植物の揮発性物質の特性評価は、12個のアブラナ科野菜の間で異なる代謝プロファイルと経路を明らかにします

植物は、多様な生物学的/生態学的機能を備えた特徴的な有機揮発性化合物（VOC）を放出します。しかし、植物種/品種とその植物化学的排出プロファイルとの間のリンクはとらえどころのないままです。ここでは、直接ヘッドスペースソリッドフェーズマイクロ抽出（HS-SPME）技術を開発し、非ターゲットガスクロマトグラフィー - 高解像度質量分析（GC-HRMS）プラットフォームと組み合わせて、12の一般的なアブラナ科野菜のVOCSプロファイルを調査します（ウォータークリレス、ロケット、芽キャベツ、ブロッコリー、カイ・ラン、チョイ・サム、パック・チェ、キャベツ、中国のキャベツ、カリフラワー、大根、チェリー大根）。直接HS-SPMEサンプリングアプローチにより、植物組織の破壊時の急速発光VOCを再現可能なキャプチャが可能になりました。結果は、12個のアブラナ科野菜の間のVOCプロファイルの広範な変動を明らかにしました。さらに、主成分分析（PCA）は、VOCプロファイルが12個のアブラナ科野菜を明確に区別できることを示し、これらのプロファイルが古典的な形態学的分類をよく反映していることを示しました。多変量統計分析の後、アブラナ科野菜の間に有意差を持つ44個のVOCが特定されました。経路分析により、脂肪酸経路、メチルリン酸塩（MEP）経路、およびグルコシノレート（GLS）経路を含む3つの二次代謝経路がこれらの野菜ではっきりと振る舞うことが示されました。これらの3つの経路は、それぞれ緑の葉揮発物（GLV）、テルペン、イソチオシアネート（ITC）の生成と放出を担当しています。相関分析はさらに、共通経路を介して形成された揮発性代謝物が有意に正の相関を持っているのに対し、異なる経路からの代謝物は有意でないまたは有意に負の相関を持っていたことが示されました。さまざまな野菜タイプにわたるこれらの代謝物に対する遺伝的影響も評価されました。これらの発見は、12個の食用のアブラナ科野菜に関する植物化学的知識を拡張し、二次代謝に関する有用な情報を提供します。

Plants emit characteristic organic volatile compounds (VOCs) with diverse biological/ecological functions. However, the links between plant species/varieties and their phytochemical emission profiles remain elusive. Here, we developed a direct headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) technique and combined with non-targeted gas chromatography‒high-resolution mass spectrometry (GC-HRMS) platform to investigate the VOCs profiles of 12 common Brassicaceae vegetables (watercress, rocket, Brussels sprouts, broccoli, kai lan, choy sum, pak choi, cabbage, Chinese cabbage, cauliflower, radish and cherry radish). The direct HS-SPME sampling approach enabled reproducible capture of the rapid-emitting VOCs upon plant tissue disruption. The results revealed extensive variation in VOCs profiles among the 12 Brassicaceae vegetables. Furthermore, principal component analysis (PCA) showed that the VOC profiles could clearly distinguish the 12 Brassicaceae vegetables, and that these profiles well reflected the classical morphological classification. After multivariate statistical analysis, 44 VOCs with significant differences among the Brassicaceae vegetables were identified. Pathway analysis showed that three secondary metabolism pathways, including the fatty acid pathway, methylerythritol phosphate (MEP) pathway and glucosinolate (GLS) pathway, behave distinctively in these vegetables. These three pathways are responsible for the generation and emission of green leaf volatiles (GLVs), terpenes and isothiocyanates (ITCs), respectively. Correlation analysis further showed that volatile metabolites formed via the common pathway had significantly positive correlations, whereas metabolites from different pathways had either non-significant or significantly negative correlations. Genetic influences on these metabolites across various vegetable types were also evaluated. These findings extend our phytochemical knowledge of the 12 edible Brassicaceae vegetables and provide useful information on their secondary metabolism.