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1、植物学报ChineseBulletinofBotany2010,45(2):249–257,www.chinbullbotany.comdoi:10.3969/j.issn.1674-3466.2010.02.015·专题论坛·脂质组学研究方法及其应用*王涛,梅旭荣,钟秀丽,李玉中中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,农业部旱作节水农业重点开放实验室,北京100081摘要脂质不仅是生物膜的骨架成分和能量贮存物质,越来越多的证据表明,脂质也参与细胞的许多重要功能。脂质组学是代谢组学的一个重要分支,主要研究生物体内所有的脂质分子的特性以及它们在蛋白质表达和基因调控过程中的作用。脂质组学是
2、依赖技术驱动的科学。近年来,随着人们对脂质研究的重视,脂质组学研究方法和策略有了突破性进展,在动物上开发出的脂质组学分析方法已经扩展应用到植物上。该文重点介绍脂质组学的研究方法及其应用,以期推动脂质组学,特别是植物脂质组学的进一步发展。关键词色谱,脂质组学,质谱,代谢组学,软电离王涛,梅旭荣,钟秀丽,李玉中(2010).脂质组学研究方法及其应用.植物学报45,249–257.脂质是一类难溶于水而易溶于非极性溶剂的生病等(Watson,2006)。在植物中,已经发现脂质参与物有机分子。细胞中脂质分子大体可以分为3大类:光合作用、气孔运动、信号转导、细胞分泌、小泡运非极性脂质(包括胆固醇、胆
3、固醇酯和甘油三酯)、极输和细胞骨架重组等过程(Wang,2004;Wangetal.,性脂质(包括磷脂类、鞘脂类和糖脂类)以及脂质代谢2006)。植物的一些生长发育过程也需要脂质参与,物(指脂质合成或水解过程中产生的物质,它们中许如种子萌发、器官分化、叶片衰老和授粉等(Wanget多是具有生理活性的第二信使物质)。脂质是生物膜al.,2006)。而且,膜脂分子种组成在激素水平变化、的骨架成分,参与生物膜构建的脂质主要有磷脂、糖发育变化以及环境胁迫和病虫害侵袭等内、外源刺激脂和胆固醇。磷脂是第一大类脂质,包括甘油磷脂和鞘下会发生改变(Wang,2004;WeltiandWang,磷脂。糖脂
4、也分为甘油糖脂、鞘糖脂以及由类固醇衍生2004)。但是人们对脂质的作用机制还知之甚少。这的糖脂。每一种脂质又会因结构上脂酰基链上的碳原子些结果的相继发现,使得有关膜脂组成、脂质代谢和数或不饱和键数不同,而分为多个脂质分子种。脂代谢酶的研究引起了科学家们的兴趣并得到越来植物生物膜中含有动物生物膜中一般不含有的甘油越多的关注。糖脂,如单半乳糖甘油二酯(monogalactosyldiglyc-由于脂质的复杂性和检测程序的繁冗,对生物体eride,MGDG)、双半乳糖甘油二酯(digalactosyl细胞内脂质进行系统的分析成为一个技术挑战。由于diglyceride,DGDG)和硫代异鼠李糖
5、甘油二酯检测技术的限制,脂质分析多限于对单一种类或是对(sulphoquinovosyldiylyceride,SQDG)等,而且植物几种或整个脂类总量的分析,而无法对各类脂质及其中磷脂酰甘油(phosphatidylglycerol,PG)的含量也更分子种进行系统分析(Houetal.,2008)。随着基因组为丰富。另外,细胞膜脂质分子种组成也因细胞类型、学、转录组学和蛋白质组学的快速发展以及功能基因细胞器甚至膜微域不同而有差异(Devaiah,2006)。组学研究的需要,对生物体或细胞内所有代谢产物进越来越多的证据表明,脂质除了作为细胞膜的骨行定性和定量分析的代谢组学应运而生,并得到
6、快速架物质和能量贮存形式外,还参与细胞的许多重要功发展。脂质是一类难溶于水的特殊代谢产物,近年来能。在医学方面,已证明人类许多重大疾病都与脂质有关脂质的研究备受关注,以对生物体内所有脂质进代谢紊乱有关,如阿兹海默症、糖尿病以及一些传染行系统分析为目标的脂质组学作为一个重要分支,从——————————————————收稿日期:2009-07-22;接受日期:2009-12-28基金项目:国家自然科学基金(No.30670174)和“十一五”国家科技支撑计划(No.2006BAD04B06)*通讯作者。E-mail:zhongxl@ieda.org.cn250植物学报45(2)2010代谢组
7、学中独立出来。Han和Gross(2003)首次提出MALDITOF-MS)法和核磁共振(nuclearmagneticre-脂质组学(lipidomics)的概念。一般认为,脂质组学是sonance,NMR)法等。其中,NMR法的灵敏度较低,研究生物体内所有脂质分子的特性,以及它们在蛋白仅限于对胆固醇(cholesterol)和磷脂酰胆碱(phosp-质表达和基因调控过程中的作用的学科(Lagardeethatidylcholin
