Name: leaf spray mass spectrometry: a rapid ambient ionization technique to directly assess metabolites from plant tissues
Uploaded: 2018-06-21T15:00:00
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この作品は、NSF 植物ゲノム研究プログラム助成 IOS 1238812 と員生物 IOS-1400818 によって賄われていた。仕事もキャサリン A. サモンズにモンサント社の大学院学生団体によって資金を供給されました。フルブライト アフリカ研究者学者プログラム (2017-2018) が Nokwanda P. Makunga に与えられる資金の感謝の意を。ジェシカの Prenni からの nanospray ソースの寄付、コロラド州立大学でプロテオミクスとメタボロミクスの設備をお願い申し上げます。

1. 葉の Nanospray ソースに変更スプレー MS
<ol><li>リーフ スプレー MS に変更した nanospray ソースを使用します。流体部品をリーフ スプレー MS に必要なしと、ソースを変更するには、ソースから LC プローブを削除します。</li>
	<li>ソースに接続するための適切なピンと植物組織に電圧を適用するリーフ スプレー MS ワイヤを組み立てます。絶縁線; の一方の端にピンをはんだ付けワイヤーの反対?...

<ol>
	<li>Pitt, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Principles+and+applications+of+liquid+chromatography+-+mass+spectrometry+in+clinical+biochemistry.">Principles and applications of liquid chromatography - mass spectrometry in clinical biochemistry.</a> The Clinical Biochemist Reviews. 30 (1), 19-34 (2009).</li><li>Cooks, R. G., Ouyang, Z., Takats, Z., Wiseman, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+technologies.+Ambient+mass+spectrometry.">Detection technologies. Ambient mass spectrometry.</a> Science. 311 (5767), 1566-1570 (2006).</li><li>Kim, H. 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G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+recognition+of+emerald+ash+borer+infestation+using+leaf+spray+mass+spectrometry.">Molecular recognition of emerald ash borer infestation using leaf spray mass spectrometry.</a> Rapid Communications in Mass Spectrometry. 30 (11), 1304-1312 (2016).</li><li>Liu, J., Gu, Z., Yao, S., Zhang, Z., Chen, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+analysis+of+Callicarpa+L.+using+direct+spray+ionization+mass+spectrometry.">Rapid analysis of Callicarpa L. using direct spray ionization mass spectrometry.</a> Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 124, 93-103 (2016).</li><li>Freund, D. M., Martin, A. C., Cohen, J. D., Hegeman, A. 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D., L&#243;pez, V., Smith, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-mesembrine+Sceletium+extract+(TrimesemineTM)+is+a+monoamine+releasing+agent,+rather+than+only+a+selective+serotonin+reuptake+inhibitor.">High-mesembrine Sceletium extract (TrimesemineTM) is a monoamine releasing agent, rather than only a selective serotonin reuptake inhibitor.</a> Journal of Ethnopharmacology. 177, 111-116 (2016).</li><li>Shikanga, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+permeation+of+mesembrine+alkaloids+from+Sceletium+tortuosum+across+porcine+buccal,+sublingual,+and+intestinal+mucosa.">In vitro permeation of mesembrine alkaloids from Sceletium tortuosum across porcine buccal, sublingual, and intestinal mucosa.</a> Planta Medica. 78 (3), 260-268 (2012).</li><li>Pulliam, C. 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I., Li, X., Cooks, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+analysis+of+steviol+glycosides+from+Stevia+leaves+by+ambient+ionization+mass+spectrometry+performed+on+whole+leaves.">Direct analysis of steviol glycosides from Stevia leaves by ambient ionization mass spectrometry performed on whole leaves.</a> The Analyst. 137 (13), 3091-3098 (2012).</li><li>Freund, D. M., Hegeman, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+stable+isotope-enabled+mass+spectrometry-based+plant+metabolomics.">Recent advances in stable isotope-enabled mass spectrometry-based plant metabolomics.</a> Current Opinion in Biotechnology. 43, 41-48 (2017).</li><li>Wurtzel, E. T., Kutchan, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant+metabolism,+the+diverse+chemistry+set+of+the+future.">Plant metabolism, the diverse chemistry set of the future.</a> Science. 353 (6305), 1232-1236 (2016).</li></ol>

このプロトコルの使用の成功は、植物の種、組織型、および興味のターゲット化合のさまざまな段階の最適化に依存します。プロトコルに記載されているパラメーターは、良い出発点を提供します。作られ、テストする必要があります次の実験的決定: かどうか使用 (1) カットまたはノーカットの組織、(2) 溶剤溶剤は、(3) どのような溶媒を使用してどのくらいのボリュームで、(4) イオン入口...

