पत्ती स्प्रे मास स्पेक्ट्रोमेट्री: एक तेजी से परिवेश Ionization तकनीक सीधे संयंत्र के ऊतकों से चयापचयों का आकलन करने के लिए
Summary
पत्ती स्प्रे मास स्पेक्ट्रोमेट्री एक प्रत्यक्ष रासायनिक विश्लेषण तकनीक है कि नमूना तैयारी को कम करता है और क्रोमैटोग्राफी समाप्त, संयंत्र के ऊतकों से छोटे अणुओं का तेजी से पता लगाने के लिए अनुमति देता है ।
Abstract
पौधों छोटे अणुओं है कि उनके रासायनिक गुणों में विविध है के हजारों का उत्पादन । मास स्पेक्ट्रोमेट्री (एमएस) संयंत्र चयापचयों विश्लेषण के लिए एक शक्तिशाली तकनीक है क्योंकि यह उच्च संवेदनशीलता और विशिष्टता के साथ आणविक भार प्रदान करता है । पत्ता स्प्रे एमएस एक परिवेश ionization तकनीक है जहां संयंत्र ऊतक electrospray के माध्यम से प्रत्यक्ष रासायनिक विश्लेषण के लिए प्रयोग किया जाता है, प्रक्रिया से क्रोमैटोग्राफी को नष्ट करने । नमूना चयापचयों के लिए यह दृष्टिकोण रासायनिक वर्गों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए अनुमति देता है बरकरार संयंत्र के ऊतकों से एक साथ पता लगाया जा, नमूना तैयारी की मात्रा को कम करने की जरूरत. जब एक उच्च संकल्प, सटीक मास एमएस के साथ प्रयोग किया जाता है, पत्ती स्प्रे एमएस ब्याज की चयापचयों का तेजी से पता लगाने की सुविधा । यह भी एक यौगिक पहचान की सुविधा के लिए इस तकनीक के साथ मिलकर जन विखंडन डेटा इकट्ठा करने के लिए संभव है. सटीक द्रव्यमान माप और विखंडन का संयोजन यौगिक पहचान की पुष्टि करने में लाभकारी है । पत्ती स्प्रे एमएस तकनीक एक nanospray ionization स्रोत के लिए केवल मामूली संशोधनों की आवश्यकता है और आगे एक जन स्पेक्ट्रोमीटर की क्षमताओं का विस्तार करने के लिए एक उपयोगी उपकरण है । यहां, Sceletium tortuosum (Aizoaceae), दक्षिण अफ्रीका से एक पारंपरिक औषधीय संयंत्र से ताजा पत्ती ऊतक, विश्लेषण किया है; कई mesembrine उपक्षारों पत्ती स्प्रे एमएस के साथ पता चला रहे हैं ।
Introduction
पौधों विविध रासायनिक गुणों के साथ छोटे अणुओं की एक विस्तृत श्रृंखला में होते हैं । एमएस यह पता लगाने और1चयापचयों की पहचान के लिए एक उच्च संवेदनशीलता और विशिष्टता के साथ मौलिक रचनाएं प्रदान कर सकते हैं, क्योंकि संयंत्र यौगिकों का विश्लेषण करने के लिए एक शक्तिशाली तकनीक है । सबसे अधिक, एमएस विलायक निकाले नमूनों, जो क्रोमैटोग्राफी से पहले एमएस विश्लेषण1से अलग कर रहे है पर किया जाता है । हालांकि, तरल क्रोमैटोग्राफी (LC) का उपयोग लंबे समय विश्लेषण की आवश्यकता है और अक्सर एक व्यापक नमूना तैयारी1के साथ जुड़ा हुआ है । इसके विपरीत, बरकरार ऊतकों के प्रत्यक्ष रासायनिक विश्लेषण है कि क्रोमैटोग्राफी दरकिनार एक बहुत तेजी से तकनीक है, कम नमूना तैयारी2की आवश्यकता होती है । इस प्रकार, उदाहरणों में जहां क्रोमेटोग्राफिक कदम forgone जा सकता है, एक सीधा रासायनिक विश्लेषण अत्यधिक लाभप्रद हो सकता है ।
