نبات رذاذ الكتلي: أسلوب تاين المحيطة سريع مباشرة تقييم نواتج الأيض من الأنسجة النباتية
Summary
نبات رذاذ الكتلي هو أسلوب تحليل الكيميائي مباشر أن يقلل إعداد العينة ويلغي الفصل اللوني، مما يسمح للكشف السريع عن جزيئات صغيرة من الأنسجة النباتية.
Abstract
محطات إنتاج آلاف جزيئات الصغيرة التي تتنوع في خصائصها الكيميائية. الطيف الكتلي (MS) تقنية قوية لتحليل نواتج الأيض النباتية لأنها توفر الأوزان الجزيئية مع حساسية عالية وخصوصية. رش أوراق MS أسلوب تاين المحيطة حيث يتم استخدام الأنسجة النباتية للتحليل الكيميائي المباشر عبر اليكتروسبراي، القضاء على الفصل اللوني من العملية. يسمح هذا النهج لأخذ العينات من الأيض بمجموعة واسعة من فئات كيميائية الكشف عنها في وقت واحد من الأنسجة النباتية سليمة، التقليل من مقدار إعداد العينات اللازمة. عند استخدامها مع MS أسلحة ذات دقة عالية ودقيقة، رش أوراق MS يسهل الكشف السريع عن نواتج الأيض للفائدة. من الممكن أيضا جمع بيانات تجزئة tandem الشامل مع هذا الأسلوب لتسهيل تعريف مركب. الجمع بين قياسات أسلحة دقيقة وتجزئة مفيد في تأكيد الهويات المركبة. رش أوراق تقنية MS يتطلب تعديلات طفيفة فقط إلى مصدر تاين نانوسبراي، وهو أداة مفيدة لزيادة توسيع قدرات مطياف كتلة. هنا، يتم تحليل الأنسجة أوراق جديدة من تورتوسوم سسيليتيوم (بركانية)، النباتات طبية تقليدية من جنوب أفريقيا؛ تم الكشف عن عدة ميسيمبريني قلوانيات مع رش أوراق MS.
Introduction
نباتات تحتوي على مجموعة واسعة من الجزيئات الصغيرة ذات خصائص كيميائية متنوعة. مرض التصلب العصبي المتعدد تقنية قوية لتحليل المركبات النباتية لأنها توفر عنصري التراكيب مع حساسية عالية وخصوصية لكشف وتحديد نواتج الأيض1. الأكثر شيوعاً، هو إجراء مرض التصلب العصبي المتعدد على عينات استخراج المذيبات، والتي تكون مفصولة بواسطة اللوني قبل تحليل مرض التصلب العصبي المتعدد1. ومع ذلك، استخدام اللوني السائل (ش) يتطلب تحليل مطول مرات وغالباً ما يقترن إعداد عينة واسعة النطاق1. وفي المقابل، التحليل الكيميائي المباشر لانسجة سليمة أن تلتف اللوني تقنية سريعة جداً، التي تتطلب إعداد نموذج الحد الأدنى2. وهكذا، يمكن تحليل كيميائي مباشرة في الحالات حيث يمكن أن تكون الخطوات الكروماتوغرافي الضائعة، مفيد جداً.
