高分辨空间代谢组学
空间代谢组学整合了质谱成像和代谢组学技术，对动植物及人体组织和细胞内/外源性代谢物的种类、含量和空间分布情况进行精准测定，从定性、定量、定位三个维度阐释生物代谢过程差异。 从2007年-2021（预）年间代谢组学、质谱成像和空间代谢组学技术发表论文数目的趋势来看，MSI 技术是当前十分热门的研究领域之一，发展空间巨大。
质谱成像技术中，离子源是关键。根据不同离子源，常将 MSI 分为以下几种：
其中，MALDI-MSI 已成为当前主流且应用最广泛的一类技术。
MALDI-MSI的基本原理是将能吸收337nm或355nm紫外激光的基质分子与待测物混合形成共晶，利用基质分子吸收激光能量，防止多余能量直接作用在待测物分子使其碎片化。MALDI技术具有软电离特性、超高的检测灵敏度和耐盐性好等优点，被广泛用于蛋白、核酸等生物大分子分析。
诺米代谢空间高分辨代谢组基于质谱成像技术发展而来，在MALDI-MSI技术上进一步提升，采用大气压基质辅助激光/解吸电离——(AP)MALDI做为离子源。AP-MALDI MSI技术，能高通量获取检测对象中物质成分信息，从空间布局维度精准定位目标物质的在特定空间变化，多平面组合后可以通过计算机数据模拟三维空间的物质分布，极大延伸了质谱的应用领域，拓展了质谱在临床检测和生物制药行业中的应用，提供了新的筛选或检测工具，弥补了现有传统质谱研究中高通量不足、需要标记物、前处理方法复杂等缺陷。
细胞的平均直径在10-20um之间，诺米代谢高分辨空间代谢组分辨率可达5um，真正做到细胞级采样，超高分辨率为您带来极致体验。
诺米代谢采用Thermo ScientificTM Q ExactiveTM 质谱仪，充分利用该质谱仪高分辨率优势，实现了(AP)MALDI + Thermo ScientificTM Q ExactiveTM 强强联合。
质谱成像系统后端质谱仪的分辨率也很重要，比如传统的真空MALDI-TOF分辨率线性模式分辨率仅几千，在下图实例中，三种完全不同的肽无法完全区分。反射模式虽然有2~4万的分辨率，但由于飞行距离变长，离子动能损失，灵敏度会大大降低。而我们通过高分辨质谱成像图可以根据空间分布认识到这三种肽可能具有完全不同的生理功能，因此能够避免产生认知谬误。
诺米代谢AP-MALDI联合Q Exactive，实现高覆盖、高灵敏的组织代谢物成像分析，解决了生物组织中低含量代谢物难检测、覆盖种类少、成像质量差等技术难题,可实现至多1000个代谢物同时成像分析，包括脂肪酸、胆汁酸、氨基酸、黄酮、神经递质、糖类、类胡萝卜素、维生素、单宁、酚酸、核苷、有机酸、碳水化合物等，精准还原其空间分布信息。
蝗虫切片
小麦切片
大鼠脑神经节苷脂
甲壳类动物脑组织
枯草杆菌微菌落质谱成像发表期刊：Talanta（IF=6.057） 发表时间：2020年
糖生物碱(GAs)是马铃薯中有毒的次生代谢产物，对人体有害。贮藏时间对GAs的合成和分布有很大影响。本文利用空间代谢组学研究了不同贮藏时间(0、10、15、20、30、40和60天)的马铃薯块茎中GAs的分布和变化。用logistic方程建立了4种主要GAs在芽、周皮和髓质中的生长趋势模型。结果表明4种GAs在芽和周皮的生长速度和相对含量均显著高于髓质。本研究有助于了解马铃薯中GAs在不同部位的代谢情况和监测食品安全。
1.方法学考察
不同浓度α-茄碱(0.01-5 μg/mL)的2,5-二羟基苯甲酸(2,5-dihydroxybenzoic acid，DHB)基质表达，标准曲线如图1所示。这一结果说明MALDI-TOF-MSI方法用于组织样品的GAs鉴定和定量分析的潜力。
2.储存时间对马铃薯块茎不同部位GAs相对含量及空间分布的影响
如图2所示，我们可以清楚地查看马铃薯块茎的光学图像和分布的四个GAs：dehydrochaconine([M+H]+850.49m/z)，α-chaconine([M+H]+852.50m/z)，dehydrosolanine([M+H]+866.49 m/z)，α-solanine([M + H]+868.50 m/ z)在不同部位在不同存储时间。从光学图像可以直接观察到马铃薯块茎发芽的形态变化。