植物には、多様な化学的性質を持つ小さな分子の広い範囲が含まれています。MS はそれは代謝産物1の同定のため高い感度と特異性の元素組成を提供できるため、植物の化合物を分析するための強力な手法です。最も一般的に、MS は MS 分析1前クロマトグラフィーによる分離溶媒抽出のサンプルで実行されます。しかし、液体クロマトグラフィー (LC) の使用は長い解析時間を必要とする、広範なサンプル準備1に関連付けられて多くの場合。対照的に、クロマトグラフィーを回避、そのまま組織の直接の化学分析は非常に急速な技術は、最小限のサンプル準備2が必要です。したがって、ガスクロマト グラフの手順を実行することができます forgone する場合、直接の化学分析は非常に有利なすることができます。
自然な製品とメタボロミクス研究のための典型的な LC MS は、複数の組織や細胞の種類3を含む乾燥または冷凍植物材料の長い一括抽出に依存します。また、植物組織の代謝物 MS 検出などの直接の化学分析は種類の細胞を分離し、避ける準備アイテム4できます。リーフ スプレー MS、組織スプレー5,6とも呼ばれますは、本質的にサンプル準備5,7を必要と直接周囲のイオン化質量テクニックです。リーフ スプレー MS は紙スプレー MS、蒸着、紙7検体の検出では、エレクトロ スプレー イオン化の特性を持つ周囲のイオン化法に密接に関連。名前に反してリーフ スプレー MS 植物組織の様々 なタイプに適用されます、葉だけではなく、されている6,8,9、果実、種子、根、花組織および塊茎、他の中で示される 10、11,12。技術は、検出8の質量分析計に植物材料から直接内因性植物化学物質のイオン化を促進します。リーフ スプレー MS は、植物13の異なる組織型の化学物質の空間分布に関する情報も提供できます。リーフ スプレー MS は溶媒抽出 LC-MS と比較すると、結果は毛13などユニークなセル型から表面代謝物の迅速な検出は、MS リーフ スプレーをお勧めします。図 1は、リーフ スプレー MS の実験の設定を示しています。直接エレクトロ スプレー イオン化はマイナーなソース変更のみに発生します。金属クランプを介して植物組織に高電圧を印、植物の自然の液体や溶剤の appl から発生するイオン化とさんエレクトロ スプレーのイオン注入口にイオンを運ぶテイラー コーンを形成高帯電液滴のスプレーを生産植物の表面に ied。組織に先の尖った先端エレクトロ スプレーを容易し、することができます自然発生するまたは作成された切断することによって。
リーフ スプレー MS は、さまざまなアプリケーションのためのユーティリティを発見した生きた植物組織の定性・半定量分析のための高速化手法です。たとえば、関連種を区別するために、さまざまな条件下で栽培した同じ種の変化を評価するためにも内因性化合物を検出する手法が使用されています。以前の研究は、ムラサキシキブ (誉めそやさl.) の代謝物を測定することによってこのアプローチを示しています。12アメリカ人参(人参 quinquefolium l.)6。 濡れ生人参の組織後検出できる後者の例では、オリゴ糖、アミノ酸、ジンセノ サイド。野生および栽培のアメリカ人参は、塊茎スライス6から区別されました。高麗人参の塊茎の整合性は、その後の形態学的および顕微鏡検査6許可承継リーフ スプレー MS、保たれていた.さらに、植物のサンプルの外因性化合物も検出できます。皮や果物や野菜の9のパルプの農薬 (殺虫剤アセタミプリド、ジフェニルアミン、イマザリル、リニュロン、チアベンダゾール) の数が検出されました。一方、これらの研究や他の多くは、様々 な特定の目的のためリーフ スプレー MS の有用性を示している、詳細なプロトコルが以前報告されていません。
ここでは、プロトコルの説明が特定の組織または複合法の最適化に焦点を。葉種、組織、スプレー MS の実験を設定するときに取られるべき必要な最適化の対策を議論するための例として (Aizoaceae)セレチウム tortuosum (l.) N.E.Br から mesembrine アルカロイドの検出を使用する代わりに、または初めての化合。S. tortuosumは、南アフリカ共和国の半乾燥のベル ト領域にジューシーな流行です。San の伝統医学とコーイ コーイの人々、その向精神と鎮痛効果14,15に関しては同様の食欲と渇望抑制に使われていました。現在、標準化された抽出物は、神経と神経心理学的障害16,17の治療に使用されます。アルカロイド mesembrine およびその誘導体、関連セレチウム種15も、多くの関心の主な化合物が含まれます。S. tortuosumの野生および栽培個体群は、品質管理の挑戦18を提示する mesembrine アルカロイドの可変濃度を持っています。リーフ スプレー MS などの mesembrine アルカロイドの迅速な検出法は、セレチウム製品を監視に役立ちます可能性があります。以前は、リーフ スプレー MS 技術の詳細な視覚実験的プロトコルがなかった、 s. tortuosumの例を使用する方法を紹介します、次の説明: nanospray ソースの変更、選択と植物組織の準備、データの取得、結果の解釈、MS パラメーターの最適化。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="880">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">Conn Pin</td>
			<td style="width:139px;">Digi-Key elctronics&#160;</td>
			<td style="width:119px;">WM2563CT-ND</td>
			<td style="width:385px;">pin will insert into Thermo Scientific&#160; source to provide voltage&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">small clamp</td>
			<td style="width:139px;">Digi-Key elctronics&#160;</td>
			<td>314-1018-ND</td>
			<td>CLIP MICRO ALLIGATOR COPPER 5A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">large clamp</td>
			<td style="width:139px;">Digi-Key elctronics&#160;</td>
			<td>290-1951-ND</td>
			<td>ALLIGATOR CLIP NARROW NICKLE 5A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Heat shrink</td>
			<td style="width:139px;">Digi-Key elctronics&#160;</td>
			<td style="width:119px;">Q2Z1-KIT-ND</td>
			<td>to cover soldering joints&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">NSI source Nanospray Ion Source</td>
			<td style="width:139px;">Thermo scientific</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td>Another brand will work if you are not using a Thermo instrument</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:237px;">Q Exactive- hybrid quadrupole Orbitrap</td>
			<td style="width:139px;">Thermo scientific</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td>Another brand will work if you are not using a Thermo instrument</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">Tune Software</td>
			<td style="width:139px;">Thermo scientific</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Another brand will work if you are not using a Thermo instrument</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">Xcalibur Software</td>
			<td style="width:139px;">Thermo scientific</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">Plant of interest - S. tortousum</td>
			<td style="width:139px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