LC-MS نموذجية لبحوث المنتجات وجميع الطبيعية يعتمد على عمليات الاستخراج المطولة الجزء الأكبر من المواد النباتية المجففة أو المجمدة التي تحتوي على العديد من الأنسجة والخلايا أنواع3. بدلاً من ذلك، يمكن عزل الخلية أنواع التحليل الكيميائي المباشر، مثل الكشف عن مرض التصلب العصبي المتعدد من نواتج الأيض من الأنسجة النباتية، وتجنب إعداد التحف4. رش أوراق MS، كما يشار إلى الأنسجة-رذاذ5،6، هو أسلوب تاين المحيطة مباشرة مرض التصلب العصبي المتعدد، التي تتطلب أساسا لا نموذج إعداد5،7. رش أوراق MS يرتبط ارتباطاً وثيقا بورقة رذاذ مرض التصلب العصبي المتعدد، أسلوب تاين المحيطة مع الخصائص للتأين اليكتروسبراي التي تسمح للكشف عن التحاليل التي تودع على ورقة7. وعلى الرغم من الاسم، ورذاذ أوراق MS تنطبق على أنواع مختلفة من الأنسجة النباتية، ليس فقط يترك، وقد برهنت على الفواكه والبذور والجذور، وأنسجة نباتية والدرنات، بين أمور أخرى،6،،من89 10،،من1112. وتسهل التقنية التأين من المواد الكيميائية النباتية المحلية مباشرة من المواد النباتية في مطياف الشامل للكشف عن8. يمكن رش أوراق MS أيضا معلومات عن التوزيع المكاني للمواد الكيميائية في أنواع مختلفة من الأنسجة في النباتات13. عند رش أوراق MS مقارنة بالاستخلاص بالمذيبات و LC-مرض التصلب العصبي المتعدد، تشير النتائج إلى رش أوراق MS يسمح للكشف السريع عن نواتج الأيض السطحية من أنواع خلايا فريدة مثل تريتشوميس13. ويبين الشكل 1 ليف رذاذ MS الإعداد التجريبية. يحدث التأين اليكتروسبراي مباشرة بعد التعديلات الطفيفة المصدر فقط. يتم تطبيق جهد العالي للأنسجة النباتية عن طريق المشبك معدني، وإنتاج رذاذ من قطرات مشحونة تشكيل مخروط تايلور الذي يحمل الأيونات إلى مدخل أيون من اليكتروسبراي السيدة يحدث التأين من السائل الطبيعي من المصنع أو من appl المذيبات العبوات الناسفة على سطح النبات. تلميح أشار في الأنسجة ويسهل اليكتروسبراي ويمكن بطبيعة الحال التي تحدث أو التي تم إنشاؤها عن طريق خفض.
رش أوراق MS هو طريقة سريعة للتحليل النوعي والكمي شبه من الأنسجة النباتية سليمة التي وجدت فائدة لمجموعة متنوعة من التطبيقات. على سبيل المثال، استخدمت التقنية للكشف عن المركبات الذاتية التمييز بين الأنواع ذات الصلة، وحتى لتقييم التغييرات في نفس الأنواع التي نمت تحت ظروف مختلفة. وقد أظهرت الدراسات السابقة هذا النهج عن طريق قياس نواتج الأيض في بيوتيبيري (Callicarpa L.) 12 وأمريكا الجنسنغ (Panax quinquefolium ل.) 6-في المثال الأخير، يمكن اكتشاف جينسينوسيديس والأحماض الأمينية أوليجوساكتشاريديس بعد ترطيب الأنسجة الجنسنغ الخام. كانت متباينة الجنسنغ الأمريكية البرية والمزروعة من درنة شرائح6. وكان الحفاظ على سلامة درنة الجنسنغ رذاذ ليف خلفا مرض التصلب العصبي المتعدد، الذي يسمح ل تفتيش المورفولوجية والمجهرية لاحقة6. وعلاوة على ذلك، يمكن أيضا اكتشاف المركبات الخارجية على عينات النبات. تم اكتشاف عدد من مبيدات الآفات (اسيتامبريد، ديفينيلاميني، إيمازاليل، لينورون، وثيابندازول) قشر أو لب الفواكه والخضروات9. عدم ذكر سابقا بينما أظهرت هذه الدراسات وغيرها الكثير فائدة رش أوراق MS لأغراض محددة مختلفة، بروتوكول مفصل.
هنا، وصف البروتوكول لن يركز على الاستفادة المثلى الأسلوب لنسيج معين أو مركب. بدلاً من ذلك، يستخدم في الكشف عن قلويدات ميسيمبريني من N.E.Br تورتوسوم سسيليتيوم (لام)-(بركانية) كمثال لمناقشة تدابير التحسين اللازمة التي ينبغي اتخاذها عند إعداد تجربة أوراق MS رذاذ لأنواع، الأنسجة، أو compound(s) للمرة الأولى. تورتوسوم س. المتوطنة النضرة إلى منطقة كارو شبه القاحلة في جنوب أفريقيا. طب التقليدي سان والشعوب الخوي خوي، وأنه كان يستخدم لقمع الشهية والعطش، وكذلك المؤثرات العقلية ومسكن14،15. حاليا، ومقتطفات موحدة تستخدم لعلاج الاضطرابات النفسية العصبية والعصبية16،17. وتشمل المركبات الأولية لمصلحة ميسيمبريني قلويد ومشتقاته، وكثير منها موجودة أيضا في الأنواع ذات الصلة في سسيليتيوم 15. لدى سكان المناطق البرية والمزروعة من س. تورتوسوم تركيزات متغيرة من قلويدات ميسيمبريني، مما يخلق تحديا مراقبة الجودة18. طريقة للكشف السريع عن قلويدات ميسيمبريني، مثل نبات رذاذ مرض التصلب العصبي المتعدد، قد تكون مفيدة في رصد المنتجات سسيليتيوم . لأن سابقا، كان هناك أي بروتوكول تجريبي البصرية التفصيلية لرش أوراق تقنية MS، نحن سيتم توضيح طريقة استخدام مثال س. تورتوسوم، وهو وصف ما يلي: تعديل مصدر نانوسبراي، اختيار وإعداد الأنسجة النباتية، والحصول على البيانات، وتفسير النتائج، والتحسين من المعلمات مرض التصلب العصبي المتعدد.