ठेठ नियंत्रण रेखा-प्राकृतिक उत्पादों और metabolomics अनुसंधान के लिए एमएस सूखे या जमे हुए पौधों की लंबी थोक निकालने पर निर्भर करता है कई ऊतकों और सेल प्रकार युक्त सामग्री3। वैकल्पिक रूप से, इस तरह के संयंत्र के ऊतकों से चयापचयों के एमएस का पता लगाने के रूप में प्रत्यक्ष रासायनिक विश्लेषण, सेल प्रकार अलग और तैयारी कलाकृतियों4से बचने कर सकते हैं । पत्ता स्प्रे एमएस, भी ऊतक के रूप में संदर्भित-5स्प्रे,6, एक प्रत्यक्ष परिवेश ionization एमएस तकनीक है, जो अनिवार्य रूप से कोई नमूना तैयारी5,7की आवश्यकता है । पत्ता स्प्रे एमएस बारीकी से कागज स्प्रे एमएस, electrospray ionization की विशेषताओं के साथ एक परिवेश ionization तकनीक है कि analytes का पता लगाने कि7कागज पर जमा हो जाती है के लिए अनुमति देता है से संबंधित है । नाम के बावजूद, पत्ती स्प्रे एमएस पौधों के ऊतकों के विभिन्न प्रकार के लिए लागू है, न सिर्फ पत्तियों, और फल, बीज, जड़ों, फूलों के ऊतकों, और कंद पर प्रदर्शन किया गया है, दूसरों के बीच6,8,9, 10,11,12. तकनीक का पता लगाने के लिए जन स्पेक्ट्रोमीटर में पौध सामग्रियों से सीधे अंतर्जात फाइटोकेमिकल्स की ionization की सुविधा8. पत्ता स्प्रे एमएस भी पौधों में विभिंन प्रकार के ऊतकों में रसायन के स्थानिक वितरण के बारे में जानकारी प्रदान कर सकते है13। जब पत्ता स्प्रे एमएस विलायक निष्कर्षण और नियंत्रण रेखा के साथ तुलना में है-एमएस, परिणाम सुझाव पत्ती स्प्रे एमएस ऐसे trichomes13के रूप में अद्वितीय कोशिका प्रकार से सतह चयापचयों के तेजी से पता लगाने के लिए अनुमति देता है । चित्रा 1 पत्ती स्प्रे एमएस प्रयोगात्मक सेट-अप दिखाता है । प्रत्यक्ष electrospray ionization केवल छोटे स्रोत संशोधनों के बाद होता है । एक उच्च वोल्टेज संयंत्र के ऊतकों के लिए एक धातु दबाना के माध्यम से लागू किया जाता है, अत्यधिक आरोप लगाया बूंदों का एक स्प्रे का निर्माण एक टेलर शंकु कि एमएस Electrospray ionization के आयन प्रवेश करने के लिए आयनों वहन करती है संयंत्र के प्राकृतिक तरल से या विलायक appl से होता है संयंत्र की सतह को आईईडी । ऊतक पर एक नुकीले टिप electrospray की सुविधा और स्वाभाविक रूप से होने वाली या काटने के द्वारा बनाई जा सकती है ।
पत्ता स्प्रे एमएस एक विस्तृत विविधता के लिए एक तेजी से विधि है बरकरार संयंत्र के ऊतकों की गुणात्मक और अर्द्ध मात्रात्मक विश्लेषण है कि उपयोगिता पाया है आवेदनों की एक व्यापक विभिंन प्रकार के लिए । उदाहरण के लिए, तकनीक अंतर्जात यौगिकों का पता लगाने के लिए संबंधित प्रजातियों में भेद करने के लिए इस्तेमाल किया गया है, और यहां तक कि एक ही प्रजातियों में परिवर्तन का मूल्यांकन करने के लिए विभिंन परिस्थितियों में उगाया । पिछले अध्ययनों ने beautyberry (Callicarpa L) में चयापचयों को मापने के द्वारा इस दृष्टिकोण को दर्शाया है 12 और अमेरिकी ginseng (गिनसेंग quinquefolium एल) 6. उत्तरार्द्ध उदाहरण में, ginsenosides, एमिनो एसिड, और oligosaccharides गीला कच्चे ginseng ऊतक के बाद पता लगाया जा सकता है । जंगली और खेती अमेरिकी ginseng कंद स्लाइस6से विभेदित थे । Ginseng कंद अखंडता सफल पत्ता स्प्रे एमएस, जो एक बाद रूपात्मक और सूक्ष्म निरीक्षण6के लिए अनुमति संरक्षित किया गया । इसके अलावा, संयंत्र के नमूनों पर exogenous यौगिकों का भी पता लगाया जा सकता है । फलों और सब्जियों के छिलके या पल्प9पर कई कीटनाशकों (acetamiprid, diphenylamine, imazalil, linuron, और thiabendazole) का पता लगाया गया है । हालांकि इन अध्ययनों और कई अंय विभिंन विशिष्ट प्रयोजनों के लिए पत्ती स्प्रे एमएस की उपयोगिता को दिखाया गया है, एक विस्तृत प्रोटोकॉल पहले नहीं बताया गया है ।
