Interrogation of the Spatial Metabolome of Ginkgo biloba with high-resolution MALDI and LDI Mass Spectrometry Imaging

Význam tématu

Analýza prostorového rozmístění metabolitů v listových řezech Ginkgo biloba umožňuje porozumět biologickým funkcím a biosyntetickým drahám této „živé fosilie“. MALDI a LDI MS imaging nevyžadují značení a poskytují detekci nízkomolekulárních sloučenin přímo v tkáni.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo vyvinout a optimalizovat postup pro vysokorozlišenou MALDI-TOF/TOF a MRMS zobrazovací hmotnostní spektrometrii, který umožní vizualizovat distribuci flavonoidů, biflavonoidů, ginkgolidů, ginkgolidových kyselin a lipidů v různých vrstvách listu Ginkgo biloba.

Použitá metodika a instrumentace

• Vzorky: Čerstvé listy v 10% želatině, kryokrájení na 16 μm řezech, dehydratace.
• Matrix: testovány DHB, CHCA (pozitivní režim) a 9-AA (negativní režim).
• Aplikace matrix: porovnání mokrého postřiku (vlastní sprayer) a suché sublimace.
• Instrumentace: ultrafleXtreme MALDI-TOF/TOF pro optimalizaci, solariX 7 T MRMS pro vysokou hmotnostní přesnost a obrazová data.

Hlavní výsledky a diskuse

• DHB s mokrým postřikem poskytl nejbohatší spektra biflavonoidů, flavonoidových glykosidů a lipidů.
• Obrazy ukázaly akumulaci flavonoidů v horní i dolní epidermis, biflavonoidů v mezofylu a komplexních ginkgolidů pod epidermis.
• Negativní LDI odhalila ginkgolické kyseliny a nenasycené lipidy v žlázových komorách.
• Přesnost pod 1 ppm potvrdila spolehlivou identifikaci klíčových metabolitů bez značení.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje mapovat nízkomolekulární sekundární metabolity přímo v rostlinné tkáni, což je zásadní pro výzkum biosyntetických reakcí, hodnocení kvality rostlinných extraktů a vývoj nových bioaktivních sloučenin.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s dalšími zobrazovacími modalitami (MS/MS imaging, fluorescenční mikroskopie).
• Využití nových matric a povrchových úprav pro rozšíření citlivosti.
• Aplikace ve fenotypování rostlin, screening bioaktivních látek a monitorování stresových reakcí.

Závěr

První prostorová metabolomika Ginkgo biloba pomocí vysoce rozlišené MALDI a LDI MSI přinesla podrobný pohled na lokální rozmístění klíčových sekundárních metabolitů a potvrzuje potenciál této metody v rostlinné bioanalytice.

Reference

• van Beek TA (2002). Chemical analysis of Ginkgo biloba leaves and extracts. Journal of Chromatography A, 967, 21–55.
• Goldberg RB (1988). Plants: Novel developmental processes. Science, 240, 1460–1467.
• Cornett DS et al. (2007). MALDI imaging mass spectrometry: molecular snapshots of biochemical systems. Nature Methods, 4, 828–833.
• Li B et al. (2018). Interrogation of spatial metabolome of Ginkgo biloba with high-resolution matrix-assisted laser desorption/ionization and laser desorption/ionization mass spectrometry imaging. Plant, Cell and Environment, 41, 2693.
• Li B et al. (2016). A one-step matrix application method for MALDI mass spectrometry imaging of bacterial colony biofilms. Journal of Mass Spectrometry, 51, 1030–1035.
• Meijer HJG, Munnik T (2003). Phospholipid-based signaling in plants. Annual Review of Plant Biology, 54, 265–306.