化学标记结合液相色谱质谱在植物信号分子检测中的应用

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在植物体细胞间和细胞内传递信息的化学分子被称为植物信号分子。信号分子对植物生长和发育至关重要,能让细胞和组织感知并响应外界环境的变化。但直到今日,仍有许多信号传导路径不够明确,而对信号传导路径的研究依赖于对信号分子的定性和定量分析。因此,植物信号分子的定量分析对于进一步研究其作用机理有重要科学意义。本论文选取植物信号分子中的油菜素甾醇(brassinosteroids,BRs)和磷酸糖这两类化合物作为目标分析物,旨在开发高灵敏且准确、稳定的定量分析方法。液相色谱-质谱(liquid chromatography-mass spectrometry,LC-MS)因其具有较好的分离能力以及较高的灵敏度和选择性,已成为BRs和磷酸糖的分析检测的重要工具。然而,在实际生物样品中BRs和磷酸糖的分析检测仍然存在诸多困难。对于BRs而言,其在植物中含量极低(低至数pg/g至ng/g植物鲜重),且由于BRs缺乏易电离基团,其质谱响应差,同时还受到复杂植物基质的干扰。因此BRs分析最大的挑战在于提升其灵敏度。目前人们开发了各种前处理方法以及硼亲和标记试剂对BRs进行富集和标记。但在简化样品前处理步骤、提高样品前处理选择性以及检测灵敏度方面仍有待进一步提高。对于磷酸糖而言,由于其亲水性强,同分异构体较多,在传统反相色谱柱上分离效果差。因此磷酸糖分析的最大挑战在于改善其色谱分离,同时提高其灵敏度。目前人们针对单糖磷酸开发了几种标记试剂并用于动物细胞样品中磷酸糖的分析中,取得了较好的效果。但植物中双糖磷酸如海藻糖-6-磷酸的色谱分离及其质谱灵敏度仍有待进一步提高。基于上述问题,本文主要通过化学标记结合LC-MS的技术来建立植物组织中BRs和磷酸糖的定量分析方法,具体内容如下:(1)利用固相硼亲和标记结合液相色谱-质谱定量分析植物组织中的BRs。首先,我们将标记试剂2-(4-硼苄基)异喹啉-2-溴化铵(2-(4-boronobenzyl)isoquinolin-2-ium bromide,BBII)通过强阳离子交换作用吸附于MCX材料表面,以此制得我们所需的固相硼亲和标记材料。接着,通过硼亲和作用在选择性地富集BRs的同时对BRs进行标记。解吸时,先向吸附有BRs的固相硼亲和标记材料中加入90%丙酮水溶液,再向其中加入20-50 mg的醋酸铵固体。此时,溶液由于盐析效应会发生分层。经过剧烈涡旋以及离心后,已被标记的BRs会从MCX材料上解吸下来并存在于有机层中;与此同时,过量的标记试剂存在于水层中。这一步骤使得标记产物得以解吸并且和过量标记试剂分离。最后,收集标记产物,进入质谱分析。该方法材料制备简单,且材料对BRs具备较高的选择性。在前处理过程中,该方法将对BRs的富集和标记步骤合二为一;将解吸与进一步除杂合二为一,简化了前处理步骤,缩短了分析时间。最后,该方法的检出限低至1.4-2.8 pg/mL,在2.8-20 mg鲜重的植物组织中就可完成内源性BRs的定量分析。(2)利用化学标记结合亲水色谱-质谱定量分析植物组织中的磷酸糖。首先,我们合成了反应活性高、质谱响应好的重氮试剂:8-(重氮甲基)喹啉(8-(diazomethyl)quinolone,8-DMQ),并对葡萄糖-1-磷酸、葡萄糖-6-磷酸、蔗糖-6-磷酸和海藻糖-6-磷酸这4种磷酸糖进行标记。标记后,磷酸糖的色谱分离以及质谱灵敏度都得到了改善。磷酸糖同分异构体可以在亲水色谱柱上实现基线分离,检测灵敏度也有3-114倍的提升,检出限低至0.1-0.6 ng/mL。据我们所知,该方法首次将化学标记技术运用于植物中磷酸糖的分析检测中。运用该方法,我们在1 mg鲜重的植物组织中就可完成内源性磷酸糖的定量分析。
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