leaf spray mass spectrometry: a rapid ambient ionization technique to directly assess metabolites from plant tissues

植物は、その化学的性質の多様である小分子の数千を生成します。質量分析 (MS) は、高い感度と特異性の分子量であるため植物代謝産物の分析のための強力な手法です。リーフ スプレー MS は、エレクトロ スプレー、クロマトグラフィー プロセスから排除することを介して直接化学分析用植物組織が使用されている周囲のイオン化技術です。代謝物質を抽出するこの方法は、同時に必要な試料の量を最小限に抑え、そのまま植物組織から検出される幅広い化学の授業にできます。高解像度、正確な質量 MS に使用する時リーフ スプレー MS 興味の代謝物の迅速な検出を容易に。また、化合物の同定を容易にするためにこの手法を持つタンデム質量断片化データを収集することが可能です。正確な質量測定と断片化の組み合わせは、化合物の id を確認するのに有益です。リーフ スプレー MS 技術は nanospray イオン源のごく一部だけを必要とし、さらに質量分析計の機能を拡張する有用なツールです。ここでは、セレチウム tortuosum (Aizoaceae)、南アフリカ共和国から伝統的な薬用植物から新鮮な葉組織を分析します。多数の mesembrine アルカロイドは、リーフ スプレー MS で検出されます。

10 週間後の発芽、新鮮の温室栽培の米 tortuosumの葉で葉スプレー MS によって分析されました。S. tortuosumからの代謝物を検出するための実験的ワークフロー葉リーフ スプレー MS は図 2に示します。葉を選択、ポイントを形成するテーパー エンドの薄いストリップにカット、リーフ スプレー MS ワイヤー クランプ装置で固定します。イ...

