التحقيق في التمثيل الغذائي Xenobiotics في ساليس ألبا يترك عن طريق التصوير الطيفي الشامل
Summary
تستخدم هذه الطريقة التصوير الطيفي الكتلي (MSI) لفهم عمليات التمثيل الغذائي في أوراق S. alba عند التعرض للزينوبيوتكس. تسمح هذه الطريقة بالتوطين المكاني للمركبات ذات الاهتمام ونواتج الأيض المتوقعة داخل أنسجة محددة سليمة.
Abstract
تستخدم الطريقة المقدمة التصوير الطيفي الكتلي (MSI) لتحديد الملف الأيضي لأوراق S. alba عند تعرضها للزينوبيوتكس. وباستخدام نهج غير محدد الهدف، يتم تحديد الأيض النباتي والزينوبيات ذات الأهمية وتوطينها في الأنسجة النباتية للكشف عن أنماط توزيع محددة. ثم, في التنبؤ سيليكو من الأيض المحتملة (أي, يتم تنفيذ الأيض والموارنات) من xenobiotics المحددة. عندما يقع المستقلب الزينوبيوتي في الأنسجة، يتم تسجيل نوع الإنزيم المشارك في تغيير النبات. وقد استخدمت هذه النتائج لوصف أنواع مختلفة من التفاعلات البيولوجية التي تحدث في أوراق ألبا S. استجابة لتراكم الزينوبيوتيك في الأوراق. تم التنبؤ بالميثابات في جيلين ، مما يسمح لتوثيق التفاعلات البيولوجية المتعاقبة لتحويل الزينوبيولوجيات في أنسجة الأوراق.
Introduction
يتم توزيع الزينوبيوتكس على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم بسبب الأنشطة البشرية. بعض هذه المركبات قابلة للذوبان في الماء وتمتصها التربة1، وتدخل السلسلة الغذائية عندما تتراكم في الأنسجة النباتية2،3،4. تؤكل النباتات من قبل الحشرات والحيوانات العاشبة ، والتي هي فريسة للكائنات الحية الأخرى. وقد وصفت تناول بعض xenobiotics وتأثيرها على صحة النبات5،6،7،8، ولكن مؤخرا فقط في مستوى الأنسجة9. لذلك، فإنه لا يزال من غير الواضح أين أو كيف يحدث التمثيل الغذائي للزينوبيوتكس، أو إذا ترتبط الأيض النباتية محددة لتراكم xenobiotic في أنسجة محددة10. وعلاوة على ذلك، فإن معظم البحوث قد تجاهلت التمثيل الغذائي للxenobiotics والأيض في النباتات، لذلك لا يعرف سوى القليل عن هذه التفاعلات في الأنسجة النباتية.
المقترح هنا هو وسيلة للتحقيق في ردود الفعل الأنزيمية في العينات البيولوجية التي يمكن أن تكون مرتبطة توطين الأنسجة من الركائز والمنتجات من ردود الفعل. يمكن أن ترسم هذه الطريقة الملف الأيضي الكامل لعينة بيولوجية في تجربة واحدة ، حيث أن التحليل غير مستهدف ويمكن التحقيق فيه باستخدام قوائم مخصصة من التحليلات ذات الاهتمام. شريطة قائمة المرشحين تعقبها في مجموعة البيانات الأصلية. إذا لوحظ تحليل واحد أو عدة من الفائدة في العينة، يمكن أن يوفر توطين الأنسجة المحددة معلومات مهمة عن العمليات البيولوجية ذات الصلة. ويمكن بعد ذلك تعديل التحليلات ذات الأهمية في السيليكو باستخدام القوانين البيولوجية ذات الصلة للبحث عن المنتجات/الأيضات المحتملة. ثم يتم استخدام قائمة الأيض التي تم الحصول عليها لتحليل البيانات الأصلية من خلال تحديد الإنزيمات المعنية وتوطين ردود الفعل في الأنسجة ، مما يساعد على فهم عمليات التمثيل الغذائي التي تحدث. لا توجد طريقة أخرى توفر معلومات عن أنواع التفاعلات التي تحدث في العينات البيولوجية ، وتوطين المركبات ذات الاهتمام ، والأيض ذات الصلة. ويمكن استخدام هذه الطريقة على أي نوع من المواد البيولوجية مرة واحدة الأنسجة الطازجة وسليمة وتتوفر ويمكن أن تكون المركبات ذات الأهمية المؤينة. وقد نشر البروتوكول المقترح في فيليت وآخرونفي 12 وهو مفصل هنا لكي تستخدمه الأوساط العلمية.
