GC/MSD, HPLC, LC/MS, LC/MS/MS, Kapilární elektroforéza
ZaměřeníKlinická analýza
VýrobceVýznam tématu
Analýza cytokininu je klíčová pro pochopení regulace růstu a vývoje rostlin. Cytokininy patří mezi pět hlavních skupin fytohormonů a v rostlinných pletivech se vyskytují v extrémně nízkých koncentracích (fmol–pmol/g čerstvé hmoty). Jejich stanovení je proto analyticky náročné – vyžaduje citlivé a vysoce selektivní metody spojené s účinnými očistnými postupy.
Cíle a přehled studie / článku
Článek shrnuje a porovnává současné metody pro kvalitativní i kvantitativní analýzu cytokininů v rostlinných extraktech: od extrakce a čištění přes biotesty, chromatografické a hmotnostně-spektrometrické přístupy až po imunochemické či elektrochemické techniky.
Použitá metodika a instrumentace
Ultrapravé extrakční postupy
- Směs Bieleski (methanol–chlorofom–kyselina mravenčí–voda) pro inaktivaci fosfatas a vysokou extrakční účinnost
- Kapalina–kapalina (rozdílná rozpustnost v butanolu/vodě při různém pH)
- Extrakce tuhou fází (SPE) s hybridními sorbenty pro reverzní fázi a iontoměnič
- Imunoafinitní chromatografie (IAC) s kolonkami navázaných protilátek proti strukturálním skupinám CK
- Ionexová a imunofinitní kolona, kombinace s TLC či HPLC
- Tenkovrstvá chromatografie (TLC) – levná, rychlá orientace
- HPLC (RP i normální fáze) s detekcí UV/DAD, RIA/ELISA, MS (ESI, APCI, FAB, TSI, CI)
- Kapilární a mikrokolony (0,3–2 mm i.d.) pro zkoncentrování vzorku a femtomolární citlivost
- GC/MS po derivatizaci (TMS, TFA, permethylace, acetylace, pentafluorbenzylace)
- Biotesty (kalusový test, senescenční test) pro stanovení biologické aktivity
- Kapilární zónová elektroforéza (CZE) pro disociační konstanty, interakce s cyklodextriny
- Voltametrie na uhlíkových a rtuťových elektrodách pro elektrochemickou detekci
- Metabolické profilování (GC/MS/MS) pro sledování stovek složek současně
Hlavní výsledky a diskuse
- HPLC/ESI-MS/MS: dosahuje detekčních limitů v oblasti jednotek až desítek fmol, velmi nízké požadavky na objem vzorku (mg–g)
- GC/MS: typické LOD řádu jednotek až stovek pmol, nutnost derivatizace, vyžaduje větší množství materiálu (gramy)
- Imunochemické metody (RIA, ELISA): levné, snadno automatizovatelné, citlivost fmol–pmol, nižší selektivita bez chromatografického stupně
- IAC: výrazně zlepšuje čistotu vzorku a snižuje LOD, návratnost ~85 %
- Biotesty: vhodné pro screening a ověření biologické aktivity, kombinace s HPLC pro frakcionaci
- Ostatní techniky (CZE, voltametrie): pilotní aplikace, potenciál pro rychlé stanovení vybraných CK
Přínosy a praktické využití metody
Metody umožňují:
- Studium distribuce a dynamiky cytokininů v pletivech, buňkách i kulturách
- Screening kultivarů a genetických variant (Arabidopsis, pšenice, řepa apod.)
