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植物廣泛靶向代謝組

廣泛靶向代謝組(Widely Targeted Metabolome):第二代或者新一代靶向代謝組(Next Generation Metabolome)技術,廣泛靶向代謝組檢測技術是一種整合了非靶向和靶向檢測技術優點的新型代謝組檢測技術,具有高通量、高靈敏、廣覆蓋、相對定量檢測代謝物的技術優勢,可以同時準確定性、定量檢測近千種(500-1000種)初生和次生代謝物,為解析代謝通路和生物學機理研究提供了重要基礎。
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  1.產品簡介

  廣泛靶向代謝組(Widely Targeted Metabolome):第二代或者新一代靶向代謝組(Next Generation Metabolome)技術,廣泛靶向代謝組檢測技術是一種整合了非靶向和靶向檢測技術優點的新型代謝組檢測技術,具有高通量、高靈敏、廣覆蓋、相對定量檢測代謝物的技術優勢,可以同時準確定性、定量檢測近千種(500-1000種)初生和次生代謝物,為解析代謝通路和生物學機理研究提供了重要基礎。

 

  表1植物廣靶數據庫部分展示

物質類別

數目

代表性物質

黃酮類

1000+

槲皮素、木犀草素、芹菜素、查耳酮、異甘草素、紫杉葉素、橙皮素、甘草素、黃芩素、高車前素、兒茶素、鷹嘴豆素等;

酚酸類

450+

異綠原酸,香豆酸,阿魏酸,丹酚酸,丁香素,高香草酸,芥子酸,迷迭香酸,紅景天苷,鼠尾草酸等;

生物堿

800+

石斛堿、咖啡堿、麻黃堿、石蒜堿、苦參堿、茵芋堿、莨菪堿、檳榔堿、木蘭花堿、甜菜堿、茶堿、葫蘆巴堿等;

萜類

400+

葫蘆素、柴胡皂苷、酸棗仁皂苷、人參皂苷、三七皂苷、異黃芪皂苷、黃芪皂苷、積雪草苷、大豆皂苷等;

醌類

160+

蘆薈大黃素、紫草素、大黃素、橙黃決明素、鈍葉素等;

甾體

200+

β-谷甾醇、牛膝甾酮、豆甾醇、知母皂苷、黃夾苷B、薯蕷皂苷等;

鞣質

140+

麻黃雙酮 、棕兒茶素、肉桂單寧、肉桂鞣質等;

維生素類

60+

泛酸、葉酸、4-吡哆酸、D-生物素、磷酸吡哆醛、吡哆素等;

有機酸類

200+

紫草酸、延胡索酸、甲基蘋果酸、反式烏頭酸、酒石酸、莽草酸、2–呋喃甲酸、磷酸烯醇丙酮酸、蘋果酸等;

氨基酸類

230+

纈氨酸、谷胱甘肽還原型、谷胱甘肽氧化型、苯丙氨酸、谷氨酸、蘇氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、L-苯丙氨酸、脯氨酸、瓜氨酸等;

核苷酸類

150+

二甲基鳥苷、2'-脫氧鳥苷、5-甲基胞嘧啶、腺嘌呤、腺苷、胞苷、胞嘧啶、鳥嘌呤、2-脫氧腺苷、假尿苷等;

糖及醇類

90+

D-山梨糖醇、木糖醇、肌醇、D-甘露醇、阿拉伯糖醇、1,10-癸二醇、蔗果四糖、乳糖、麥芽四糖、果糖、蔗糖、葡萄糖等;

脂質

270+

溶血磷脂酰乙醇胺、α-亞麻酸、亞油酸、花生四烯酸、肉豆蔻酸、棕櫚油酸、月桂酸、單酰甘油酯等;

木脂素

180+

辛夷脂素、五味子酯甲、五味子酚、松脂素葡萄糖苷等;

香豆素

180+

香豆素、香豆雌酚、羌活醇、花椒毒素、東莨菪苷等;