Protocol
Representative Results
Discussion
الجزء الحاسم من هذا البروتوكول هو إعداد العينة: يجب أن تكون العينة ناعمة وسليمة. القطع هو الجزء الأكثر صعوبة، حيث أن درجة حرارة وسمك العينة يمكن أن تختلف تبعا لنوع العينة التي تمت دراستها. الأنسجة الحيوانية عادة ما تكون متجانسة وأسهل لقطع. غالبا ما تتضمن عينات النباتات هياكل مختلفة ، وبالت…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر تشارلز بيناو، ميلاني لاغاريغي وريجيس لافين على نصائحهم وحيلهم فيما يتعلق بإعداد العينات لتصوير MALDI لعينات النباتات.
Materials
| Cover slips | Bruker Daltonics | 267942 | |
| Cryomicrotome | Thermo Scientific | ||
| Excel | Microsoft corporation | ||
| flexImaging | Bruker Daltonics | ||
| ftmsControl | Bruker Daltonics | ||
| GTX primescan | GX Microscopes | ||
| HCCA MALDI matrix | Bruker Daltonics | 8201344 | |
| ImagePrep | Bruker Daltonics | ||
| ITO-coated slides | Bruker Daltonics | 237001 | |
| M1-embedding matrix | ThermoScientific | 1310 | |
| Metabolite Predict | Bruker Daltonics | ||
| Metaboscape | Bruker Daltonics | ||
| Methanol | Fisher Chemicals | No specific reference needed | |
| MX 35 Ultra blades | Thermo Scientific | 15835682 | |
| Plastic molds | No specific reference needed | ||
| SCiLS Lab | Bruker Daltonics | ||
| SolariX XR 7Tesla | Bruker Daltonics | The method proposed is not limited to this instrument | |
| Spray sheets for ImagePrep | Bruker Daltonics | 8261614 | |
| TFA | Sigma Aldrich | No specific reference needed |
References
- Zhang, D., Gersberg, R. M., Ng, W. J., Tan, S. K. Removal of pharmaceuticals and personal care products in aquatic plant-based systems: A review. Environmental Pollution. 184, 620-639 (2014).
- Adeel, M., Song, X., Wang, Y., Francis, D., Yang, Y. Environmental impact of estrogens on human, animal and plant life: A critical review. Environment International. 99, 107-119 (2017).
- Prosser, R. S., Sibley, P. K. Human health risk assessment of pharmaceuticals and personal care products in plant tissue due to biosolids and manure amendments, and wastewater irrigation. Environment International. 75, 223-233 (2015).
- Wang, J., et al. Application of biochar to soils may result in plant contamination and human cancer risk due to exposure of polycyclic aromatic hydrocarbons. Environment International. 121, 169-177 (2018).
- Marsik, P., et al. Metabolism of ibuprofen in higher plants: A model Arabidopsis thaliana cell suspension culture system. Environmental Pollution. 220, 383-392 (2017).
- He, Y., et al. Metabolism of ibuprofen by Phragmites australis: uptake and phytodegradation. Environmental Science and Technology. 51 (8), 4576-4584 (2017).
- Huber, C., Bartha, B., Harpaintner, R., Schröder, P. Metabolism of acetaminophen (paracetamol) in plants-two independent pathways result in the formation of a glutathione and a glucose conjugate. Environmental Science and Pollution Research. 16 (2), 206-213 (2009).
- Thomas, F., Cébron, A. Short-term rhizosphere effect on available carbon sources, phenanthrene degradation, and active microbiome in an aged-contaminated industrial soil. Frontiers in Microbiology. 7, 1-15 (2016).
- Villette, C., et al. In situ localization of micropollutants and associated stress response in Populus nigra leaves. Environment International. 126, 523-532 (2019).
- Sandermann, H. Plant metabolism of organic xenobiotics. Status and prospects of the ‘Green Liver’ concept. Plant Biotechnology and In Vitro Biology in the 21st Century. , 321-328 (1999).
- Sula, B., Deveci, E., Özevren, H., Ekinci, C., Elbey, B. Immunohistochemical and histopathological changes in the skin of rats after administration of lead acetate. International Journal of Morphology. 34 (3), 918-922 (2016).
- Villette, C., Maurer, L., Wanko, A., Heintz, D. Xenobiotics metabolization in Salix alba leaves uncovered by mass spectrometry imaging. Metabolomics. 15, 122 (2019).
- Khatib-Shahidi, S., Andersson, M., Herman, J. L., Gillespie, T. A., Caprioli, R. M. Direct Molecular Analysis of Whole-Body Animal Tissue Sections by Imaging MALDI Mass Spectrometry. Analytical Chemistry. 78 (18), 6448-6456 (2006).
