茶代表着一种文化遗产，也是一种具有显著健康促进特性的功能性饮料。对茶的各种生物活性化合物的持续研究揭示了其多方面的益处，确保其在饮食和治疗方面的持久相关性。位于英国德文郡的达特穆尔庄园种植园以其独特的小气候和土壤多样性而闻名，这为茶叶种植提供了一个非传统的环境，有助于茶叶的独特风味和化学成分的形成。

近日，Lloyd博士及其团队在 Metaboltes 上发表了文章，他们利用流动灌注电喷雾质谱 (FIE-MS) 对该庄园内不同位置、时间和品种的新鲜茶叶片进行分析从而来研究其化学多样性。

研究过程与结果

英国达特穆尔茶叶庄园中有六个茶树品种：格鲁吉亚N2品种 (GRGN)，茶树三克隆变种 (TV 08、09、11、01) 和山茶变种 (Sin.Ass)。研究人员分别对六个茶树品种进行鲜叶样品采集、制备和浸提，使用流动灌注电喷雾质谱对其进行分析。

首先针对特定于茶树的KEGG化合物数据库搜索指定分子式的电离产物，以获得推定的匹配。从Classyfire数据库中检索任何代谢物匹配的任何结构分类。对于每个指定分子式的电离产物，基于所有可能的数据库匹配，使用66%的一致性阈值，指定一致性结构分类。对于与KEGG化合物数据库不匹配的电离产物，将其与PubChem数据库进行匹配，并相应地分配共识结构分类。图1显示了Sankey图，提供了茶样品的结构组成的概述。

• 图1. 茶叶样品中指定分子式的一致结构类别

此外，进行了RF分类，以评估两个花园之间的格鲁吉亚茶树的差异。如图2中的多维标度图 (MDS) 所示，在这些花园中的植物之间没有发现显著差异。

• 图2. 不同花园中格鲁吉亚茶样品的差异

如组内距离分布所示 (图3)，在两个花园中观察到了非常相似的组内变异性。

• 图3. 取自不同茶园的格鲁吉亚茶树样本间类间距离的密度分布

在所有品种之间进行RF分类的成对比较，以评估茶叶品种之间的化学相关性。图4显示了所得RF边缘值的分层聚类分析的树状图。这表明TV9比TV8和TV11与格鲁吉亚品种更相似，其中TV11与TV1显示出最大的相似性。

• 图4. 基于代谢组学指纹图谱的茶叶品种相似性研究

为了量化茶树三克隆变种内的组内变异性，使用单个多项RF分类模型将所有采样的品种一起进行比较。MDS图如图5所示，该图基于RF模型的样本接近度值。椭圆的面积 (95%置信区间) 提供了所采集样本的组内变异性的估计值。这些椭圆在所有品种中具有相似的大小，这表明观察到的叶组成的组内变异在品种之间是相似的。

• 图5. 茶叶代谢物的类内变异

采用RF回归方法，对不同采样时间点的山茶变种进行m/z特征识别。对相对于第一时间点的解释性特征的log2丰度比进行k-均值聚类。这将解释性特征分为五个特征群，在采样时间点上显示出相似的趋势。图6中的聚类显示了基于其时间丰度模式的代谢物聚类。

• 图6. 利用k-均值聚类方法对茶树采样时间点上的解释性m/z特征趋势进行聚类分析

对每个簇进行功能和结构富集分析，以潜在地导出与簇趋势相关的化学类别和生物功能。这确定了重要的代谢途径 (表1)。使用Fisher精确检验，通过过度代表性分析进行结构富集 (表2)。发现结构亚类“碳水化合物和碳水化合物缀合物”和代谢途径“淀粉和蔗糖代谢”对于簇1都是重要的，这些特征的丰度在整个白天增加，在18：00达到峰值，然后开始减少。图7突出显示了山茶变种中蔗糖丰度的日变化。在白天观察到的增加，然后在夜间下降，表明蔗糖代谢和光合活性之间的联系。这与淀粉和蔗糖代谢作为关键途径的鉴定一致 (表1，聚类1)。

• 图7. 山茶中蔗糖丰度的时间变化

• 表1. 对每个簇进行功能富集分析，以潜在地获得与簇趋势相关的生化途径和生物学功能

• 表2. 对每个簇进行了结构富集分析，以潜在地得出与簇趋势相关的化学类别和生物学功能

研究总结

这项研究突出了品种、地理位置和时间因素对茶叶化学成分的复杂相互作用。它提供了关于影响茶叶种植和生产的代谢途径的有见地的数据，并强调了这些变量在确定茶产品的最终化学特征和感官特征方面的重要性。未来的研究应旨在进一步研究化学成分和感官属性之间的关系，以及微生物和环境相互作用在影响茶叶品质中的作用。

原文出自 Metabolites 期刊

Lloyd, A.J.; Warren-Walker, A.; Finch, J.; Harper, J.; Bennet, K.; Watson, A.; Lyons, L.; Martinez Martin, P.; Wilson, T.; Beckmann, M. Chemical Diversity of UK-Grown Tea Explored Using Metabolomics and Machine Learning. Metabolites 2025, 15, 52. https://doi.org/10.3390/metabo15010052

Metabolites 期刊介绍

期刊发表与代谢组学、代谢生物化学、计算和系统生物学、生物技术和医学领域相关的代谢物以及代谢方面的原创研究文章与评论文章。目前已被SCIE (Web of Science)、Scopus、PubMed、PMC、Embase、CAPlus/SciFinder等数据库收录。

• 2024 Impact Factor: 3.7
• 2024 CiteScore: 6.9