- Vývoj nových růstových regulátorů a hodnocení jejich účinnosti
- Podporu kvality a bezpečnosti agrochemických postupů
Budoucí trendy a možnosti využití
- Rozvoj kapilární LC–MS/MS a mikroinjekčních systémů pro vyšší propustnost vzorků
- Automatizace extrakce a čištění (SPE–IAC) pro sériové analýzy
- Metabolické profilování rostlinných extraktů pomocí GC/MS/MS
- Vývoj cílených elektrochemických senzorů a imunoelektrod
- Integrace biologické aktivity (biotest) s chromatografickou a MS detekcí
Závěr
Volba analytické metody závisí na cílech studie (kvalitativní identifikace vs. kvantitativní stanovení), potřebné selektivitě, citlivosti a dostupném množství vzorku. Pro rutinní kvantifikaci cytokininů je vhodná HPLC/ESI-MS/MS s IAC očistou; pro strukturální charakterizaci lze použít GC/MS; pro vysokopropustné a nákladově šetrné analýzy imunochemii. Budoucí vývoj směřuje k dalšímu snižování detekčních limitů, vyšší automatizaci a komplexnímu fenotypovému/metabolickému profilování.
Reference
- Miller C. O., Skoog F., Von Saltza M. H., Strong F.: J. Am. Chem. Soc. 78, 1392 (1955).
- Skoog F., Strong F. M., Miller C. O.: Science 148, 532 (1965).
- Macháčková I., in: Fyziologie rostlin (Procházka S., Macháčková I., Krekule J., Šebánek J., ed.), kap. 8. Academia, Praha 1998.
- Crozier A., Moritz T., in: Biochemistry and Molecular Biology of Plant Hormones (Hooykaas P. J. J., Hall M. A., Libbenga K. R., ed.), sv. 33, kap. 1. Elsevier, Amsterdam 1999.
- Bieleski R. L.: Anal. Biochem. 9, 431 (1964).
- Astot C., Doležal K., Moritz T., Sandberg G.: J. Mass Spectrom. 33, 892 (1998).
- Pacáková V., Štulík K., Vlasáková V., Březinová A.: J. Chromatogr., A 764, 331 (1997).
- Dobrev P. I., Kamínek M.: J. Chromatogr., A 950, 21 (2002).
- Nordström A.: osobní sdělení.
- Holub J., Hanuš J., Hanke D. E., Strnad M.: Plant Growth Regul. 26, 109 (1998).
- Hewett E. W., Warening P. F.: Planta 114, 119 (1973).
- Van Staden J., Upfold S. J., Drewes F. E.: S. Afr. J. Bot. 60, 293 (1994).
- Hradecká D., Staszková L., Doležal K., Swaczyna P., Strnad M.: International Symposium: Auxin and Cytokinin in Plant Development, Prague 1999, Book of Abstracts, S84.
- Doležal K., Astot C., Hanuš J., Holub J., Peters W., Beck E., Strnad M., Sandberg G.: Plant Growth Regul. 36, 181 (2002).
- Tarkowská D., Doležal K., Tarkowski P., Astot C., Holub J., Fuksová K., Schmülling T., Sandberg G., Strnad M.: Physiol. Plant. 117, 579 (2003).
- Taverner E., Letham D. S., Wang J., Cornish E., Willcocks D. A.: Phytochemistry 51, 341 (1999).
- Yang Y. Y., Yamaguchi I., Kato Y., Weiler E. W., Murofushi N., Takahashi N.: J. Plant Growth Regul. 12, 21 (1993).
- Prinsen E., Redig P., Strnad M., Galís I., Van Dongen W., Van Onckelen H., in: Methods in Molecular Biology, Agrobacterium Protocols (Gertland K. M. A., Davey M. R., ed.), sv. 44, kap. 23. Humana Press, New Jersey 1995.
- Imbault N., Moritz T., Nilsson O., Chen H. J., Bollmark M., Sandberg G.: Biol. Mass Spectrom. 22, 201 (1993).
- Prinsen E., Redig P., Van Dongen W., Esmans E. L., Van Onckelen H. A.: Rapid Commun. Mass Spectrom. 9, 948 (1995).
- Prinsen E., Van Dongen W., Esmans E. L., Van Onckelen H. A.: J. Chromatogr., A 826, 25 (1998).
- Van Rhijn J. A., Heskamp H. H., Davelaar E., Jordi W., Leloux M. S., Brinkman U. A. T.: J. Chromatogr., A 929, 31 (2001).
- Doležal K., Astot C., Moritz T., Sandberg G.: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97, 14778 (2000).
