Spectrométrie de masse de pulvérisation foliaire : Une Technique d’ionisation ambiant rapide pour évaluer directement les métabolites de tissus végétaux
Summary
Spectrométrie de masse de pulvérisation foliaire est une technique d’analyse chimique directe qui minimise la préparation de l’échantillon et élimine la chromatographie, permettant la détection rapide de petites molécules de tissus végétaux.
Abstract
Les plantes produisent des milliers de petites molécules qui sont différentes dans leurs propriétés chimiques. Spectrométrie de masse (MS) est une technique puissante pour l’analyse des métabolites végétaux car il fournit des poids moléculaires avec une spécificité et une sensibilité élevée. Pulvérisation foliaire MS est une technique d’ionisation ambiant où tissu végétal est utilisé pour l’analyse chimique directe via electrospray, éliminant la chromatographie du processus. Cette approche d’échantillonnage des métabolites permet un large éventail de classes chimiques de détecter simultanément des tissus végétaux intacts, minimisant la quantité de préparation de l’échantillon nécessaire. Lorsqu’il est utilisé avec une MS de masse à haute résolution, précise, pulvérisation foliaire MS facilite la détection rapide des métabolites d’intérêt. Il est également possible de recueillir des données de la fragmentation de masse en tandem avec cette technique pour faciliter une identification composée. La combinaison de mesures précises de masse et de la fragmentation est bénéfique à confirmer les identités composées. La pulvérisation foliaire technique MS nécessite seulement des modifications mineures à une source d’ionisation de tuyères et est un outil utile pour accroître les capacités d’un spectromètre de masse. Ici, les tissus de la feuille fraîche de Sceletium tortuosum (Aizoaceae), une plante médicinale traditionnelle d’Afrique du Sud, sont analysée ; nombreux alcaloïdes mesembrine sont détectés avec une pulvérisation foliaire MS.
Introduction
Les plantes contiennent un large éventail de petites molécules ayant des propriétés chimiques différentes. MS est une technique puissante pour l’analyse de composés végétaux parce qu’elle peut offrir des compositions élémentaires avec une grande sensibilité et une spécificité pour la détection et l’identification des métabolites1. Le plus souvent, MS est effectuée sur les échantillons extraits au solvant, qui sont séparés par chromatographie en phase avant l’analyse MS1. Cependant, l’utilisation de la chromatographie liquide (LC) nécessite fois longue analyse et est souvent associée à un vaste échantillon préparation1. En revanche, l’analyse chimique directe des tissus intacts qui contourne la chromatographie est une technique très rapide, nécessitant un minimum d’échantillon préparation2. Ainsi, dans les cas où des mesures chromatographiques peuvent être abandonnées, une analyse chimique directe peut être très avantageuse.
Typique LC-MS pour la recherche de produits et de la métabolomique naturelle s’appuie sur les extractions longues en vrac de matériaux végétaux séchés ou surgelés contenant plusieurs tissus et cellules types3. Sinon, analyse chimique directe, telles que la détection de MS des métabolites du tissu végétal, peut isoler les types de cellules et éviter les artefacts de préparation4. Pulvérisation foliaire MS, également dénommée tissu-spray5,6, est une technique d’ionisation ambiant direct MS, qui requiert essentiellement aucun échantillon préparation5,7. Pulvérisation foliaire que MS est étroitement liée au jet de papier MS, une technique d’ionisation ambiant avec caractéristiques d’ionisation par électronébulisation qui permet la détection des analytes qui sont déposés sur papier,7. Malgré son nom, pulvérisation foliaire MS est applicable à différents types de tissus végétaux, laisse pas juste et a été démontrée sur les fruits, graines, racines, les tissus floraux et tubercules, entre autres,6,8,9, 10,11,12. La technique facilite l’ionisation du endogène phytochimiques directement à partir des matières végétales dans le spectromètre de masse pour détection8. Pulvérisation foliaire MS peut également fournir des informations sur la distribution spatiale des produits chimiques dans les types de tissus différents en plantes13. Lorsque la pulvérisation foliaire MS est comparée à l’extraction par solvant et LC-MS, les résultats suggèrent de pulvérisation foliaire que MS permet une détection rapide des métabolites surfaces de types de cellules uniques tels que les trichomes13. La figure 1 illustre le montage expérimental de MS pulvérisation foliaire. Ionisation par électronébulisation directe se produit après que des modifications mineures de source. Une tension élevée est appliquée pour les tissus végétaux par un collier métallique, produisant une pulvérisation de gouttelettes survoltées, formant un cône de Taylor qui transporte les ions à l’entrée d’ion de la Mme Electrospray Ionisation se produit dans le liquide naturel de la plante ou de l’appl solvant EEI à la surface de la plante. Un embout pointu sur le tissu facilite l’électrospray et peut être naturellement naturels ou créés par la coupe.
