פרוטוקול זה נועד לתאר הנחיות מפורטות להכנת קטעי דגימת זרעים קשים עם תכולת מים נמוכה לניתוח MALDI-IMS, שמירה על הפיזור והשפע המקוריים של האנליסטים ומתן אות ורזולוציה מרחבית באיכות גבוהה.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
פרוטוקול זה נועד לתאר הנחיות מפורטות להכנת קטעי דגימת זרעים קשים עם תכולת מים נמוכה לניתוח MALDI-IMS, שמירה על הפיזור והשפע המקוריים של האנליסטים ומתן אות ורזולוציה מרחבית באיכות גבוהה.
ספקטרומטריית מסה של ספיחת לייזר/יינון-הדמיה בסיוע מטריצה (MALDI-IMS) מיושמת לזיהוי תרכובות בסביבות הטבעיות שלהן. נכון לעכשיו, MALDI-IMS משמש לעתים קרובות בניתוח קליני. ובכל זאת, קיימת פרספקטיבה מצוינת ליישום טוב יותר של טכניקה זו להבנת המידע הפיזיולוגי של תרכובות כימיות ברקמות צמחים. עם זאת, ההכנה עשויה להיות מאתגרת עבור דגימות ספציפיות מחומרים בוטניים, מכיוון ש- MALDI-IMS דורש פרוסות דקות (12-20 מיקרומטר) לרכישת נתונים מתאימה וניתוח מוצלח. במובן זה, בעבר, פיתחנו פרוטוקול הכנת דגימות כדי להשיג מקטעים דקים של זרעים קשים של Euterpe oleracea (דקל açaí), המאפשר את המיפוי המולקולרי שלהם על ידי MALDI-IMS.
כאן, אנו מראים כי הפרוטוקול שפותח מתאים להכנת זרעים אחרים מאותו סוג. בקצרה, הפרוטוקול התבסס על טבילת הזרעים במים נטולי יונים, הטבעה של דגימות עם ג'לטין, וחתך אותם בהקפאה מאוקלמת. לאחר מכן, עבור שקיעת מטריצה, פלטפורמת תנועה xy הוצמדה לתרסיס מחט יינון אלקטרוספריי (ESI) באמצעות 1:1 (v/v) 2,5-dihydroxybenzoic חומצה (DHB) ותמיסת מתנול עם 0.1% חומצה trifluoroacetic ב 30 מ"ג / מ"ל. נתוני זרעי E. precatoria ו- E. edulis עובדו באמצעות תוכנה כדי למפות את דפוסי המטבוליטים שלהם.
אוליגומרים הקסוזים מופו בתוך פרוסות דגימה כדי להוכיח את נאותות הפרוטוקול עבור דגימות אלה, שכן ידוע כי זרעים אלה מכילים כמויות גדולות של מנאן, פולימר של מנוז הקסוס. כתוצאה מכך, זוהו פסגות של אוליגומרים הקסוזיים, המיוצגים על ידי [M + K]+ adducts of (Δ = 162 Da). לפיכך, פרוטוקול הכנת הדגימה, שפותח בעבר בהתאמה אישית עבור זרעי E. oleracea , איפשר גם ניתוח MALDI-IMS של שני זרעי דקל קשים אחרים. בקיצור, השיטה יכולה להוות כלי רב ערך למחקר במורפו-אנטומיה ובפיזיולוגיה של חומרים בוטניים, במיוחד מדגימות עמידות לחיתוך.
ספקטרומטריית מסה של ספיחת לייזר/יינון-הדמיה בסיוע מטריצה (MALDI-IMS) היא שיטה רבת עוצמה המאפשרת הקצאה דו-ממדית של ביומולקולות, מספקת חקירה לא ממוקדת של תרכובות מייננות וקובעת את התפלגותן המרחבית, במיוחד בדגימות ביולוגיות 1,2. במשך שני עשורים, טכניקה זו אפשרה זיהוי בו זמנית של שומנים, פפטידים, פחמימות, חלבונים, מטבוליטים אחרים, ומולקולות סינתטיות כגון תרופות טיפוליות 3,4. MALDI-IMS מאפשר ניתוח כימי במשטח דגימת רקמה ללא מיצוי, טיהור, הפרדה, תיוג או צביעה של דגימות ביולוגיות. עם זאת, לניתוח מוצלח, שלב מרכזי בטכניקה זו הוא הכנת הדגימה, במיוחד ברקמות צמחים, אשר מתמחים ומותאמים לאיברים מורכבים נרחבים עקב התאקלמות סביבתית5.
