《Biochemical Systematics and Ecology》：Spatial mapping and tissue-specific localization of 4-quinolone alkaloids in vegetative organs of
Waltheria indica L. via MALDI FT-ICR IMS
编辑推荐：
•图谱显示特定 W. indica 组织中生物碱的积累存在差异。•FT-ICR MSI 解析了 4-喹诺酮类生物碱在维管域内的区室化。•4-喹诺酮类生物碱集中在根髓和茎木质部中进行系统防御。•组织定位证实了传统煎煮坚硬根茎组织的合理性。•韧皮部中的甲基化衍生物表明存在空间调节
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图谱显示特定 W. indica 组织中生物碱的积累存在差异。
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FT-ICR MSI 解析了 4-喹诺酮类生物碱在维管域内的区室化。
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4-喹诺酮类生物碱集中在根髓和茎木质部中进行系统防御。
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组织定位证实了传统煎煮坚硬根茎组织的合理性。
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韧皮部中的甲基化衍生物表明存在空间调节的后期修饰。
引言
Waltheria indica L. (锦葵科) 是一种广泛分布于热带和亚热带地区的物种，在传统医学中反复用于治疗炎症和感染过程等病症 (Saunders, 2007, 2011; Yabré et al., 2024; Silva et al., 2022, Silva et al., 2024a; Laczko et al., 2019; Monteillier et al., 2017; Zongo et al., 2013)。从化学角度来看，该物种因产生结构多样的 specialized 代谢产物而备受关注，包括具有相关生物活性的 4-喹诺酮类生物碱和环肽，引起了药理学和生态学的兴趣 (Silva et al., 2022, Silva et al., 2024a; Cretton et al., 2014a, 2014b, 2015, 2016, 2020; Liu et al., 2023; Hua et al., 2023; Pa?s et al., 1963)。尽管在这些化合物的结构表征方面取得了进展，但与其在植物组织中空间组织相关的方面仍未得到充分探索。
传统上，植物化学研究基于大量提取，随后进行质谱联用色谱分析，这些方法提供了有关代谢产物总体组成的详细信息，但消除了样本的解剖学背景。因此，理解 specialized 代谢产物如何在组织、器官或细胞类型中分布的可能性随之丧失，这是解释其生理、防御和生态作用的一个关键因素。在此背景下，质谱成像 (MSI) 已成为一种用于调查植物代谢空间组织的战略工具 in situ (Boughton et al., 2016; Horn and Chapman, 2024)。
在 MSI 方法中，基质辅助激光解吸/电离 (MALDI) 因其高检测能力、对不同类别代谢产物的广泛适用性以及进行高空间分辨率分析的可能性而脱颖而出。在植物中，MALDI-MSI 已允许直接在组织切片上映射初级和 specialized 代谢产物，保留解剖组织并实现化学特征与特定结构之间的相关性 (Boughton et al., 2016; Horn and Chapman, 2024)。最近的研究表明，这种方法揭示了以前通过常规分析技术无法获得的代谢区室化模式。例如，Conium maculatum 中的哌啶生物碱在种子、叶子和茎之间显示出不同的分布，表明与这些化合物的生物功能相关的差异积累策略 (Barrera-Adame et al., 2024)。同样，MALDI-MSI 的应用允许在 Narcissus tazetta 组织中映射加兰他敏，突出了其在勘探药用代谢产物中的潜力 (Nakagawa et al., 2023, 2024)。此外，该技术已用于环境背景中，如监测 Salix alba 叶片中微污染物的代谢，加强了其在植物系统研究中的多功能性 (Villette et al., 2020)。
在天然产物化学的背景下，MALDI-MSI 代表了一种方法论上的进步，通过将化学特征与植物解剖学联系起来，揭示了 specialized 代谢的空间组织模式。对于像 Waltheria indica 这样产生生物活性 4-喹诺酮类生物碱的物种，理解这些化合物的组织分布是解释其可能功能和生态作用的基本步骤。因此，本研究采用 MALDI-MSI 来调查这些代谢产物在 W. indica 组织中的空间分布，提供了该物种化学组织的综合视角，并为未来关于植物 specialized 代谢调节的研究奠定了基础。
章节片段
植物材料
采集了 Waltheria indica (锦葵科) 标本于巴西里约热内卢两个附近的城区。2023 年 3 月在瓜达卢佩区进行了初步采样，这是一个进入受限的工业区，由于无法采样根部，只能采集叶子、茎和花朵。随后，包括根、茎、叶和花在内的完整标本于 2023 年 4 月在德奥多罗激进公园采集，位于德奥多罗
结果
分析器官的解剖组织及注释生物碱的化学结构如图 1 所示。
讨论
应用 MALDI–MSI 使得能够详细评估 Waltheria indica 中 4-喹诺酮类生物碱的空间组织，揭示了器官和组织类型之间代谢物分布的显著差异。观察到的模式表明，该物种 specialized 代谢产物的积累与特定的解剖区域密切相关，特别是维管和髓组织。
在茎中，大多数 4-喹诺酮类生物碱主要定位于木质部
结论
本研究表明 Waltheria indica 表现出高度有组织的 4-喹诺酮类生物碱空间分布，具有明确的组织和器官特异性积累模式。MALDI–MSI 被证明是可视化这种化学区室化的强大方法，提供了 specialized 代谢产物在叶子、茎和根中差异分配的直接证据。这些发现有助于更深入地理解 中生物碱代谢的空间调节
CRediT 作者贡献声明
Raquel de Medeiros Silva: 写作 - 审查与编辑，写作 - 原稿撰写，验证，方法论，调查，形式分析，数据整理。 Fernando Cotinguiba: 写作 - 审查与编辑，写作 - 原稿撰写，监督，资源，项目管理，方法论，资金获取，概念化。
竞争利益声明
作者声明，他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，可能被认为影响了本论文中报告的工作。
致谢
本研究部分由 巴西高等教育人员培训协调局 (CAPES) - 资助代码 001 和 里约热内卢州研究资助基金会 (FAPERJ, JCNE Fellowship, E-26/201.444/2021) 资助。我们感谢生物分子质谱中心 (CEMBIO - UFRJ) 提供的技术和分析支持。作者感谢沃尔特·莫尔斯天然产物研究所中央分析中心 (IPPN-UFRJ) 提供的
Raquel de Medeiros Silva|Fernando Cotinguiba
