[发明专利]一种GC-MS非靶标方法快速筛查植物差异性代谢物的方法

摘要

一种GC‑MS非靶标方法快速筛查植物差异性代谢物的方法，具体涉及香精香料、代谢组学研究技术领域。该方法利用现代GC‑MS全扫描技术获得植物中挥发性物质化学组分信息，随后利用多尺度高斯平滑提取TIC图中物质信息，根据物质的质谱信息，采用动态规划算法校正样本间的色谱峰时间漂移，对齐属于同一物质的色谱峰，使得物质信息在不同样本间具有可比性，然后采用最邻近聚类实现化合物注册，最后采用方差分析筛选不同组之间具有显著性差异的化合物。本发明将化合物质谱信息输出为MSP文件，该文件可直接导入至NIST库搜索化合物。该方法能够实现快速锁定植物样本中存在差异性的化合物，适用于大批量样本快速分析测定。

主权项

1.一种GC‑MS非靶标方法快速筛查植物差异性代谢物的方法，其特征在于，利用GC‑MS全扫描技术获得植物中不同挥发性物质化学组分信息，利用多尺度高斯平滑提取TIC图中物质信息，根据物质的质谱信息，采用动态规划算法校正样本间的时间漂移，对齐属于同一物质的色谱峰，使得物质信息在不同样本间具有可比性，采用最邻近聚类实现化合物注册，最后采用多方差分析筛选不同组之间具有显著性差异的化合物，并将质谱信息输出为MSP文件，该文件可直接导入至NIST库进行化合物匹配，然后通过色谱的峰面积确定含量差异；具体的筛选步骤如下：对所有样本经过GC‑MS分析后的原始采集的数据转化为CDF格式，然后进行数据分析，针对每个样本中物质信息的提取分为色谱峰提取和质谱信息表征；不同样本间的时间漂移校正：选择物质色谱峰数量最多的样本作为参照样本，对其余样本中的时间漂移逐个校正，使得属于同一个物质的色谱峰进行对齐；将所有样本中的时间漂移校正后，利用最邻近聚类方法将保留时间较为接近的物质注册成一个化合物，最终建立一个样本和色谱峰的注册图或表；经过内标校正后，用于后续的分析；利用方差分析计算样本间差异性大的物质，置信水平阈值设定为0.05，将置信水平小于0.05的物质视作差异性化合物，将所有差异性物质的质谱信息输入成MSP文件，导入到NIST库中进行匹配，确定物质结构，从而得到差异性物质；然后通过色谱的峰面积确定含量差异；其中针对每个样本中物质信息的提取分为色谱峰提取和质谱信息表征的步骤如下：色谱峰提取部分步骤为：(i)提取色谱信号中的局部极小值，一般绝大多数局部极小值对应为仪器噪声，利用迭代优化剔除属于色谱峰的极小值；然后再将剩余的对应于仪器噪声的极小值，通过线性差值完成TIC图中的基线漂移校正；(ii)针对非仪器噪声的物质色谱信号为局部极大值的特点，采用不同尺度的高斯函数对基线漂移校正后的色谱信号进行平滑卷积运算，高斯函数尺度范围1‑13，步长为0.1，获得平滑后的信号，提取出各尺度平滑后色谱信号的局部极大值，通过脊线寻优的方法，将不同平滑尺度下的局部极大值位置链接在一起得到色谱，并获得物质色谱峰位置；质谱信息表征：对色谱峰提取部分的步骤(ii)通过脊线寻优方法得到的色谱，在提取物质色谱峰信号后，根据剩余的信号部分估计出仪器噪声水平，剔除信噪比小于3的色谱峰；针对每一个物质色谱峰，提取保留时间下的质谱谱图，用于表征该物质；其中样本的时间漂移的校正采用如下方法：利用物质的质谱信号，通过计算相关系数来表征其相似度，两个质谱信号的相似度越高，则属于同一个化学成分的可能性就越大，针对每一个测试样本，均构建一个“测样物质×参照物质”的相似度矩阵，针对每一个相似度矩阵，利用动态规划算法，获得一组测样色谱峰和参照色谱峰唯一匹配的结果，该组匹配结果的质谱相似度总和最大，从而实现时间漂移校正。