Protocol
Representative Results
Discussion
الاستخدام الناجح لهذا البروتوكول يعتمد على الاستفادة المثلى الخطوات المختلفة للأنواع النباتية ونوع النسيج، والهدف compound(s) للفائدة. المعلمات الموصوفة في البروتوكول توفر نقطة انطلاق جيدة. المقررات التجريبية التالية تحتاج إلى بذل واختبارها: أم لا باستخدام (1) قص أو الأنسجة تقطيعه والمذيبات …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذا العمل بمنحه برنامج أبحاث الجينوم المصنع NSF دائرة الرقابة الداخلية–1238812 و “زمالات ما بعد الدكتوراه” في “علم الأحياء” دائرة الرقابة الداخلية–1400818. كما مولت الأعمال “زمالة الطلاب الخريجين مونسانتو” إلى كاثرين سامونز ألف. وشكر “أفريقيا الباحث علماء برنامج فولبرايت” (2017-2018) هو التمويل الممنوح ماكونجا ص نكوندا. ونحن نقدر تقديراً كبيرا التبرع بمصدر نانوسبراي من برني جيسيكا ومرفق البروتيوميات وجميع في جامعة ولاية كولورادو.
Materials
| Conn Pin | Digi-Key elctronics | WM2563CT-ND | pin will insert into Thermo Scientific source to provide voltage |
| small clamp | Digi-Key elctronics | 314-1018-ND | CLIP MICRO ALLIGATOR COPPER 5A |
| large clamp | Digi-Key elctronics | 290-1951-ND | ALLIGATOR CLIP NARROW NICKLE 5A |
| Heat shrink | Digi-Key elctronics | Q2Z1-KIT-ND | to cover soldering joints |
| NSI source Nanospray Ion Source | Thermo scientific | NA | Another brand will work if you are not using a Thermo instrument |
| Q Exactive- hybrid quadrupole Orbitrap | Thermo scientific | NA | Another brand will work if you are not using a Thermo instrument |
| Tune Software | Thermo scientific | Another brand will work if you are not using a Thermo instrument | |
| Xcalibur Software | Thermo scientific | ||
| Plant of interest – S. tortousum |
References
- Pitt, J. J. Principles and applications of liquid chromatography – mass spectrometry in clinical biochemistry. The Clinical Biochemist Reviews. 30 (1), 19-34 (2009).
- Cooks, R. G., Ouyang, Z., Takats, Z., Wiseman, J. M. Detection technologies. Ambient mass spectrometry. Science. 311 (5767), 1566-1570 (2006).
- Kim, H. K., Verpoorte, R. Sample preparation for plant metabolomics. Phytochemical Analysis. 21 (1), 4-13 (2010).
- Takats, Z., Wiseman, J. M., Gologan, B., Cooks, R. Mass spectrometry sampling under ambient conditions with desorption electrospray ionization. Science. 306 (5695), 471-473 (2004).
- Liu, J., Wang, H., Cooks, R. G., Ouyang, Z. Leaf spray: direct chemical analysis of plant material and living plants by mass spectrometry. Analytical Chemistry. 83 (20), 7608-7613 (2011).
- Chan, S. L. -. F., Wong, M. Y. -. M., Tang, H. -. W., Che, C. -. M., Ng, K. -. M. Tissue-spray ionization mass spectrometry for raw herb analysis. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 25 (19), 2837-2843 (2011).
- Wang, H., Liu, J., Cooks, R. G., Ouyang, Z. Paper spray for direct analysis of complex mixtures using mass spectrometry. Angewandte Chemie International Edition. 49 (5), 877-880 (2010).
- Liu, J., Wang, H., Cooks, R. G., Ouyang, Z. Leaf spray: Direct chemical analysis of plant material and living plants by mass spectrometry. Analytical Chemistry. 83 (20), 7608-7613 (2011).
