基于植物组织微阵列的MALDI检测及质谱成像分析流程

发布时间： 2023-09-04 13:54 来源：布鲁克（北京）科技有限公司-质谱仪器

近日，中央民族大学生命与环境科学学院王晓东教授团队在布鲁克autoflex maX质谱仪上开发了一种全新植物代谢组学分析策略，名为“High-throughput MALDI-MSI metabolite analysis of plant tissue microarrays” （基于植物组织微阵列的高通量MALDI成像代谢分析技术，简称MALDI-MSI-PTMA），并成功将其应用于植物组织中内源性代谢分子的检测与成像表征。这篇工作发表在知名的植物学期刊《Plant Biotechnology Journal》上（SCI影响因子为13.8）。

图1展示的是样本制备及整体分析流程。首先利用明胶制备了植物组织微阵列模（PTMA）；将待分析的植物组织样本匀浆处理，之后将匀浆液在低温条件下注入PTMA明胶模具中、并置于冷冻切片机内冷却、切片，随后进行MALDI基质喷涂。采用布鲁克的autoflex maX质谱仪进行MALDI质谱检测和MALDI成像分析。

团队研究人员准备了三个处理组：幼苗空白组（Seedlings）、植物生长调节剂处理组（6-BA）和植物生长调节剂处理组（TDZ），利用MALDI-MSI-PTMA技术对这三组样本中的内源性代谢分子表达的情况进行了快速评估，并将评价结果与LC-MS的检测结果进行了对比（如图2a和2b所示）。两者的PCA统计分析结果具有高度一致性，证明MALDI-MSI-PTMA对植物代谢分子的分析能力可以与LC-MS技术相媲美。

在样本前处理流程和分析时长等方面，MALDI-MSI-PTMA技术更是展现出许多独到的优势。LC-MS分析的前提是先要经过复杂的样本前处理，之后样本提取液要进入液相色谱仪，经过15-30分钟的液相梯度分离、才能进入质谱仪获得检测信号，因此它对一个样本的分析时长通常超过15-30分钟。相比之下，MALDI-MSI-PTMA无需复杂的样本前处理及液相分离流程，以300µm的采集步长为例，对一个样本点的分析仅需0.6分钟。即利用该技术、每天可实现约2400个样本的检测分析。这里充分显示出MALDI-MSI-PTMA技术在高通量样本检测和快速分析方面的巨大优势。

通过MALDI-MSI-PTMA分析，快速检出了15种典型的差异性代谢分子 (VIP>1)，如图2c所示。以其中的5种差异性代谢分子为例，将它们的成像可视化表征结果展示在图2d中。该图像以一种非常直观、非常清晰的方式展现出这些分子在三个岩青兰叶子处理组别中存在的表达差异，这对于快速了解和分析岩青兰叶子中在三种处理方式对其代谢活动规律的影响具有重要的意义。

与传统的植物代谢分析策略相比，MALDI-MSI-PTMA具有如下的优势：它能很好地克服植物组织中普遍存在的特殊结构 (如蜡质层、角质层等) 的限制，实现了植物中内源性代谢分子的有效检出；它的操作简单，无需复杂的样本前处理过程，最大限度地避免了前处理中代谢分子的“选择性”损失，从而可以给出最直接、最接近真实情况的植物代谢轮廓的评估。此外，它还具有高通量性和可视化成像表征能力，为植物代谢组学的研究工作提供了一种全新的分析策略。

autoflex maX质谱仪根植于布鲁克稳定、高效的MALDI-TOF技术，是一款配置灵活、操作简单、可进行高效质谱分析的仪器平台。它采用专利的 Smartbeam-II长寿命固态激光器，具有高达2000Hz的激光频率；同时具有线性和反射两种检测模式，可灵活选择，配合拓宽的动态范围使其充分满足从代谢物小分子、脂质、多肽到完整大蛋白分子的快速检测及各类分子的MALDI质谱成像分析需求。