Metabolomic Profiling of Natural VolatilesHeadspace Trapping: GC-MS
- 作者
- Yury M. Tikunov, Francel W. A. Verstappen, Robert D. Hall
- DOI
- 10.1007/978-1-59745-244-1_3
- 所属领域
- 代谢组学
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
植物挥发性代谢物组成复杂且含量低，需要灵敏、可靠、可重复的采集与定量分析方法以用于代谢组学比较。
研究策略
建立两种基于顶空捕集结合气相色谱-质谱联用的方法：a) 利用SPME纤维对预处理后的番茄果实挥发物进行自动化吸附和热解吸；b) 利用Tenax吸附管对拟南芥花香挥发物进行长时间捕集和溶剂洗脱浓缩。并通过metAlign等工具进行无偏数据比较。
研究路线图
核心内容
本研究针对植物挥发性代谢物组成复杂、含量低且难以稳定采集的分析难题，建立了两种基于顶空捕集结合气相色谱-质谱联用的代谢组学方法。对于番茄果实，采用CaCl2/EDTA预处理稳定样本并促进挥发物释放，配合65 μm PDMS-DVB纤维自动化吸附，在50°C孵育10分钟后吸附20分钟、250°C解吸1分钟，实现了高通量分析；对于拟南芥花香，则利用Tenax吸附管以100 mL/min气流捕集24小时，经溶剂洗脱浓缩后进样。研究优化了GC条件与质谱参数，并整合metAlign进行无偏数据比较。结果表明，CaCl2饱和后番茄匀浆的挥发物组成可稳定保持至少12小时，方法重复性好；建议每个生物学重复由5个果实池化、设5个重复。这两种方法分别适用于果实挥发物的高通量筛选与低丰度花香的长时捕集，结合数据预处理流程，为植物挥发物代谢组的可靠比较提供了实用方案。
创新点
1. 使用CaCl2/EDTA预处理稳定样本的同时促进挥发物释放并抑制酶促/非酶促反应；2. 实现了自动化、顺序化的SPME-GC-MS分析；3. 提供了长时间顶空捕集低丰度花香挥发物的方案；4. 整合了数据预处理与统计比较流程。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 番茄（Solanum lycopersicum）果实 | 挥发性萜类、苯甲酸酯、醇、酯等生物合成途径 | — | — | — | 作为SPME-GC-MS分析的植物材料，经液氮冷冻、研磨、CaCl2/EDTA处理以稳定并促进挥发物释放。 |
| 拟南芥（Arabidopsis thaliana）花序 | 花卉挥发性物质（如萜类、苯甲酸酯等）生物合成 | — | — | — | 用于Tenax吸附捕集的长时间(24h)顶空采样，检测低丰度花香挥发物。 |
关键发现
- 番茄样品制备：0.5 g冷冻粉末在37°C孵育10 min，加入0.5 mL NaOH/EDTA（100 mM EDTA，pH7.5）和1.1 g CaCl2，超声5 min
- SPME条件：65 μm PDMS-DVB纤维，样品50°C孵育10 min后纤维暴露20 min吸附，250°C解吸1 min
- GC条件：起始45°C保持2 min，以5°C/min升至250°C保持5 min，总运行60 min，氦气压力37 kPa，接口260°C，离子源250°C，质谱m/z 35-400，扫描2.8 scans/s，电离能70 eV
- Tenax方法：每管150 mg Tenax，气流100 mL/min抽吸24 h，用1 mL戊烷:乙醚(80:20)洗脱三次共3 mL，浓缩至50 μL，进样2 μL
- CaCl2饱和后番茄匀浆挥发物组成可保持至少12 h
- 建议5个生物学重复，每个由5个果实池化。
研究结论
本文提供的两种顶空捕集GC-MS方法分别适用于高通量果实挥发物分析和长时间低丰度花香挥发物收集，结合适当的数据预处理可实现植物挥发物代谢组的可靠比较。