Evaluation of Tissue-Specific Plant MetabolitesUsing Probe Electrospray Ionization Kit and LC-MS

Význam tématu

Analýza prostorově specifických metabolitů v rostlinných tkáních je klíčová pro pochopení biosyntetických drah a funkce jednotlivých molekul. Tradiční metody vyžadují velké množství vzorku a dlouhý čas přípravy, což omezuje aplikaci na malé mikroregiony. Metoda založená na probe electrospray ionizaci (PESI) v kombinaci s QTOF LC-MS nabízí rychlé, citlivé a minimálně invazivní řešení pro lokalizaci a identifikaci metabolit přímo na místě.

Cíle a přehled studie

Studie si klade za cíl demonstrovat využitelnost PESI kitu DPiMS QT spolu s kvadrupól-TOF hmotnostním spektrometrem LCMS-9030 pro detekci a porovnání metabolitů ve specifických částech plodů jahody a sansho. Autoři představují protokol pro rychlé odběry vzorku, moření fází a identifikaci klíčových složek bez nutnosti chromatografické separace.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky: červené a bílé části receptákul a acheny jahody zakoupené v obchodě; sekretorické vakuoly a perikarp plodů sansho sklizených v terénu a zmražených.

Odběr: sondou PESI se nasbíraly drobné množství tkáňově vázaných metabolit za ~1 s; do jamky destičky se přidalo 10 µl 50% isopropanolové vody.

Instrumentace:

• DPiMS QT (probe electrospray ionization kit)
• LCMS-9030 (QTOF hmotový spektrometr)
• Mód: pozitivní ionizace, Data Dependent Acquisition (DDA)
• Rozsahy m/z: MS 50–1000 (jahoda), 50–300 (sansho); MS/MS 10–1000 (jahoda), 10–300 (sansho)
• Teploty: DL 250 °C, heat block 50 °C, interface voltage 3,5 kV
• Doba analýzy: 0,1–1,0 min

Hlavní výsledky a diskuse

V jahodě byly v receptákulu detekovány hexózy, disacharidy a kyselina citronová ve všech barvách, zatímco anthokyanin pelargonidin-3-hexosid se vyskytoval pouze v červené části. V achenách byly sacharidy a organické kyseliny téměř neznatelné, ale přítomny byly cyanidin-3-glukosid a pelargonidin-3-hexosid. V sansho byly klíčové pálivé složky sanshool a hydroxy-sanshool výrazně lokalizovány v sekretorických vakuolách, s minimální detekcí v perikarpě. Všechny měřené složky vykázaly vysokou přesnost odhadu složení (chyby ≤ 0,59 mDa).

Přínosy a praktické využití metody

• Minimální příprava vzorku a rychlý odběr v řádu sekund
• Vysoká citlivost a prostorové rozlišení bez chromatografické separace
• Široká aplikovatelnost na různé třídy metabolit (sacharidy, organické kyseliny, pigmen ty, pálivé složky)
• Možnost vysokoprůchodové analýzy v QA/QC i výzkumu rostlinné fyziologie

Budoucí trendy a možnosti využití

Optimalizace solventů a parametrů PESI pro specifické metabolity a rostlinné druhy
Integrace s bioinformatickými nástroji pro mapování metabolomů v prostorovém kontextu
Využití v šlechtění plodin, farmaceutickém výzkumu a kontrole kvality rostlinných produktů
Rozšíření na další biologické materiály, např. řasy nebo dřevo

Závěr

Použití PESI kitu DPiMS QT v kombinaci s QTOF LCMS-9030 umožňuje rychlou (< 1 s) a precizní (< 1 min měření) detekci rostlinných metabolit s vysokou hmotnostní přesností. Metoda nabízí efektivní nástroj pro prostorově specifické metabolomické studie a široké uplatnění v praxi.

Reference

• Hiraoka K., Nishidate K., Mori K., Asakawa D., Suzuki S., Development of probe electrospray using a solid needle. Rapid Commun. Mass Spectrom. 21 (2007): 3139–3144.
• Ishibashi M., Zaitsu K., Yoshikawa I., Otagaki S., Matsumoto S., Oikawa A., Shiratake K., Tissue-specific metabolite profiling in strawberry by PESI. Hort. Res. 10 (2023): uhad039.
• Luo J., Hou X., Li S., Luo Q., Wu H., Shen G., Gu X., Mo X., Zhang Z., Characterization of sanshool compounds in Japanese pepper. Food Chem. X 14 (2022): 100342.