Pulvérisation foliaire MS est une méthode rapide pour l’analyse qualitative et semi quantitative des tissus végétaux intacts qui ont trouvé l’utilitaire pour une grande variété d’applications. Par exemple, la technique a été utilisée pour détecter des composés endogènes pour distinguer les espèces apparentées et même d’évaluer les changements dans la même espèce cultivée dans des conditions différentes. Des études antérieures ont montré cette approche en mesurant les métabolites dans Callicarpe (Callicarpa L.) 12 et ginseng américain (Panax quinquefolium L.) 6. dans le dernier exemple, ginsenosides, des acides aminés et oligosaccharides pourraient être détectés après mouillage tissu brut ginseng. Ginseng américain sauvage et cultivé ont été dissociés du tubercule tranches6. Le ginseng tuber intégrité a été préservée succédant pulvérisation foliaire MS, permettant une inspection morphologique et microscopique ultérieure6. En outre, les composés exogènes sur des échantillons de plantes peuvent également être détectés. Un certain nombre de pesticides (acétamipride, diphénylamine, imazalil, linuron et thiabendazole) ont été détecté sur peel ou pulpe de fruits et légumes9. Alors que ces études et beaucoup d’autres ont montré l’utilité de pulvérisation foliaire MS à diverses fins spécifiques, un protocole détaillé n’a pas été précédemment signalé.
Ici, la description de protocole ne se concentrera pas sur l’optimisation de la méthode pour un tissu spécifique ou composé. Plutôt, la détection des alcaloïdes mesembrine de Sceletium tortuosum (L.) n.e.br. (Aizoaceae) est utilisée à titre d’exemple pour discuter des mesures d’optimisation nécessaires qui doivent être prises lorsque vous configurez une expérience de MS pulvérisation foliaire pour une espèce, tissu, ou composés pour la première fois. S. tortuosum est une succulente endémiques à la région semi-aride de klkkfj d’Afrique du Sud. Un remède traditionnel du San et Khoi Khoi peoples, on l’utilisait pour suppression appétit et la soif ainsi que pour ses effets psychotropes et analgésique14,15. Actuellement, les extraits normalisés sont utilisés pour le traitement des troubles neuropsychiatriques et neuropsychologiques16,17. Les composés primaires d’intérêt incluent l’alcaloïde mesembrine et ses dérivés, dont beaucoup se trouvent aussi dans connexes Sceletium espèces15. Les populations sauvages et cultivées de S. tortuosum ont des concentrations variables d’alcaloïdes mesembrine, présentant ainsi un contrôle de la qualité défi18. Une méthode pour la détection rapide des alcaloïdes mesembrine, comme la pulvérisation foliaire MS, peut-être être utile pour la surveillance des produits de Sceletium . Car auparavant, il n’y avait eu aucun protocole d’essai visuel détaillé pour la pulvérisation foliaire technique MS, Nous illustrerons la méthode à l’aide de l’exemple de S. tortuosumet décrit ce qui suit : la modification d’une source de tuyères, les sélection et préparation des tissus végétaux, l’acquisition des données, l’interprétation des résultats et l’optimisation des paramètres du MS.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’utilisation réussie de ce protocole repose sur l’optimisation des différentes étapes pour les espèces végétales, type de tissu et cibles composés d’intérêt. Les paramètres décrits dans le protocole fournissent un bon point de départ. Les décisions expérimentales suivantes doivent être réalisés et mis à l’essai : si oui ou non à l’emploi (1) couper ou tissus non circoncis et solvant (2) ou pas de solvant, (3) quel solvant utiliser et dans quel volume, (4) ce qui la distance du tissu de l’…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été financé par la subvention de NSF Plant Genome Research Program IOS-1238812 et le stage postdoctoral en biologie IOS-1400818. Le travail a également été financé par une bourse d’étudiant diplômé Monsanto à Katherine A. Sammons. Le programme Fulbright des boursiers chercheur africain (2017-2018) est remercié pour le financement accordé à Nokwanda P. Makunga. Nous apprécions grandement la donation d’une source de tuyères de Jessica Prenni et l’installation de protéomique et métabolomique à la Colorado State University.
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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