- Malaj, N., Ouyang, Z., Sindona, G., Cooks, R. G. Analysis of pesticide residues by leaf spray mass spectrometry. Analytical Methods. 4 (7), 1913-1919 (2012).
- Snyder, D. T., Schilling, M. C., Hochwender, G., Kaufman, A. D. Analytical methods profiling phenolic glycosides in Populus deltoides and Populus grandidentata by leaf spray ionization tandem mass spectrometry. Analytical Methods. 7 (3), 870-876 (2015).
- Falcone, C. E., Cooks, R. G. Molecular recognition of emerald ash borer infestation using leaf spray mass spectrometry. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 30 (11), 1304-1312 (2016).
- Liu, J., Gu, Z., Yao, S., Zhang, Z., Chen, B. Rapid analysis of Callicarpa L. using direct spray ionization mass spectrometry. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 124, 93-103 (2016).
- Freund, D. M., Martin, A. C., Cohen, J. D., Hegeman, A. D. Direct detection of surface localized specialized metabolites from Glycyrrhiza lepidota (American licorice) by leaf spray mass spectrometry. Planta. 247 (1), 267-275 (2018).
- Smith, M. T., Crouch, N. R., Gericke, N., Hirst, M. Psychoactive constituents of the genus Sceletium N.E.Br. and other Mesembryanthemaceae: a review. Journal of Ethnopharmacology. 50 (3), 119-130 (1996).
- Gerickea, N., Viljoen, A. M. Sceletium-a review update. Journal of Ethnopharmacology. 119 (3), 653-663 (2008).
- Terburg, D., et al. Acute effects of Sceletium tortuosum (Zembrin), a dual 5-HT reuptake and PDE4 inhibitor, in the human amygdala and its connection to the hypothalamus. Neuropsychopharmacology. 38 (13), 2708-2716 (2013).
- Coetzee, D. D., López, V., Smith, C. High-mesembrine Sceletium extract (TrimesemineTM) is a monoamine releasing agent, rather than only a selective serotonin reuptake inhibitor. Journal of Ethnopharmacology. 177, 111-116 (2016).
- Shikanga, E. A., et al. In vitro permeation of mesembrine alkaloids from Sceletium tortuosum across porcine buccal, sublingual, and intestinal mucosa. Planta Medica. 78 (3), 260-268 (2012).
- Pulliam, C. J., Bain, R. M., Wiley, J. S., Ouyang, Z., Cooks, R. G. Mass spectrometry in the home and garden. Journal of The American Society for Mass Spectrometry. 26 (2), 224-230 (2015).
- Lawton, Z. E., et al. Analytical validation of a portable mass spectrometer featuring interchangeable, ambient ionization sources. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 28 (6), 1048-1059 (2017).
- . GNPS Available from: https://gnps.ucsd.edu/ (2018)
- Chambers, M. C., et al. A cross-platform toolkit for mass spectrometry and proteomics. Nature Biotechnology. 30 (10), 918-920 (2012).
- Pluskal, T., Castillo, S., Villar-Briones, A., Ore, M. MZmine2: modular framework for processing, visualizing, and analyzing mass spectrometry-based molecular profile data. BMC Bioinformatics. 11, 395 (2010).
- Meyer, G. M. J., Wink, C. S. D., Zapp, J., Maurer, H. H. GC-MS, LC-MS(n), LC-high resolution-MS(n), and NMR studies on the metabolism and toxicological detection of mesembrine and mesembrenone, the main alkaloids of the legal high "Kanna" isolated from Sceletium tortuosum. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 407 (3), 761-778 (2015).
- Zhang, N., et al. Rapid detection of polyhydroxylated alkaloids in mulberry using leaf spray mass spectrometry. Analytical Methods. 5 (10), 2455-2460 (2013).
- Pereira, I., et al. Rapid screening of agrochemicals by paper spray ionization and leaf spray mass spectrometry: which technique is more appropriate?. Analytical Methods. 8, 6023-6029 (2016).
- Zhang, J. I., Li, X., Cooks, R. G. Direct analysis of steviol glycosides from Stevia leaves by ambient ionization mass spectrometry performed on whole leaves. The Analyst. 137 (13), 3091-3098 (2012).
- Freund, D. M., Hegeman, A. D. Recent advances in stable isotope-enabled mass spectrometry-based plant metabolomics. Current Opinion in Biotechnology. 43, 41-48 (2017).
- Wurtzel, E. T., Kutchan, T. M. Plant metabolism, the diverse chemistry set of the future. Science. 353 (6305), 1232-1236 (2016).
