Визуализация распределения метаболитов и их ферментативного превращения в тканях растений методом масс-спектрометрической визуализации с десорбционной электроспрей-ионизацией

По сравнению с технологическими платформами, разработанными для локализации транскриптов и белков, инструменты визуализации распределения метаболитов в тканях растений развиты в меньшей степени и обладают меньшей универсальностью. Это затрудняет понимание метаболизма и динамики растений. В настоящем исследовании показано, что масс-спектрометрическая визуализация с десорбционной электроспрей-ионизацией (DESI-MSI) отпечатков тканей на пористом тефлоне позволяет точно визуализировать распределение даже лабильных метаболитов растений, таких как гидроксинитрильные глюкозиды, которые обычно подвергаются ферментативному гидролизу специфическими β-глюкозидазами при разрушении клеток. Такая быстрая и простая пробоподготовка не приводила к существенным различиям в распределении или соотношении каких-либо гидроксинитрильных глюкозидов между листьями дикого типа Lotus japonicus и растениями-мутантами по β-глюкозидазе, утратившими способность гидролизовать определённые гидроксинитрильные глюкозиды. У растений дикого типа ферментативное превращение гидроксинитрильных глюкозидов и сопутствующее высвобождение глюкозы легко визуализировались, если перед пробоподготовкой повреждали ограниченный участок ткани листа. Было установлено, что ген CYP79D3, кодирующий первый фермент биосинтеза гидроксинитрильных глюкозидов в листьях L. japonicus, активно экспрессировался на ранних стадиях развития листа, а распределение гидроксинитрильных глюкозидов в зрелых листьях отражало эту картину ранней экспрессии. Возможности прямой DESI-MSI тканей растений продемонстрированы на криосрезах клубней маниока (Manihot esculenta). Наиболее высокие уровни гидроксинитрильных глюкозидов наблюдались в наружных слоях клеток, что было подтверждено анализом методом жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии (LC-MS). Неожиданное обнаружение дигликозида, производного гидроксинитрила, демонстрирует потенциал DESI-MSI для выявления новых метаболических путей и определения направлений их дальнейшего изучения.