यहां, प्रोटोकॉल विवरण एक विशिष्ट ऊतक या यौगिक के लिए विधि के अनुकूलन पर ध्यान केंद्रित नहीं होगा । बल्कि, Sceletium tortuosum (एल) N.E.Br. (Aizoaceae) से mesembrine उपक्षारों का पता लगाने के लिए आवश्यक अनुकूलन उपाय है कि जब एक प्रजाति, ऊतक, या के लिए एक पत्ती स्प्रे एमएस प्रयोग की स्थापना की जानी चाहिए पर चर्चा करने के लिए एक उदाहरण के रूप में प्रयोग किया जाता है पहली बार के लिए यौगिक (s) । एस tortuosum एक रसीला अर्द्ध दक्षिण अफ्रीका के शुष्क Karroo क्षेत्र के लिए स्थानिकमारी वाले है । सैन और खोि खोि लोगों की एक पारंपरिक दवा, यह भूख और प्यास दमन के लिए इस्तेमाल किया गया था और साथ ही अपनी नशीली और एनाल्जेसिक प्रभाव के लिए14,15. वर्तमान में, मानकीकृत अर्क neuropsychiatric और neuropsychological विकारों16,17के उपचार के लिए उपयोग किया जाता है । ब्याज की प्राथमिक यौगिकों उपक्षार mesembrine और उसके डेरिवेटिव, जिनमें से कई भी संबंधित Sceletium प्रजातियों में पाए जाते है15शामिल हैं । दोनों जंगली और tortuosum की खेती की आबादी mesembrine उपक्षारों के चर सांद्रता है, इस प्रकार एक गुणवत्ता नियंत्रण चुनौती18पेश । mesembrine उपक्षारों का तेजी से पता लगाने के लिए एक विधि, जैसे पत्ती स्प्रे एमएस, Sceletium उत्पादों की निगरानी में उपयोगी हो सकता है । क्योंकि पहले, वहां पत्ती स्प्रे एमएस तकनीक के लिए कोई विस्तृत दृश्य प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल गया था, हम एस tortuosumके उदाहरण का उपयोग कर विधि वर्णन करेंगे, और निंनलिखित वर्णित है: एक nanospray स्रोत के संशोधन, चयन और संयंत्र के ऊतकों की तैयारी, डेटा के अधिग्रहण, परिणामों की व्याख्या, और एमएस मापदंडों का अनुकूलन.
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रोटोकॉल के सफल प्रयोग संयंत्र प्रजातियों, ऊतक प्रकार, और लक्ष्य के लिए ब्याज की यौगिक (एस) के लिए विभिंन चरणों के अनुकूलन पर निर्भर करता है । प्रोटोकॉल में वर्णित पैरामीटर्स एक अच्छा प्रारंभिक बिं?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम NSF प्लांट जीनोम रिसर्च प्रोग्राम ग्रांट आईओएस-१२३८८१२ और बायोलॉजी आईओएस-१४००८१८ में Postdoctoral फेलोशिप द्वारा वित्त पोषित किया गया । काम भी कैथरीन ए Sammons के लिए एक मोनसेंटो स्नातक छात्र फैलोशिप द्वारा वित्त पोषित किया गया । फुलब्राइट अफ्रीकी शोधकर्ता विद्वानों के कार्यक्रम (2017-2018) Nokwanda पी Makunga को संमानित किया धन के लिए धंयवाद दिया है । हम बहुत जेसिका Prenni और कोलोराडो राज्य विश्वविद्यालय में प्रोटियोमिक् और Metabolomics सुविधा से एक nanospray स्रोत के दान की सराहना करते हैं ।
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
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