其他次级代谢物合成、氨基酸代谢、辅因子和维生素代谢、萜类和聚酮类化合物代谢、脂类代谢、碳水化合物代谢、核苷酸代谢七大类（图4A）。

5 差异代谢物聚类分析

为了更直观地展示代谢物在不同样品之间的变化情况，对HN30 vs EJT30、HN60 vs EJT60、HN60 vs HN30三个比对组的差异代谢物含量进行层次聚类分析（图5）。颜色表示含量，绿色表示含量下调，红色表示含量上调。横向是代谢物的聚类，聚类枝越短代表相似性越高，聚在一簇的代谢物具有相似功能或共同参与同一代谢途径。纵向是样品的聚类，每个品种在30 d或60 d大小的果实样品均聚为一类，且差异代谢物含量非常接近，表明组内样品重复性较好。而差异代谢物在3个比对组两两之间的含量差别较大，说明彼此之间存在较大差异。该结果与PCA结果（图2）基本一致。

6 差异代谢物富集分析

图6展示了3个比对组中P值最小的前20个富集通路。在HN30 vs EJT30组，KEGG数据库注释456个差异代谢物，包含差异代谢物最多的前5条KEGG通路分别是吲哚生物碱生物合成（ko00901）、ABC转运器（ko02010）、黄酮与黄酮醇生物合成（ko00944）、各种植物次生代谢产物的生物合成（ko00999）、苯丙烷生物合成（ko00940）。在HN60 vs EJT60组，KEGG数据库注释450个差异代谢物，包含差异代谢物最多的前5条KEGG通路分别是类黄酮生物合成（ko00941）、黄酮和黄酮醇生物合成（ko00944）、ABC转运器（ko02010）、异黄酮生物合成（ko00943）、氨基糖和核苷酸糖代谢（ko00520）。在HN60 vs HN30组，KEGG数据库注释630个差异代谢物，包含差异代谢物最多的前5条KEGG通路分别是异喹啉生物碱生物合成（ko00950）、卟啉代谢（ko00860）、各种植物次生代谢物的生物合成（ko00999）、黄酮和黄酮醇生物合成（ko00944）、花青素生物合成（ko00942）。

7 类黄酮相关差异代谢物

挑选出3个比对组类黄酮相关通路的差异代谢物绘制其含量热图（图7）。在类黄酮生物合成通路中，总共有28个差异代谢物，其中二氢杨梅素、绿原酸、根皮苷、芹菜酚、柚皮素等21种代谢物在HN191的30、60 d果实中的含量均高于二荆条。

在异黄酮生物合成通路中，总共有21个差异代谢物。与二荆条30 d果实相比，HN30中的5-羟基拟人参皂苷元、丙二酰染料木素、甘果素等16种代谢物含量明显较高，其余5种代谢物含量较低。与二荆条60 d果实相比，HN60中的大豆黄酮苷、芒柄花素苷、大豆黄素苷等16种代谢物含量明显较高，其余5种代谢物含量较低。

在花青素生物合成通路中，总共有25个差异代谢物。与二荆条30 d果实相比，HN30果实中的飞燕草素、矢车菊素3-O-β-D-桑布糖苷、天竺葵素3-葡萄糖苷5-咖啡酰葡萄糖苷等11种代谢物含量明显较高，其余14种代谢物含量较低。与二荆条60 d果实相比，HN60中的天竺葵素3-O-葡萄糖苷、矢车菊素3-O-芸香糖苷5-O-β-D-葡萄糖苷、飞燕草素5-O-β-D-葡萄糖苷3-O-β-D-桑布糖苷等13种代谢物含量明显较高，其余12种代谢物含量较低。

在黄酮与黄酮醇生物合成通路中，总共有35个差异代谢物。与二荆条30 d果实相比，HN30中的山柰酚-3-O-芸香糖苷、芹菜素7-O-β-D-葡萄糖苷、芸香苷等16种代谢物含量明显较高，其余19种代谢物含量较低。与二荆条60 d果实相比，HN60中的槲皮素3-O-葡萄糖苷、木犀草素7-O-葡糖苷酸、紫云英苷等19种代谢物含量明显较高，其余16种代谢物含量较低。