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Leaf Spray Mass Spectrometry: A Rapid Ambient Ionization Technique to Directly Assess Metabolites from Plant Tissues

リーフ スプレー質量分析は、サンプルの準備を最小限に抑え、排除クロマトグラフィー、小分子植物組織からの迅速な検出を可能にする直接の化学分析手法です。

リーフ スプレー質量分析: 植物組織由来の代謝産物を直接評価するの急速な周囲のイオン化法

Plants produce thousands of small molecules that are diverse in their chemical properties. Mass spectrometry (MS) is a powerful technique for analyzing ...

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Experimental Design for Laser Microdissection RNA-Seq: Lessons from an Analysis of Maize Leaf Development

レーザーマイクロダイセクションRNA-のSeqのための実験デザイン：トウモロコシ葉の開発の分析からの教訓

Genes with important roles in development frequently have spatially and/or temporally restricted expression patterns. Often these gene transcripts are not ...

Time-resolved ElectroSpray Ionization Hydrogen-deuterium Exchange Mass Spectrometry for Studying Protein Structure and Dynamics

時間分解エレクトロスプレーイオン化水素 - 重水素交換質量分析タンパク質の構造とダイナミクスを学ぶために

Intrinsically disordered proteins (IDPs) have long been a challenge to structural biologists due to their lack of stable secondary structure elements. ...

Resolving Affinity Purified Protein Complexes by Blue Native PAGE and Protein Correlation Profiling

ブルーネイティブPAGEおよびタンパク質相関プロファイリングによってアフィニティー精製タンパク質複合体の解決

Most proteins act in association with others; hence, it is crucial to characterize these functional units in order to fully understand biological ...

A Simple Fractionated Extraction Method for the Comprehensive Analysis of Metabolites, Lipids, and Proteins from a Single Sample

単一サンプルからの代謝産物、脂質およびタンパク質の包括的分析のための単純分別抽出法

Understanding of complex biological systems requires the measurement, analysis and integration of multiple compound classes of the living cell, usually ...

Optimal Preparation of Formalin Fixed Samples for Peptide Based Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry Imaging Workflows

ペプチド ベースのマトリックスのためにサンプルを固定ホルマリンの最適な準備支援レーザー脱離イオン化質量分析イメージング ワークフロー

The use of matrix-assisted laser desorption/ionization, mass spectrometry imaging (MALDI MSI) has rapidly expanded, since this technique analyzes a host ...

Detection of Protein Ubiquitination Sites by Peptide Enrichment and Mass Spectrometry

ペプチド濃縮と質量分析によるタンパク質ユビキチン化部位の検出

The posttranslational modification of proteins by the small protein ubiquitin is involved in many cellular events. After tryptic digestion of ...

Sample Preparation for Probe Electrospray Ionization Mass Spectrometry

プローブエレクトロスプレーイオン化質量分析のためのサンプル調製

Mass spectrometry (MS) is a powerful tool in analytical chemistry because it provides very accurate information about molecules, such as mass-to-charge ...

Isolation of Histone from Sorghum Leaf Tissue for Top Down Mass Spectrometry Profiling of Potential Epigenetic Markers

潜在的エピジェネティックマーカーのトップダウン質量分析プロファイリングのためのソルガム葉組織からのヒストンの分離

Histones belong to a family of highly conserved proteins in eukaryotes. They pack DNA into nucleosomes as functional units of chromatin. ...

Semi-Quantitative Analysis of Peptidoglycan by Liquid Chromatography Mass Spectrometry and Bioinformatics

液体クロマトグラフィー質量分析とバイオインフォマティクスによるペプチドグリカンの半定量分析

Peptidoglycan is an important component of bacterial cell walls and a common cellular target for antimicrobials. Although aspects of peptidoglycan ...

Quantitative Metabolomics of Saccharomyces Cerevisiae Using Liquid Chromatography Coupled with Tandem Mass Spectrometry

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液体クロマトグラフィーとタンデム質量分析法を用いたサッ カロミセス・セレビシエ の定量的メタボロミクス

Metabolomics is a methodology used for the identification and quantification of many low-molecular-weight intermediates and products of metabolism within ...

リーフ スプレー質量分析: 植物組織由来の代謝産物を直接評価するの急速な周囲のイオン化法

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