בגלל התכונות הפיזיקוכימיות הטבועות ברקמת הצמח, יש צורך בפרוטוקול מותאם שיתאים לדרישות ניתוח MALDI-IMS וישמור על צורתה המקורית של הרקמה במהלך הכנת חתך 6,7. במקרה של דגימות לא קונבנציונליות, כגון זרעים, פרוטוקולים שנקבעו8 אינם ישימים מכיוון שלרקמות אלה יש קירות תאים קשיחים ותכולת מים נמוכה, מה שיכול בקלות לגרום לפיצול חתכים ולהוביל לדלוקליזציה מורכבת9.
קבוצת המחקר שלנו פרסמה נתונים ניסיוניים על מיפוי מולקולרי ופרוטוקול מותאם לניתוח MALDI-IMS של זרעי açaí (Euterpe oleracea Mart.) 10,11,12, שהוא תוצר לוואי שנוצר בכמויות גבוהות במהלך הייצור של עיסת אסאי להשכרה 13. הרעיון היה לפתח פרוטוקול למיפוי באתרו של מטבוליטים שונים בזרעי אסאי, ובכך להציע שימושים אפשריים לפסולת חקלאית זו, שכיום אינם נחקרים באופן מסחרי. עם זאת, בשל ההתנגדות של זרע açaí, היה צורך להתאים פרוטוקול כדי לקבל חתך דגימה כראוי מניתוח MALDI-IMS.
בהקשר זה, עיסת האסאי החשובה מבחינה כלכלית הניעה את המסחור הגובר של פירות אחרים מעצי דקל מסוג Euterpe בעלי מאפיינים חושיים דומים. שני הפירות המתעוררים של עצי דקל שהופקו בקנה מידה תעשייתי כחלופה לאסאי14,15 הם E. precatoria (המכונה açaí-do-amazonas), הגדל באזור היבש של האמזונס, ו- E. edulis (המכונה juçara), האופייני ליער האטלנטי. עם זאת, צריכת açaí-do-amazonas ו juçara מוביל לאותה הצטברות של זרעים עמידים ובלתי אכילים שאינם ניצלו ולא נחקרו עד כה לגבי הרכבם הכימי המפורט.
לפיכך, אנו מראים כאן כי ניתן להשתמש בפרוטוקול שתוכנן בעבר, עם מעט התאמות, כדי לנתח זרעי E. precatoria ו- E. edulis למיפוי מולקולרי על ידי MALDI-IMS, מה שמוכיח שהוא כלי רב עוצמה שניתן להשתמש בו לניתוח הרכב המשאבים הללו ויכול לסייע בקביעת השימושים הביוטכנולוגיים הפוטנציאליים שלהם. יתר על כן, התיאור המפורט המובא כאן יכול לסייע לאחרים עם קשיים דומים בהכנת חומרים עמידים לניתוח MALDI-IMS.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
זרעי Euterpe precatoria נתרמו באדיבות על ידי המכון הלאומי לפסקיסאס דה אמזוניה (מנאוס, ברזיל), וזרעי Euterpe edulis נתרמו באדיבות על ידי Silo - Arte e Latitude Rural (רסנדה, ברזיל) לאחר תהליך הפירוק התעשייתי. הזרעים נשמרו בקופסאות פלסטיק אטומות בטמפרטורת החדר.
1. ספקטרוסקופיית מסה בסיוע לייזר בסיוע מטריצה/יינון-הדמיה (MALDI-IMS)
2. ספקטרוסקופיה מפזרת אנרגיה (EDS)
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפרוטוקול שתוכנן איפשר ניתוח MALDI-IMS של זרעי E. precatoria ו- E. edulis. כתוצאה מכך, אנו יכולים לאשר את המשקל המולקולרי של פחמימות ואת מידת הפילמור (DP) כהבהרה מבנית חלקית. המידע המולקולרי שסופק על-ידי ניתוח MALDI-IMS (איור 1 ואיור 2) הציג פסגות המייצגות [M+K]+ adducts של אוליגומרים הקסוזיים (Δ = 162 Da) מבלי להוסיף מלח למטריצה. בשתי רקמות הזרעים זוהו דימרים הקסוס (m/z 381), טרימרים (m/z 543), טטר...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
צמחים מורכבים מרקמות מיוחדות עבור פונקציות ביוכימיות ספציפיות. לכן, פרוטוקול הכנת הדגימות עבור MALDI-IMS חייב להיות מתוכנן על פי רקמות צמחים שונות בעלות תכונות פיסיקוכימיות ספציפיות, שכן הדגימות חייבות לשמור על פיזור האנליזה והשפע המקוריים שלהן לקבלת אות באיכות גבוהה ורזולוציה מרחבית8.
