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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Este trabajo fue financiado por la beca del programa de investigación de genoma de planta NSF IOS 1238812 y la Beca Postdoctoral en biología IOS-1400818. El trabajo también fue financiado por una beca de estudiante de postgrado de Monsanto para Katherine A. Sammons. Se agradeció a africanos investigador becarios programa Fulbright (2017-2018) financiamiento otorgado a Nokwanda P. Makunga. Agradecemos la donación de una fuente nanospray de Jessica Prenni y el servicio de proteómica y metabolómica en Colorado State University.

1. modificaciones a fuente Nanospray hoja aerosol MS
<ol><li>Use una fuente nanospray modificado para el aerosol de hoja em. Como no componentes fluídicos necesarios para pulverización foliar MS, modificar la fuente retirando la sonda de LC de la fuente.</li>
	<li>Montar el alambre de MS hoja aerosol que se aplicará la tensión en el tejido de la planta con el pasador adecuado para enchufar en la fuente. Soldar el pin a un extremo de un cable aislado; una abrazadera en el extremo opuesto del alambre de la soldadura....

<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., Ouyang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paper+spray+for+direct+analysis+of+complex+mixtures+using+mass+spectrometry.">Paper spray for direct analysis of complex mixtures using mass spectrometry.</a> Angewandte Chemie International Edition. 49 (5), 877-880 (2010).</li><li>Liu, J., Wang, H., Cooks, R. G., Ouyang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Leaf+spray:+Direct+chemical+analysis+of+plant+material+and+living+plants+by+mass+spectrometry.">Leaf spray: Direct chemical analysis of plant material and living plants by mass spectrometry.</a> Analytical Chemistry. 83 (20), 7608-7613 (2011).</li><li>Malaj, N., Ouyang, Z., Sindona, G., 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=Analysis+of+pesticide+residues+by+leaf+spray+mass+spectrometry.">Analysis of pesticide residues by leaf spray mass spectrometry.</a> Analytical Methods. 4 (7), 1913-1919 (2012).</li><li>Snyder, D. T., Schilling, M. C., Hochwender, G., Kaufman, 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=Analytical+methods+profiling+phenolic+glycosides+in+Populus+deltoides+and+Populus+grandidentata+by+leaf+spray+ionization+tandem+mass+spectrometry.">Analytical methods profiling phenolic glycosides in Populus deltoides and Populus grandidentata by leaf spray ionization tandem mass spectrometry.</a> Analytical Methods. 7 (3), 870-876 (2015).</li><li>Falcone, C. E., 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=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. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+detection+of+surface+localized+specialized+metabolites+from+Glycyrrhiza+lepidota+(American+licorice)+by+leaf+spray+mass+spectrometry.">Direct detection of surface localized specialized metabolites from Glycyrrhiza lepidota (American licorice) by leaf spray mass spectrometry.</a> Planta. 247 (1), 267-275 (2018).</li><li>Smith, M. T., Crouch, N. R., Gericke, N., Hirst, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Psychoactive+constituents+of+the+genus+Sceletium+N.E.Br.+and+other+Mesembryanthemaceae:+a+review.">Psychoactive constituents of the genus Sceletium N.E.Br. and other Mesembryanthemaceae: a review.</a> Journal of Ethnopharmacology. 50 (3), 119-130 (1996).</li><li>Gerickea, N., Viljoen, A. 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J., Bain, R. M., Wiley, J. S., Ouyang, Z., 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=Mass+spectrometry+in+the+home+and+garden.">Mass spectrometry in the home and garden.</a> Journal of The American Society for Mass Spectrometry. 26 (2), 224-230 (2015).</li><li>Lawton, Z. E., 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=Analytical+validation+of+a+portable+mass+spectrometer+featuring+interchangeable,+ambient+ionization+sources.">Analytical validation of a portable mass spectrometer featuring interchangeable, ambient ionization sources.</a> Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 28 (6), 1048-1059 (2017).</li><li>. GNPS Available from: <a target="_blank" href="https://gnps.ucsd.edu/">https://gnps.ucsd.edu/</a> (2018)</li><li>Chambers, M. 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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>

El uso acertado de este protocolo se basa en la optimización de varios pasos de especies de plantas, tipo de tejido y establecidos de objetivo de interés. Los parámetros descritos en el protocolo proporcionan un buen punto de partida. Las siguientes decisiones experimentales tienen que ser hecho y probado: si o no al uso (1) corte o sin cortar tejido y (2) solvente o no solvente, (3) qué disolvente utilizar y en qué volumen, (4) lo que la distancia del tejido a partir de la entrada de iones debe ser y (5) la amplitu...

