?

近日，中國科學技術(shù)大學國家同步輻射實驗室潘洋教授團隊利用自行研發(fā)的解吸電噴霧電離/二次光電離（DESI/PI）質(zhì)譜成像平臺（Analytical Chemistry,2019,91, 6616-6623）結(jié)合多孔聚四氟乙烯印跡技術(shù)，實現(xiàn)對多種植物葉片中代謝物的空間成像。研究成果以“Enhanced Coverage and Sensitivity of ImprintDESI Mass Spectrometry Imagingfor Plant Leaf Metabolites by Post-Photoionization”為題，以frontcover形式發(fā)表于國際分析化學領(lǐng)域著名期刊《Analytical Chemistry》雜志（doi.org/10.1021/acs.analchem.2c03329）。

在已知植物種群中，有約200,000個植物代謝物的化學結(jié)構(gòu)被鑒定出來。植物代謝物的成分分析和空間成像對探討植物代謝物的生物合成、運輸、生理機制、自我調(diào)節(jié)機制及植物與生態(tài)的相互作用具有重要意義。質(zhì)譜成像是近年來涌現(xiàn)出的分子成像技術(shù)，具有免熒光標記、不需要復雜樣品前處理等優(yōu)點。然而，由于植物角質(zhì)層和表皮蠟的存在，常規(guī)MALDI和DESI等軟電離技術(shù)很難穿透角質(zhì)層作用于葉肉組織，從而無法對植物葉片中的代謝物進行直接成像。

圖1.期刊封面

圖2.印跡DESI/PI質(zhì)譜成像流程圖

課題組通過印跡方法，將葉片中的植物代謝物轉(zhuǎn)移至多孔聚四氟乙烯材料上，并對印跡后的材料進行成像，可實現(xiàn)對葉片植物代謝物的間接成像。由于使用DESI/PI技術(shù)，相比于傳統(tǒng)DESI方法，正離子模式下可新檢出多達百種萜類、黃酮類、氨基酸和苷類等次生代謝產(chǎn)物；負離子模式下整體代謝物信號強度可增強一個數(shù)量級。

圖3.銀杏葉葉片印跡質(zhì)譜成像

課題組進一步利用該技術(shù)對茶葉進行研究，發(fā)現(xiàn)咖啡因在葉中脈富集、茶氨酸在葉柄富集并延伸至中脈和葉尾，為咖啡因主要在茶葉中脈合成和茶氨酸在茶葉根部合成并轉(zhuǎn)運至葉片的生物合成位點及轉(zhuǎn)運路徑提供了強有力的證據(jù)。實驗還檢測到茶葉中兒茶素（EC/C, EGC/GC, ECG/CG, EGCG/GCG）生物合成網(wǎng)絡(luò)中重要的黃酮類代謝物并以質(zhì)譜成像的形式展示出空間分布，表明印跡DESI/PI成像技術(shù)在探索植物代謝轉(zhuǎn)化位點和途徑方面有巨大的潛力。

圖4.茶葉印跡成像以及兒茶素生物合成網(wǎng)絡(luò)

論文第一作者為吳劉天博士生，劉成園特任副研究員和潘洋教授為共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金和中國科學院關(guān)鍵技術(shù)人才計劃支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.2c03329

（國家同步輻射實驗室、科研部）