Metabolomics of Broccoli Sprouts Using UPLC with Ion Mobility Enabled LC/MSE and TransOmics Informatics

Význam tématu

Analýza metabolomu mladých klíčků brokolice přináší hluboký vhled do chemoprotektivních a nutričních vlastností křížatých plodin. Variabilita metabolitů pod vlivem světla, temna či přídavku sukrozy odráží adaptaci rostliny a umožňuje optimalizovat podmínky pěstování pro maximalizaci obsahu bioaktivních látek.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo komplexně profiltrovat malé molekuly v klíčcích brokolice (metabolom) a porovnat vliv tří podmínek růstu: temno, nepřetržité světlo a světlo se sukrozovým ošetřením. Studie demonstruje schopnost platformy UPLC-IMS-MSE zachytit genetické i environmentální signatury v jednom experimentu.

Použitá metodika

Semena brokolice klíčila hydroponicky po dobu pěti dnů při 21 °C ve třech světelných režimech: úplné temno, nepřetržité světlo a světlo plus dvoudenní aplikace sukrozy (176 mM). Klíčky byly zmrazeny v kapalném dusíku, rozemlety, extrahovány 100% metanolem (1:25 w/v, 70 °C, 30 min), centrifugovány (4000 rpm, 30 min, 4 °C), vysušeny rotační odpařovačkou a znovu rozpuštěny v metanolu. Roztoky byly před analýzou filtrovány 0,20 µm PVDF stříkačkou.

Použitá instrumentace

• UltraPerformance LC: ACQUITY UPLC se středně polárním sloupcem CSH C18 (2,1×100 mm, 1,7 µm), teplota 55 °C, průtok 0,4 mL/min, injekce 5 µL.
• Mobilní fáze A: 10 mM HCO2NH4 v ACN/H2O (60:40), fáze B: 10 mM HCO2NH4 v IPA/ACN (90:10), gradient od 60:40 po 1:99 během 18 min.
• Mass spectrometrie: SYNAPT G2-S HDMS, režim HDMSE, ionizace ESI ve +/– módu, zdrojová teplota 120 °C, desolvační 550 °C, kapilární napětí 2,0 kV (+) a 1,0 kV (–), Transfer CE ramp 20–50 V.
• Ion mobility: T-Wave IMS s nastavitelnou výškou vlny 40 V a rychlostí 900 m/s.
• Software: TransOmics Informatics a HDMS Compare pro zpracování, PCA, OPLS-DA, S-plot a databázové vyhledávání.

Hlavní výsledky a diskuse

Platforma UPLC-IMS-MSE umožnila oddělení tisíců metabolitů podle retenčního času i driftu v plynu. Multivariační analýzy (PCA, S-plot) ukázaly jasné shlukování vzorků podle růstových podmínek. Ve světelných režimech se významně zvyšovaly látky spojené s fotosyntézou, včetně derivátů chlorofylu detekovaných pouze pod světlem. Díky IMS se zlepšila selektivita fragmentačních spekter, což usnadnilo strukturální identifikaci.

Přínosy a praktické využití metody

Metodika poskytuje rychlý, vysoce výkonný přístup k molekulární fenotypizaci rostlin. Umožňuje sledovat vliv stressových i výživových podmínek, optimalizovat pěstební protokoly a podporuje objev nových nutričně významných sloučenin. Vhodná je pro agronomii, potravinářský průmysl i přírodní produkty.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace s rozsáhlými databázemi a strojovým učením pro automatizovanou anotaci spekter, rozšíření na další kultury, kvantitativní metody s vnitřními standardy a vývoj rychlejších IMS buněk. Potenciál představuje spojení metabolomiky s genomikou a proteomikou pro holistický pohled na rostlinné reakce.

Závěr

Waters Omics Research Platform s technologií HDMSE a TransOmics Informatics nabízí komplexní řešení pro neznámou i cílenou analýzu metabolitů ve studiu rostlinných fenotypů. Umožňuje detailní porovnání vlivu různých růstových podmínek a podporuje výzkum bioaktivních sloučenin v brokolicových klíčcích.

Reference

1. Jahangir M, Abdel-Farid IB, Kim HK, Choi YH, Verpoorte R. Metal ion-inducing metabolite accumulation in Brassica rapa. Environmental and Experimental Botany. 2009;67:23–33.
2. Pérez-Balibrea S, Moreno D, García-Viguera C. Glucosinolates in broccoli sprouts (Brassica oleracea var. italica) as conditioned by sulphate supply during germination. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2008;88:904–910.
3. Maldini M, Baima S, Morelli G, Scaccini C, Natella F. A liquid chromatography-mass spectrometry approach to study “glucosinoloma” in broccoli sprouts. Journal of Mass Spectrometry. 2012;47:1198–1206.
4. Fu W, Magnúsdóttir M, Brynjólfson S, Palsson BØ, Paglia G. UPLC-UV MS(E) analysis for quantification and identification of major carotenoid and chlorophyll species in algae. Anal Bioanal Chem. 2012 Dec;404(10):3145–3154.