Las plantas contienen una amplia gama de pequeñas moléculas con diferentes propiedades químicas. MS es una técnica poderosa para el análisis de compuestos de la planta porque puede proporcionar composiciones elementales con una alta sensibilidad y especificidad para la detección e identificación de metabolitos1. Comúnmente, MS se realiza en muestras extraídos por solvente, que se separan por cromatografía de antes de la MS análisis1. Sin embargo, el uso de la cromatografía líquida (LC) requiere tiempos de análisis muy largo y suele estar asociado con una muestra extensa preparación1. En contraste, el análisis químico directo de tejidos intactos que elude la cromatografía es una técnica muy rápida, que requiere la preparación de la muestra mínimo2. Así, en casos donde pasos cromatográficos pueden ser pérdidas, un análisis químico directo puede altamente ventajoso.
Típica LC-MS para la investigación de productos y metabolómica natural se basa en extracciones de largo a granel de materiales vegetales secos o congelados que contienen múltiples tejidos y células tipo3. Alternativamente, el análisis químico directo, como el MS la detección de metabolitos de tejido vegetal, puede aislar tipos celulares y evitar artefactos de preparación4. Spray de hoja em, también conocida como tejido en spray5,6, es una técnica de ionización ambiental directa MS, lo que requiere esencialmente no muestra preparación5,7. Spray de hoja EM se relaciona estrechamente con spray papel MS, una técnica de ionización ambiental con características de ionización de electrospray que permite la detección de analitos que se depositan sobre papel7. A pesar del nombre, hoja aerosol MS es aplicable a varios tipos de tejidos de la planta, no sólo las hojas y ha sido demostrado en fruta, semillas, raíces, tejidos florales y tubérculos, entre otros6,8,9, 10,11,12. La técnica facilita la ionización de fitoquímicos endógena de las materias vegetales en el espectrómetro de masas para la detección de8. Aerosol de hoja em también puede proporcionar información sobre la distribución espacial de sustancias químicas en los tipos de tejidos diferentes en las plantas13. Aerosol de hoja em es comparación con extracción por solventes y LC-MS, los resultados sugieren spray hoja que MS permite la detección rápida de metabolitos superficie de tipos de la célula única como tricomas13. La figura 1 ilustra el montaje experimental de hoja aerosol MS. Ionización por electrospray directa se produce después de solamente modificaciones de menor importancia fuente. Un alto voltaje se aplica a los tejidos de la planta mediante una abrazadera metálica, produciendo un spray de gotas muy cargados formando un cono de Taylor que lleva los iones a la entrada de iones de la Sra. Electrospray ionización se produce desde el líquido natural de la planta o desde el solvente appl IED a la superficie de la planta. Una punta en el tejido facilita el electrospray y puede naturalmente que ocurren o creado por corte.
Hojas spray MS es un método rápido para el análisis cualitativo y semicuantitativo de tejidos vegetales intactos que han encontrado utilidad para una amplia variedad de aplicaciones. Por ejemplo, la técnica se ha utilizado para detectar compuestos endógenos para distinguir especies relacionadas e incluso a evaluar los cambios en las mismas especies cultivadas bajo diferentes condiciones. Estudios anteriores han demostrado este enfoque mediante la medición de metabolitos en Misisipí (Callicarpa L.) 12 y ginseng americano (Panax quinquefolium L.) 6. en el último ejemplo, ginsenósidos, aminoácidos y oligosacáridos podrían detectarse después de mojar el tejido ginseng crudo. Ginseng americano silvestre y cultivado se diferenciaron del tubérculo rebanadas6. Integridad del tubérculo de ginseng fue preservado sucesivas spray de hoja em, que permitió una inspección morfológica y microscópica posterior6. Además, se pueden detectar compuestos exógenos en las muestras de la planta. Un número de pesticidas (acetamiprid, Difenilamina, imazalil, linurón y tiabendazol) se han detectado en la cáscara o pulpa de frutas y hortalizas9. Mientras que estos estudios y muchos otros han demostrado la utilidad de la pulverización de hojas MS para los varios propósitos específicos, un protocolo detallado no se ha divulgado previamente.
Aquí, la descripción del Protocolo no se centrará en la optimización del método de un tejido específico o compuesto. Por el contrario, la detección de alcaloides mesembrine de N.E.Br Sceletium tortuosum (L.). (Aizoaceae) se utiliza como ejemplo para discutir las medidas de optimización necesarias que deben tomarse cuando se configura un experimento de MS hoja aerosol para una especie, tejido, o establecidos por primera vez. S. tortuosum es una suculenta endémica de la región semiárida de Karroo de Sudáfrica. Una medicina tradicional de la San y Khoi Khoi gente, era utilizada para la supresión del apetito y sed, así como por sus efectos analgésicos y psicotrópicos14,15. Actualmente, se utilizan extractos estandarizados para el tratamiento de los trastornos neuropsicológicos y neuropsiquiátricos16,17. Los compuestos primarios de interés son el alcaloide mesembrine y sus derivados, muchos de los cuales también se encuentran en relacionados con Sceletium especies15. Poblaciones silvestres y cultivadas de S. tortuosum tienen concentraciones variables de alcaloides mesembrine, presentando así un reto de control de calidad18. Un método para la detección rápida de mesembrine alcaloides, tales como spray de hoja em, puede ser útil en el seguimiento de productos Sceletium . Ya anteriormente, no había habido ningún protocolo experimental visual detallado para el aerosol de la hoja técnica de MS, ilustramos el método utilizando el ejemplo de S. tortuosum, se describe lo siguiente: la modificación de una fuente nanospray, el selección y preparación de los tejidos de la planta, la adquisición de los datos, la interpretación de los resultados y la optimización de los parámetros de MS.

