近日，福建农林大学海峡联合研究院俞晓敏教授团队的研究成果《Triterpenoid saponins in tea plants: A spatial and metabolic analysis using UPLC-QTOFMS, molecular networking, and DESI-MSI》在线发表于《Food Chemistry》期刊。福建农林大学海峡联合研究院杜正花为论文第一作者，俞晓敏教授为论文通讯作者。
本文通过高分辨率质谱（UPLC-QTOF MS）、基于特征的分子网络（FBMN）和质谱成像（DESI-MSI）对茶树中的三萜皂苷进行空间和代谢分析，首次发现了52种茶皂苷，包括两个具有独特糖基化模式的新型三糖皂苷。研究揭示了茶树的不同组织，尤其是芽和叶，富含肉桂酰修饰的四糖皂苷，而根部主要积累二糖和三糖皂苷，并且不同品种间存在显著差异。质谱成像进一步揭示了茶根中皂苷的空间分布。该研究为茶皂苷的结构多样性和空间积累提供了新的理解，并为茶叶质量控制和皂苷产量提升提供了理论依据。
1.引言：
三萜皂苷是具有显著生物活性和药用潜力的天然化合物，尤其在茶树（Camellia sinensis）中，这类皂苷展示了多样的糖基化和酰基化结构。文中介绍了茶树中皂苷的结构特征，重点强调了它们在药理学和功能食品中的应用潜力。尽管已有对茶皂苷的研究，但由于其结构多样性和复杂性，许多皂苷的空间分布和具体功能仍不明确。本文旨在通过现代质谱技术，结合分子网络和质谱成像技术，深入研究茶树皂苷的空间分布和结构特征。
2.材料与方法：
本研究使用了UPLC-QTOFMS和DESI-MSI技术，结合FBMN分析，对来自不同茶树品种的多个组织样本（包括芽、叶、根等）进行了详细的皂苷组分分析。研究中的样品准备包括冷冻茶叶的研磨、提取、冻干等步骤。通过UPLC-QTOFMS技术对皂苷的分子质量和结构特征进行鉴定，并利用FBMN分析探讨皂苷之间的结构相似性。DESI-MSI则用于分析茶树根部皂苷的空间分布。
3.结果与讨论：
3.1 茶树皂苷的特征分析：
通过UPLC-QTOFMS对茶树不同组织的提取物进行分析，研究发现茶树皂苷主要在12-19分钟的色谱范围内分离出。在这些色谱区间，其他成分如氨基酸、类黄酮、酚酸、嘌呤生物碱等也有检测到。通过质谱的负离子和正离子模式，研究人员分别获得了皂苷分子的去质子化离子（[M-H]−）和钠加合物（[M+Na]+）的离子信息。这种离子模式能够有效区分不同的糖基单元，特别是在负离子模式下，能够清晰地检测到糖基的序列和具体的糖分子。
负离子模式：以[ M-H]− 为基峰，能有效识别糖残基及其序列。
正离子模式：通过质谱成像技术可以更好地提供配体结构细节，如糖苷酶的结构等。
3.2 皂苷的空间分布：
质谱成像（DESI-MSI）技术被应用于研究茶树皂苷在茶树根部的空间分布。通过该技术，研究人员发现茶树根部不同区域的皂苷分布具有显著的空间差异。尤其在根的不同组织层次之间，皂苷的积累呈现出明显的分区现象。
根部表皮和皮层：二糖和三糖皂苷主要分布在根的表皮和皮层部分。
根部中柱：四糖皂苷则集中在根的中柱区域，这为理解茶树皂苷的代谢和分布提供了新视角。
3.3 茶树品种间的差异：
研究中还比较了10个不同茶树品种的皂苷组成，并发现了品种间在根部皂苷的组成上存在显著差异。比如，某些品种富含特定类型的皂苷，而其他品种则表现出不同的皂苷结构。这些差异可能与不同品种的生长环境、栽培方法等因素有关。
3.4 三萜皂苷的结构多样性：
基于UPLC-QTOF MS和FBMN分析，研究人员对茶树中的52种皂苷进行了系统分析，并发现这些皂苷的糖基化和酰基化模式非常复杂。特别是部分皂苷的糖链具有不同的连接方式（例如，GlcA与Gal之间的β-1,2连接），这表明茶树皂苷具有多样的结构变化。这一发现为揭示茶树皂苷的功能作用提供了新的依据。
糖基化：在茶树皂苷中，葡糖醛酸（GlcA）常作为核心糖基，参与糖链的连接。通过质谱分析，研究人员揭示了多种复杂的糖基连接方式，这些连接方式直接影响了皂苷的生物活性。
酰基修饰：此外，茶树皂苷的酰基修饰（如肉桂酰修饰）也影响了其生物活性，尤其在抗氧化和抗炎作用上。
3.5 分子网络分析：
在FBMN分析的基础上，研究人员进一步挖掘了不同茶树皂苷之间的结构相似性。通过分子网络的构建，他们能够系统地将具有相似结构的皂苷进行聚类，这种方法为系统解析复杂的天然产物组合提供了新的思路。
分子网络的优势：通过分子网络分析，可以清晰地看到皂苷之间的结构相似性以及可能的代谢途径。对于复杂植物中的化学成分，FBMN为其结构解析提供了极大的便利。
3.6 结果的生物学意义：
通过这些分析，研究揭示了茶树三萜皂苷的空间分布特征和结构多样性，强调了这些分子在不同组织中的分布差异。这一发现对于茶树的品种改良、茶叶品质的提升以及功能性食品的开发具有重要意义。特别是通过了解不同品种间皂苷的差异，可以为茶叶的生产和加工提供更精准的指导，从而提高茶叶中的活性成分的产量和品质。
4.结论：
本部分的研究结果进一步加强了茶树三萜皂苷在农业生产中的潜力，尤其在改善茶叶品质、提高茶叶功能性方面的应用价值。这些结果不仅为理解茶树代谢提供了新见解，同时也为茶树皂苷的进一步开发和应用奠定了基础。
5.创新点：
空间分布研究的创新性：茶树皂苷在根部的分布研究，尤其是通过DESI-MSI成像技术揭示的不同区域之间的积累差异，提供了全新的空间代谢学视角。
品种差异的意义：不同茶树品种间的皂苷成分差异可能为未来的品种改良工作提供参考，尤其在功能性茶叶的开发上。
多糖修饰对活性影响的提示：茶树皂苷的复杂糖基化和酰基修饰可能与其生物活性密切相关，因此探索这些修饰对于提高皂苷活性及其应用具有重要意义。