לפני ניתוח MALDI-IMS, השיקול העיקרי הוא איסוף ואחסון דגימות כראוי. עם זאת, בצמחים, הכנת הדגימה משתנה לעתים קרובות בהתאם לרקמה המנותחת. לדוגמה, קשירת דופן התא ותכולת המים ברקמות הצמח עשויו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים.
עבודה זו מומנה על ידי מכון סראפילהיירה (Serra-1708-15009), וקרן קרלוס צ'אגס פיליו לתמיכה במחקר במדינת ריו דה ז'ניירו (FAPERJ-JCNE-SEI-260003/004754/2021). מכון סראפילהיירה והמועצה הלאומית לפיתוח מדעי וטכנולוגי (CNPq) העניקו מלגות לד"ר פליפה לופס ברום וד"ר גבריאל ר. מרטינס (Institutional Capacity Building Program/INT/MCTI). התיאום לשיפור כוח האדם להשכלה גבוהה (CAPES) מוכר על הענקת מלגת מאסטר למר דייווי מ. מ. כ. דה סילבה. Centro de Espectrometria de Massas de Biomoléculas (CEMBIO-UFRJ) מוכר בזכות השירותים הניתנים עם ניתוחי MALDI-IMS, ומר אלן מנזס דו נסימנטו והמרכז לננוטכנולוגיה וקטליס (CENANO-INT), הממומנים על ידי MCTI/SISNANO/INT-CENANO-CNPQ grant Nº 442604/2019, מודים על ניתוח ההרכב היסודי.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מזרק אטום לגז 1 מ"ל דגם 1001 TLL, PTFE Luer Lock | Hamilton Company | 81320 | |
| 2,5-Dihydroxybenzoic acid | Sigma Aldrich Co, MO, ארה"ב | 149357 | |
| מחט APCI | Bruker Daltonik, ברמן, גרמניה | 602193 | |
| AxiDraw V3 xy פלטפורמת תנועה | Evil Mad Scientist, CA, ארה"ב | 2510 | |
| פחמן סרט מוליך דו צדדי | |||
| תוכנת ניתוח נתונים Compass | יצירת רשימת המונים | ||
| סרט דבק דו-צדדי נחושת | |||
| Biosystems, נוסלוך, גרמניה | |||
| להב פרוסות יהלום 15 HC | |||
| גלאי Everhart-Thornley FlexImaging | |||
| Bruker Daltonik, ברמן, גרמניה | רכישת תמונה | ||
| FTMS Processing Bruker | Daltonik, ברמן, גרמניה | כיול נתונים | |
| ג'לטין מעור בקר | Sigma Aldrich Co, MO, ארה"ב | G9391 | |
| להבי מיקרוטום בפרופיל גבוה Leica 818 | Leica Biosystems, Nussloch, גרמניה | 0358 38926 | |
| שקופית זכוכית מצופה תחמוצת פח אינדיום | Bruker Daltonik, ברמן, גרמניה | 8237001 | |
| Inkscape Inkscape Project c/o Software Freedom Conservancy, NY, ארה"ב | |||
| חותך דיוק IsoMet 1000 | Buehler, אילינוי, ארה"ב | ||
| מתנול | J.T.Baker | 9093-03 | |
| מים | 18.2 MΩ. ס"מ | ||
| משאבת | |||
| תרכובת טמפרטורת חיתוך אופטימלית | פישר הלת'קר, טקסס, ארה"ב | 4585 | |
| Parafilm "M" סרט איטום | Amcor | HS234526B | |
| Quanta 450 FEG | FEI Co, הילסבורו, אורגון, ארה"ב | ||
| SCiLS Lab (תמיכה מרובת ספקים) MS Software | Bruker Daltonik, ברמן, גרמניה | ||
| תוכנה INCA Suite 4.14 V | Oxford Instruments, Ableton, בריטניה | ||
| Solarix 7T | Bruker Daltonik, ברמן, גרמניה | ||
| משאבת מזרק | kdScientific, MA, ארה"ב | 78-9100K | |
| חומצה טריפלואורואצטית | Sigma Aldrich Co, MO, ארה"ב | 302031 | |
| ספקטרומטר | X-Maxאוקספורד אינסטרומנטס, אבלטון, בריטניה |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.