<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

Las plantas producen miles de moléculas pequeñas que son diversas en sus propiedades químicas. Espectrometría de masas (MS) es una técnica poderosa para el análisis de metabolitos de la planta porque proporciona pesos moleculares con alta sensibilidad y especificidad. Hojas spray MS es una técnica de ionización ambiental donde el tejido de la planta se utiliza para análisis químico directo mediante electrospray, eliminación de cromatografía de proceso. Este enfoque de muestreo metabolitos permite una amplia gama de clases de químicos para detectar simultáneamente de tejidos de la planta intacta, minimizando la cantidad de preparación de la muestra necesitada. Cuando se utiliza con una alta resolución, precisa em masa, spray de hoja em facilita la detección rápida de metabolitos de interés. También es posible recopilar datos de tándem masas fragmentación con esta técnica para facilitar la identificación de una compuesto. La combinación de la fragmentación de las medidas exactas de masas es beneficiosa en confirmar identidades compuestas. La hoja técnica de MS requiere sólo pequeñas modificaciones a una fuente de ionización nanospray y es una herramienta útil para ampliar la capacidad de un espectrómetro de masas. Aquí, se analiza el tejido foliar fresco de Sceletium tortuosum (Aizoaceae), una planta medicinal tradicional de Sudáfrica, se detectan numerosos alcaloides mesembrine con spray de hoja em.

En 10 semanas efecto invernadero aumentado después de la germinación, recién recogidos S. tortuosum deja se analizaron mediante pulverización foliar MS. El flujo de trabajo experimental para la detección de metabolitos de S. tortuosum hojas hoja aerosol que MS se ilustra en la figura 2. Una hoja fue seleccionada, cortar una tira delgada con un extremo cónico para formar un punto y afianzado con abrazadera con el aerosol de hoja em alam...

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

Espectrometría de masas en aerosol foliar es una técnica de análisis químico directo que reduce al mínimo la preparación de la muestra y elimina la cromatografía, permitiendo la detección rápida de pequeñas moléculas de los tejidos vegetales.

Espectrometría de masa de hoja aerosol: Una técnica rápida ionización ambiental evaluar directamente los metabolitos de los tejidos vegetales

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Research

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

Investigación

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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

Aislamiento de histone del tejido de la hoja de sorgo para la perfilación de espectrometría de masas de arriba hacia abajo de marcadores epigenéticos potenciales

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

Análisis semicuantitativo de peptidoglicano por cromatografía líquida, espectrometría de masas y bioinformática

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

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

Metabolómica cuantitativa de Saccharomyces cerevisiae mediante cromatografía líquida combinada con espectrometría de masas en tándem

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