- Morris R. O.: Plant Physiol. 59, 1029 (1977).
- Scott I. M., Horgan R., McGaw B. A.: Planta 149, 472 (1980).
- Most B. H., Williams J. C., Parker K. J.: J. Chromatogr. 38, 136 (1968).
- MacLeod J. K., Summons R. E., Letham D. S.: J. Org. Chem. 41, 3959 (1976).
- Ludewig M., Dörffling K., König W. A.: J. Chromatogr. 243, 93 (1982).
- Hocart C. H., Wong O. C., Letham D. S., Tay S. A. B., MacLeod J. K.: Anal. Biochem. 153, 85 (1986).
- Scott I. M., Horgan R.: Planta 161, 345 (1984).
- Björkman P. O., Tillberg E.: Phytochem. Anal. 7, 57 (1996).
- Hocart C. H., Wang J., Letham D. S.: J. Chromatogr., A 811, 246 (1998).
- Tay S. A. B., MacLeod J. K., Palni L. M. S.: J. Plant Biochem. Biotechnol. 2, 105 (1993).
- Price C. P., Newmann D. J.: Principles and Practice of Immunoassay. Stockton Press 1997.
- Gosling J. P., Reen D. J.: Immunotechnology. Portland Press, London 1993.
- Edwards R. (ed): Immunoassay: An Introduction. William Heinemann Medical Books, London 1985.
- Weiler E. W.: Annu. Rev. Plant Physiol. 35, 85 (1984).
- Morris B. A., Clifford M. N., Jackman R. (ed.): Immunoassays for Veterinary and Food Analysis. Elsevier, London 1988.
- Hacker B., Van Vunakis H., Levine L.: J. Immunol. 6, 1726 (1972).
- Brandon D. L., Corse J., Higaki P. C., Zavala M. A.: Plant Physiol. 63, 82 (1979).
- Khan S. A., Humayn M. Z., Jacobs T. M.: Anal. Biochem. 83, 632 (1977).
- Trione E. J., Krygier B. B., Banowetz G. M., Katherin J. M.: J. Plant Growth Regul. 4, 101 (1985).
- Wang T. L., Cook S. K., Knox J. P.: Phytochemistry 26, 2447 (1987).
- MacDonald E. M. S., Akiyoshi D. E., Morris R. O.: J. Chromatogr. 214, 101 (1981).
- Hage D. S.: Clin. Chem. 45, 593 (1999).
- Morris R. O., Akiyoshi D. E., MacDonald E. M. S., Morris J. W., Zaerr J. B.: in Plant Growth Substances 1982 (Wareing P. F., ed.) Academic Press, London 1982.
- Morris R. O., Jameson P. E., Laloue M., Morris J. W.: Plant Physiol. 95, 1156 (1991).
- Nicander B., Stahl U., Björkman P. O., Tillberg E.: Planta 189, 312 (1993).
- Ulvskov P., Nielsen T. H., Seiden P., Marcussen J.: Planta 188, 70 (1992).
- Barták P., Ševčík J., Adam T., Friedecký D., Lemr K., Stránský Z.: J. Chromatogr., A 818, 231 (1998).
- Barták P., Bednář P., Stránský Z., Boček P., Vespalec R.: J. Chromatogr., A 878, 249 (2000).
- Hernández P., Paton F., Ballesteros Y., Hernández L.: Electroanalysis 9, 235 (1997).
- Blanco M. H., Quintana M. D., Hernández L.: Electroanalysis 12, 147 (2000).
- Blanco M. H., Quintana M. D., Hernández L.: Fresenius’ J. Anal. Chem. 364, 254 (1999).
- Tarkowská D., Kotouček M., Doležal K.: Collect. Czech. Chem. Commun. 68, 1076 (2003).
- Glassbrook N., Beecher C., Ryals J.: Nat. Biotechnol. 18, 1142 (2000).
- Müller A., Düchting P., Weiler E. W.: Planta 216, 44 (2002).
- Birkemeyer C., Kolasa A., Kopka J.: J. Chromatogr., A 993, 89 (2003).
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.