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代谢组学分析揭示印尼五种大蒜品种的代谢多样性，LC-HRMS检测到215种化合物，其中140种（p<0.05）经PCA和PLS-DA区分，Lumbu Hitam氨基酸含量显著更高（Asn, L-Ala, D-Pro），Lumbu Putih硫代化合物突出。该研究为大蒜育种和营养开发提供代谢学依据。
苏拉特诺·苏拉特诺（Suratno Suratno）、卢基·普拉博沃·米夫塔胡尔·阿拉姆（Lucky Prabowo Miftahul Alam）、法兹赞·西格玛·奥鲁姆（Fawzan Sigma Aurum）、阿尤·塞普蒂·安格拉埃尼（Ayu Septi Anggraeni）、里里·米宁辛西（Rr Rini Murtiningsih）、纳兹利·阿斯瓦尼（Nazly Aswani）、克里斯蒂安托·努格罗霍（Kristianto Nugroho）、阿西·卡塔西·卡贾迪（Asih Kartasih Karjadi）、恩尼·苏达蒙诺瓦蒂（Enny Sudarmonowati）、丹尼·萨蒂亚万（Dani Satyawan）、雷伦斯特拉迪卡·蒂扎拉纳（Rerenstradika Tizar Terryana）、普吉·莱斯塔里（Puji Lestari）
食品技术与加工研究中心（PRTPP），国家研究与创新机构（BRIN），日惹，55861，印度尼西亚
摘要
本研究采用非靶向代谢组学方法，结合液相色谱-高分辨率质谱（LC-HRMS）技术，探讨了不同大蒜品种之间的代谢多样性。通过对215种检测到的化合物进行分析，发现了140种具有显著差异的代谢物（p<0.05），并进一步利用主成分分析和偏最小二乘判别分析对这些代谢物进行了深入研究。这些化学计量方法有效区分了不同大蒜品种的代谢特征，尤其是能够准确区分Lumbu Hitam品种。重要性变量分析表明，类固醇、氨基酸和有机硫化合物是关键的区分因素。值得注意的是，Lumbu Hitam品种的氨基酸含量较高，尤其是天冬酰胺（Asparagine）、L-(+)-丙氨酸（L-(+)-Alanine）和D-(+)-脯氨酸（D-(+)-Proline），这表明其具有更强的代谢能力和抗逆性；而Lumbu Putih品种则含有较高水平的特定有机硫化合物（如二烯丙基硫化物）。这些独特的代谢特征突显了这些大蒜品种的生物学特性，使Lumbu Hitam成为营养研究和育种应用中的潜在候选品种。
引言
大蒜（Allium sativum L.）是Allium属中经济价值最高的物种，几个世纪以来一直被用于传统医学中，因其具有营养价值、抗菌和抗氧化作用。此外，它还被用作调味品和草药，以提升食品的风味和健康益处（Abdelrahman等人，2016；Hirata等人，2016；Reiter等人，2017）。大蒜是全球烹饪传统中的重要成分，同时也是生物活性成分（如有机硫化合物、黄酮类和皂苷）的丰富来源，这些成分对健康有益（Bian等人，2023；Molino等人，2021；Reiter等人，2017；Ren等人，2024）。这些代谢物对赋予大蒜独特的风味、香气和治疗特性至关重要（Bian等人，2023）。
在一项探讨大蒜栽培中硫和氮相互作用的研究中，通过转录组学和代谢组学分析发现，同时施用这两种元素可显著提高大蒜的产量、蒜头大小以及生物活性成分（如蒜氨酸）的含量（Ren等人，2024）。另一项利用超高性能液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UHPLC-QTOF）研究菲律宾大蒜品种风味成分的研究表明，γ-谷氨酸二肽和寡糖是当地大蒜品种独特风味和营养价值的关键因素（Molino等人，2021）。另一项针对来自不同地理区域的大蒜样本的全面代谢组学分析有助于了解其遗传多样性和环境适应性。本研究通过液相色谱-质谱（LC/MS）技术分析了大蒜的代谢特征，并评估了其根部和蒜瓣中的皂苷和果聚糖含量，从而揭示了农业气候因素对大蒜生化组成的影响（Abdelrahman等人，2021；Bian等人，2023）。de Almeida等人的研究探讨了铜补充剂对大蒜中含硫化合物的影响（de Almeida等人，2025），他们发现铜会减少对大蒜药用特性至关重要的硫代谢物（如蒜素和蒜氨酸），并观察到代谢途径向抗氧化防御方向的转变。
本研究旨在利用HPLC-Orbitrap-HRMS和化学计量方法，分析并比较印度尼西亚五种不同大蒜品种的代谢组特征。通过识别关键的代谢组标志物和模式，本研究旨在阐明每种品种的独特生化特性，并探索其潜在应用价值。研究结果有望为大蒜代谢组学的科学理解以及优化印度尼西亚大蒜生产策略的开发提供借鉴。
方法部分
化学试剂
Fisher Scientific（美国新泽西州费尔劳恩）提供了LC-MS级别的甲醇（MeOH）和水；甲酸（FA）购自德国达姆施塔特的Merck公司；Pierce LTQ Velos电喷雾离子化（ESI）负离子和正离子校准混合物（Thermo Scientific，美国伊利诺伊州罗克福德）被用作校准溶液。大蒜样品的栽培
大蒜样品在土地上种植。土地准备完成后，修建了宽度为120厘米、长度为5米、高度为40厘米、间距为50厘米的种植床。结果与讨论
利用LC-HRMS的非靶向代谢组学方法，对不同大蒜品种的小分子代谢物进行了详细分析。该方法揭示了极性和非极性代谢物特征的显著差异。在正离子和负离子模式下检测到的215种化合物中，有140种代谢物在不同品种之间存在统计学上的显著差异（p < 0.05），这些代谢物被选为后续的化学计量分析对象（见表S1）。
结论
基于LC-HRMS的非靶向代谢组学分析有效区分了印度尼西亚不同大蒜品种的代谢特征，特别是在有机硫化合物和氨基酸含量方面存在显著差异。化学计量分析（PCA和PLS-DA）明确区分了Lumbu Hitam和Lumbu Putih与其他品种。值得注意的是，Lumbu Hitam品种的多种关键氨基酸（如天冬酰胺、L-(+)-丙氨酸、D-(+)-脯氨酸、dl-谷氨酰胺、l-谷氨酸）含量较高。
作者贡献声明
苏拉特诺·苏拉特诺（Suratno Suratno）：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、方法设计、数据分析、概念构思。卢基·普拉博沃·米夫塔胡尔·阿拉姆（Lucky Prabowo Miftahul Alam）：数据可视化、数据分析。法兹赞·西格玛·奥鲁姆（Fawzan Sigma Aurum）：数据可视化、数据分析。阿尤·塞普蒂·安格拉埃尼（Ayu Septi Anggraeni）：初稿撰写、数据管理。里里·米宁辛西（Rr Rini Murtiningsih）：数据分析、数据管理。纳兹利·阿斯瓦尼（Nazly Aswani）：数据分析、数据管理。克里斯蒂安托·努格罗霍（Kristianto Nugroho）：数据分析、数据管理。阿西·卡塔西·卡贾迪（Asih Kartasih Karjadi）：数据分析。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究由BRIN通过RIIM-LPDP资助计划（批次2）提供支持，项目编号分别为B-1744/II.7.5/FR/11/2022和B-14145/III.11/KS.00，项目名称为“利用转录组学方法改善大蒜遗传特性”。作者感谢位于日惹的国家研究与创新机构下属的先进表征实验室提供的科学和技术支持，特别是HPLC-Orbitrap设备的使用。