从图2a可以看出，马铃薯块茎的外观没有变化，0天时，几乎检测不到四种GAs。这一结果表明，在正常贮藏条件下,新鲜马铃薯块茎中所含的GAs极少。当贮藏时间在第10天时，可以观察到明显的变化，如图2b所示。4种GAs开始生物合成和增加，并在马铃薯块茎组织中表现出明显的分布特征。在本次实验中，块茎GAs的生物合成主要发生在周皮的内层细胞层中，并且清楚地观察到马铃薯块茎的周皮先于髓质产生GAs。从质谱图上看，这4种GAs主要分布在表皮和皮周，皮周的GAs相对含量高于髓质。第15天，马铃薯块茎出现了小芽，形成了芽、周皮和髓质三个明显区域，如图2c所示。马铃薯块茎中GAs的相对含量显著增加，且在这三个部位分布不均匀。在质谱图像的颜色尺度上，颜色越亮，该区域的GAs含量越高。总体而言，4种GAs在3个部位的分布基本一致，芽中含量最高，周皮次之，髓质中含量最低。从第20 ~ 30天开始，如图2d和e所示，3个部分中4种GAs的相对含量随着芽的生长迅速增加。同时，GAs的分布特征仍主要集中在芽和髓质区域。后期(40 ~ 60天)，如图2f和g所示，芽生长缓慢，GAs分布向髓质扩散，但仍主要分布在芽和周皮区域。同时，4种GAs的相对含量趋于稳定或缓慢增长。
3.GAs含量增长模型构建
马铃薯块茎不同部位的GAs实验数据如图3所示。初始阶段增长率急剧上升，随后达到平台。GAs增长的完全趋势类似于s型曲线。结果表明，该模型与实验结果吻合较好。4种GAs在芽和周皮的生长速率保持在相同的水平，远远高于髓质。四种GAs在芽和周皮的快速生长期几乎早于髓质的快速生长期。在含量上，四种GAs的含量在芽中最高，在髓质中最低。
马铃薯块茎的芽、周皮和髓质中GAs的相对含量和分布差异较大，可能是由于不同地区呼吸代谢强度不同所致。呼吸代谢的活性取决于底物的存在、呼吸酶的浓度、氧气和二氧化碳的浓度。休眠芽萌发时，马铃薯块茎芽和周皮呼吸活动的底物浓度较高;呼吸酶浓度高;GAs合成酶活性高;氧气很容易获得;二氧化碳很容易排放。但马铃薯块茎髓质底物浓度小，呼吸酶浓度低，氧气不易获得，二氧化碳不易排放。因此，GAs主要分布在马铃薯块茎的芽和周皮中。
通过MALDI-TOF-MSI图像将马铃薯块茎分为3部分，在芽、髓质和周皮中α-链果碱与α-茄碱的比值分别为1.59、1.21和1.65。结果表明,髓质中该比值略低于其他组织。因为α-卡茄碱的毒性高于α-茄碱，所以这个比值越低越好。因此，马铃薯块茎髓质区GAs含量和周皮区低，且相对安全。这也是很多研究人员发现去除土豆芽和土豆皮后，土豆中GAs的含量和毒性大大降低的原因。
4.马铃薯不同组织中4种GAs的相关性分析
通过相关性分析验证了不同组织中四种GAs含量之间的关系。结果表明，4种GAs在马铃薯块茎芽、周皮和芽中的分布均呈显著相关。随着贮藏时间的延长，3个部位中4种GAs的含量有相似的变化趋势。四种GAs在芽中呈上升趋势，在周皮和髓质中呈上升趋势。值得注意的是，髓质中去氢查可碱和α-查可碱的变化过程相关性较低。(图4中蓝色部分)。这可能是因为这两种GAs在髓质中的含量较低，变化趋势不明显，相关性较低。这也证实了之前的分析。
本试验采用空间代谢组技术研究了不同贮藏时间下4种有毒GAs在马铃薯块茎不同部位的空间分布及变化。从形态学和质谱上观察到四种GAs随时间的变化。采用logistic增长模型拟合了贮存时间与GAs强度的可靠关系。各组织区域GAs生长速率和相对含量差异较大，不同的GAs也呈现出不同的增长趋势。重要的是，从GAs生物合成和代谢的角度，揭示了这些结果可能的原因。本研究对揭示马铃薯块茎不同部位的GAs代谢具有重要意义，可为马铃薯的贮藏和食品安全监测提供指导。
Yda B , Mh A , Feng F A , et al. The distribution and changes of glycoalkaloids in potato tubers under different storage time based on MALDI-TOF mass spectrometry imaging[J]. Talanta, 2020, 221.
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