其它

500+

諾米林、女貞苷、高麗槐素、2-苯并唑啉酮、1-甲基組胺等。

共計

5000+

 

 

  應用方向:

  ◆ 植物生長發育研究

  ◆ 植物逆境生物學研究

  ◆ 農作物農藝性狀研究

  ◆ 藥用植物活性成分鑒定

  ◆ 蔬果花卉營養色澤代謝研究

 

  2.技術路線

 

 

 

  技術特點:

 

技術

廣泛靶向代謝組

非靶向代謝組

靶向代謝組

通量

靈敏度

較低

定性

較差

定量

較差

簡易性

較復雜

簡單

簡單

數據庫

自建數據庫

公用數據庫

 

  技術優勢:

  ◆ 物質多、種類全:自主構建邁維代謝物數據庫(MWDB),包括5000多種物質,涵蓋16大類以上代謝物

  ◆ 定性準確:自主研發二級譜匹配方法,項目樣本物質二級譜與公司數據庫二級譜逐一智能匹配

  ◆ 定量準確:利用三重四級桿MRM模式,定量黃金標準,準確檢測物質相對含量

 

  3.樣品要求

  1.取樣建議

  a. 葉片、莖、花等組織,取下后立即放入液氮中速凍2min以上,然后轉移到-80℃保存,避免反復凍融。較大葉片需要用剪刀快速剪碎。

  b. 地下組織(根、塊莖等),將分離出的樣本快速用滅菌水清洗,吸水紙吸走多余的水分后,立即放入液氮中速凍2min以上,然后轉移到-80℃保存。塊根等組織,需要切成 1-2cm 大小塊狀。

  c. 果肉、果皮組織,如果野外現場不具備分離條件,需盡快(30min內)轉移至室內,低溫條件下將分離果皮或果肉切成 1-2cm 塊狀,立即放入液氮中速凍2min以上,然后轉移到-80℃保存。

  d. 細胞樣本,取樣后離心去除培養基,立即放入液氮中速凍2min以上,轉移到-80℃保存。

  2.混合取樣

  取樣時為了保證樣品的準確性和減少系統誤差,每份樣品選取 3 株以上長勢一致的材料混樣。以水稻葉片為例:取同一時期,表型基本一致的同一部位1片葉片,同時取6株,放入10ml離心管中,迅速放入液氮中。

  3.樣品量與生物學重復 

  a.每份樣品取鮮樣不低于3g,干樣不低于1g,細胞樣品細胞量不低于107

  b.每組至少3個生物學重復,準備備份。

  4.儲存與運輸

  -80℃保存,足量干冰運輸,避免反復凍融,干冰建議用量 5kg/天(根據樣本運輸需要時間計算)。

 

  4.案例分析

  案例分析:mGWAS揭示玉米特異性代謝物的化學多樣性和遺傳控制

  玉米在種群水平上具有遺傳多樣性的特點,不同玉米近交系具有獨特的組織特異性代謝譜。本研究利用高通量代謝檢測技術檢測了玉米不同組織及不同亞群中的特異性物質,發現不同組織和亞群之間的特異代謝物分屬于不同種類。mGWAS分析表明了代謝物遺傳調控的復雜性,也幫助鑒定了關注物質,比如苯并惡嗪、苯丙烷類物質的遺傳調控基因座,為玉米中代謝物的研究及其遺傳調控提供了有力參考。

 

 

圖1 不同品種葉尖與葉基的代謝物檢測PCA圖

 

 

圖2 物質UV光吸收峰及不同樣本之間的代謝物統計

 

圖3 葉片基部組織的黃酮類物質和查爾酮相關基因表達水平

 

 

圖4 苯丙烷類羥基檸檬酸酯異構體積累模式及相關基因座分析

 

  5.參考文獻:

  Zhou S, Kremling KA,et al.Metabolome-Scale Genome-Wide Association Studies Reveal Chemical Diversity and Genetic Control of Maize Specialized Metabolites. Plant Cell. 2019 ,31(5):937-955.

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