不同采样区Bistorta vivipara根系差异代谢物的鉴定
该研究采用LC-MS/MS技术分析不同采样区珠芽蓼根部代谢物的多样性。在所有收集的根样品中共检测到1290种代谢物，从中筛选出437种差异代谢物，包括脂肪酰基、戊醇脂类、羧酸及其衍生物、有机氧化合物、黄酮类化合物和其他代谢物。通过对前50种的差异代谢物进行丰度热图分析（图1），结果表明：GD和GQ组样品中有机氧化合物含量较高，ZD组样品的脂肪酰基含量较高，HL组和XH组野鸢尾黄素、α-羧基-δ-壬内酯等代谢物含量显著高于GD组和GQ组，但显著低于ZD组。各样品组间代谢物差距显著，说明不同地区生长的Bistorta vivipara次生代谢物的合成模式可能不同。
图1|差异代谢物分层聚类的复杂热图
(图源：He H., et al., Molecules., 2024)
注：GD、GQ、ZD、HL、XH分别为中国青海省不同采样区域缩写
该研究分析了KEGG前15条显著富集的通路（图2）。结果显示共有43种差异代谢物被显著富集，且呈上升趋势。其中，ABC转运蛋白、氨基酸生物合成和癌症中心碳代谢在三个KEGG通路中富集的差异代谢物数量最多。此外，氧戊二酸、L-谷氨酰胺和苯丙氨酸被注释的途径最多，分别参与了8条、9条和9条代谢途径。氧戊二酸是区分肝癌和肝硬化的标志物代谢物之一，L-谷氨酰胺可以降低血管闭塞危象（VOC）的发生率，苯丙氨酸是苯丙酮尿症患者不可缺少的物质。
图2|前15条途径与差异代谢物之间的关系
(图源：He H., et al., Molecules., 2024)
Bistorta vivipara根部内生细菌群落组成分析
通过16S rDNA测序，在不同采样区域的所有样品中共鉴定出细菌OTUs的38个门和827属。不同采样区内生细菌群落的相对丰度存在一定差异，但组成相似（图3A-B）。门水平丰度最高的是蓝藻门、变形菌门和放线菌门，约占所有样品中内生细菌群落总丰度的86%。其中XH、GD和GQ中蓝藻的相对丰度显著高于HL和ZD（图3A）。蓝藻的主要作用是生物固氮，在XH、GD和GQ采样区，根内富集可能更有利于Bistorta vivipara的生长。属水平的优势属是假单胞菌属、鞘氨醇单胞菌、A4b属、游动放线菌和假诺卡氏菌属。HL和XH中假单胞菌和游动放线菌的丰富度显著高于其他采样区，而不同采样区的假诺卡氏菌之间差异不显著（图3B）。认为不同地区生长的植物内生细菌群落的重建可能是一种普遍现象。
图3|前15条途径与差异代谢物之间的关系
(图源：He H., et al., Molecules., 2024)
基于KEGG数据库，预测了Bistorta vivipara根部内生细菌的功能(图4)。结果表明：Bistorta vivipara根系内生细菌的主要功能包括细胞过程、环境信息处理、遗传信息处理、人类疾病、代谢和生物系统六大类。其中，代谢途径所占比例最大。此外，在所有Bistorta vivipara根样品中，鉴定出了33条代谢途径。前10位分别是：外源生物降解与代谢、萜类和多酮类代谢、碳水化合物代谢、脂质代谢、氨基酸代谢、辅因子和维生素代谢、其他氨基酸代谢、传染病、其他次生代谢物的生物合成和能量代谢等，其中九个属于新陈代谢途径，一个属于人类疾病途径。
图4|预测的 KEGG 二级功能通路丰度图前15条途径与差异代谢物之间的关系
(图源：He H., et al., Molecules., 2024)
Bistorta vivipara根系代谢组学和微生物组学的相关性分析
为了探究Bistorta vivipara根系内生细菌群落与差异代谢物的复杂关系，对前30个内生细菌属与差异代谢物进行了相关性分析。分层聚类热图（图5）显示内生细菌和差异代谢物分为两类，其中有665个显著相关。结果表明，不同采样区域的内生细菌群落呈现出不同的聚集模式，结合分层聚类热图（图5），在所有与内生细菌群落呈正相关的差异代谢物中，脂肪酰基占比最大，第二组包括戊醇脂类，与内生细菌群落负相关的差异代谢产物主要是苯和取代衍生物。由此可见，内生细菌群落可以调节次生代谢物的积累，次生代谢物的分泌和合成也可以影响内生细菌群落的组成。
图5|分层聚类热图分析
(图源：He H., et al., Molecules., 2024)