近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室潘洋教授團(tuán)隊(duì)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(tái)（Analytical Chemistry,2019,91, 6616-6623）結(jié)合多孔聚四氟乙烯印跡技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(xué)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(gè)植物代謝物的化學(xué)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(duì)探討植物代謝物的生物合成、運(yùn)輸、生理機(jī)制、自我調(diào)節(jié)機(jī)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(biāo)記、不需要復(fù)雜樣品前處理等優(yōu)點(diǎn)。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(duì)植物葉片中的代謝物進(jìn)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(duì)印跡后的材料進(jìn)行成像，可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dá)百種萜類、黃酮類、氨基酸和苷類等次生代謝產(chǎn)物；負(fù)離子模式下整體代謝物信號(hào)強(qiáng)度可增強(qiáng)一個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖3.銀杏葉葉片印跡質(zhì)譜成像

課題組進(jìn)一步利用該技術(shù)對(duì)茶葉進(jìn)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(yùn)至葉片的生物合成位點(diǎn)及轉(zhuǎn)運(yùn)路徑提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金和中國科學(xué)院關(guān)鍵技術(shù)人才計(jì)劃支持。

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

（國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室、科研部）

新聞鏈接：http://news.ustc.edu.cn/info/1055/80609.htm

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