质谱成像揭示银杏叶截面中独特的空间代谢组学

银杏是银杏科中硕果仅存的物种，被称为活化石。银杏叶中富含许多生物活性物质，能用来治疗许多外周动脉，记忆功能障碍的疾病。传统的研究手段诸如液质联用、气质联用、毛细管电泳等都是叶片组织均质化的研究，因此对代谢物在组织内的分布不得而知。但至少有10种组织、15种以上的细胞是异质化分布的，当前植物成像技术（光学/电子显微镜）已经被用于代谢物分布研究，但是这些方法都需要分子标记，无法做非标研究。MALDI成像近年来被广泛应用于非标记成像研究。

本报告利用布鲁克ultrafleXtreme MALDI-TOF/TOF MS和solariX MRMS这两个质谱平台来研究叶片中代谢物成分，在银杏叶中首次发现了黄酮苷元、双黄酮苷、黄酮苷、双糖苷、银杏内酯等多种物质。

• ultrafleXtreme用作快速筛选工具，以优化基质，检测质量范围，空间分辨率等；

• solariX提供更好的分子特异性，并用于收集银杏叶片图像和来自不同银杏横切面的代表性谱图。

结果和讨论

在利用ultrafleXtreme摸索条件时，正离子模式使用DHB、CHCA，负离子模式使用9-AA，另外DHB还使用了喷雾法和升华法做了比较，从图1中可以看出DHB效果优于CHCA，因此正离子模式选择DHB，负离子模式选择9-AA。从图2的喷涂基质方法比较结果来看，喷雾法的信号更多，响应更强，因此选择喷雾法。

以下为一些具有代表性的谱图（图4），我们可以利用MRMS低于ppm级别的精确度对化合物进行鉴定：从上表皮表面鉴定出黄酮苷的[M+H]+，[M+Na]+，[M+K]+峰（图4.A），还从上表皮检测到类黄酮苷元[M+K]+的二聚体（图4.B）。在负离子模式下从上表皮中检测到了三组类黄酮苷元的峰，m/z284.0331 和285.0409，m/z 300.0279和301.0359，m/z 314.0437和315.0517（图4.C），他们分别是去质子化离子[M-H]-和自由基产物离子[M-H-H]-•。图4.D为负模式下从分泌腔获得的银杏酸和腰果酚。

以下图5为一些代表性的分子在组织上的异质性分布，包括类黄酮苷元、双类黄酮、类黄酮糖苷和双糖苷等，大多数离子都聚集在叶片的上下表皮。值得注意的是，由于类黄酮在植物中的丰度较低，因此最近才刚刚报道，这是因为常见的LC-MS会将植物组织均质化，含量低的物质无法检测到，但是MALDI-TOF可以对某一特定位置进行检测，从而检测到含量较低的物质。有一些物质明显在上表皮的分布高于下表皮，比如m/z1551.34和m/z1535.35（银杏果苷），数据与查尔酮合酶生物活性（类黄酮生物合成中的关键酶）的异质分布一致，该酶主要存在于上表皮中。在叶肉层和分泌腔中检测到了一些磷酸胆碱（PCs）（例如，m /z 796.52）。据报道，这些脂质相关化合物在植物细胞中充当第二信使，并且主要在分泌腔中观察到。

结论

• MALDI Imaging是首次使银杏叶代谢产物可视化的强大工具，可以检测到一些含量非常低的物质。

• 这些离子图像可以增进对单个物种独特功能及其在植物生长和发育中的生物功能以及非生物和生物胁迫响应的了解。