与HN30相比，在HN60中上述4个通路中分别有10、19、11个和9个代谢物含量出现上调，其余代谢物则出现下调。

1）2 个品种果实在不同发育期的差异

HN191和二荆条在果形、果色（主要是未熟果颜色）、单果质量等方面存在明显差异。HN191是朝天椒，单果质量约4 g。二荆条是线椒，单果质量约10 g。本研究分析HN191和二荆条在花后30、60 d果实的代谢组。PCA结果显示，2 个品种得到明显区分，没有重叠。差异代谢物含量的热图也显示2 个品种果实之间的代谢物含量差异明显。

在同一辣椒品种果实不同发育阶段，也存在较大的代谢组差异。辣椒果实在发育和成熟过程中会在颜色、香气、营养成分和软化方面发生重大变化。这些变化的发生是由于各种生化和生理过程的改变，包括基因表达、酶活性改变和代谢物合成。HN30和HN60的PCA结果显示，不同发育期的果实被明显区分。代谢物含量热图也显示HN30和HN60代谢物的含量差异明显。在一些报道中也得到相似的结果，表明辣椒果实在成熟过程中代谢物发生剧烈变化。

2）类黄酮差异代谢物

根据VIP＞1、|FC|＞2以及

P

辣椒果实具有丰富的颜色，颜色差异主要是由于类黄酮和类胡萝卜素的积累不同所致。在之前的研究中，已经报道了一些从辣椒果实中鉴定的黄酮类化合物。本研究在2 个辣椒品种中也鉴定出槲皮素、芹菜素、山柰酚、木犀草素、柚皮素及其衍生物等黄酮类物质。

本研究结果表示，在类黄酮生物合成和异黄酮生物合成通路中，2 个品种之间的多数差异类黄酮代谢物也在紫色辣椒HN191中的含量更高，这些结果表明紫色辣椒类黄酮物质含量更加丰富。

3）花青素差异代谢物

花青素作为一种重要的色素，在未成熟辣椒果实颜色形成中起着至关重要的作用。花青素的积累导致未成熟辣椒果实呈现紫黑色。在紫色辣椒果实中被鉴定出的花青素主要是飞燕草素及其衍生物。在本研究中，从HN30 vs EJT30、HN60 vs EJT60、HN60 vs HN30三个比对组中总共鉴定出花青素合成通路的25 个差异代谢物，包括6 种飞燕草素衍生物、6 种矢车菊素衍生物、8 种天竺葵素衍生物。与二荆条30 d果实相比，3 种飞燕草素衍生物，飞燕草素、飞燕草素-3-(

P

O

O

D

O

D

O

D

结论

本研究使用基于LC-MS的非靶向代谢组学分析方法，研究紫色辣椒材料HN191和二荆条在未熟期和成熟期果实中的差异代谢物，并对差异代谢物进行代谢通路富集分析，发现在类黄酮生物合成和异黄酮生物合成通路中的多数差异类黄酮代谢物在紫色辣椒HN191中的含量更高。另外在花青素生物合成通路中发现的7 种飞燕草素、矢车菊素、天竺葵素衍生物在HN191未熟果中大量积累，可能是紫色辣椒HN191花青素合成的关键代谢物。这些结果表明，紫色辣椒除了花青素含量高以外，黄酮类物质含量也更加丰富，适合进一步的开发和利用。在后期研究中，还需要在非靶向代谢组学的基础上，利用靶向代谢组学对紫色辣椒中的类黄酮代谢物作进一步的定性和定量研究。

本文《紫色辣椒HN191与二荆条的比较代谢组分析 》来源于《食品科学》2023年44卷第22期304-312页，作者：谭华强, 铁曼曼, 李丽平, 鲁荣海, 潘绍坤, 唐有万。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230320-194。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑；宁波大学食品科学与工程学院 俞逸岚；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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