Analytical Chemistry:实现对多种植物叶片代谢物空间成像

中国科学技术大学科研团队在植物叶片代谢物质谱成像取得新进展，实现对多种植物叶片中代谢物的空间成像。

这一成果由该校国家同步辐射实验室潘洋教授团队利用自行研发的质谱成像平台，实现对多种植物叶片中代谢物的“拍照”。

研究成果近日发表于国际分析化学领域著名期刊 Analytical Chemistry杂志。

在已知植物种群中，有约200,000个植物代谢物的化学结构被鉴定出来。植物代谢物的成分分析和空间成像对探讨植物代谢物的生物合成、运输、生理机制、自我调节机制及植物与生态的相互作用具有重要意义。

质谱成像是近年来涌现出的分子成像技术，具有免荧光标记、不需要复杂样品前处理等优点。然而，由于植物角质层和表皮蜡的存在，常规软电离技术很难穿透角质层作用于叶肉组织，从而无法对植物叶片中的代谢物进行直接成像。

课题组通过印迹方法，将叶片中的植物代谢物转移至多孔聚四氟乙烯材料上，并对印迹后的材料进行成像，可实现对叶片植物代谢物的间接成像。由于使用DESI/PI技术，相比于传统DESI方法，正离子模式下可新检出多达百种萜类、黄酮类、氨基酸和苷类等次生代谢产物；负离子模式下整体代谢物信号强度可增强一个数量级。

课题组进一步利用该技术对茶叶进行研究，发现咖啡因在叶中脉富集、茶氨酸在叶柄富集并延伸至中脉和叶尾，为咖啡因主要在茶叶中脉合成和茶氨酸在茶叶根部合成并转运至叶片的生物合成位点及转运路径提供了强有力的证据。

实验还检测到茶叶中儿茶素生物合成网络中重要的黄酮类代谢物并以质谱成像的形式展示出空间分布，表明印迹DESI/PI成像技术在探索植物代谢转化位点和途径方面有巨大的潜力。