《Current Opinion in Plant Biology》：Mass spectrometry imaging in plants: Methods and applications
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质谱成像（MSI）已成为空间代谢组学的一个强大平台，能够在植物组织内直接映射代谢物。然而，MSI 在植物中的成功应用仍然高度依赖于有效的样品制备，因为植物组织独特的结构特征带来了重大的分析挑战。本综述着重介绍了为应对这些局限性而设计的、适用于多种植物组织的样品制备策略的最新进
质谱成像（MSI）已成为空间代谢组学的一个强大平台，能够在植物组织内直接映射代谢物。然而，MSI 在植物中的成功应用仍然高度依赖于有效的样品制备，因为植物组织独特的结构特征带来了重大的分析挑战。本综述着重介绍了为应对这些局限性而设计的、适用于多种植物组织的样品制备策略的最新进展。随后，我们讨论了这些方法学和技术创新如何提高空间分辨率、灵敏度、特异性和分析通量。在此基础上，我们调研了 MS I 在植物科学中不断扩展的生物学应用，从解码植物与环境相互作用、解析基因功能，到通过稳定同位素标记追踪代谢动力学。通过将化学分布与生物过程联系起来，MSI 在揭示代谢通路如何在植物组织内组织和调控方面发挥着越来越重要的作用，最终实现了对植物代谢的空间解析理解。
引言
植物是出色的化学家，合成数十万种代谢物以应对固着生活的挑战。然而，这种化学多样性并非均匀分布，而是高度区室化地存在于不同组织、细胞类型和细胞器中 [1]。传统代谢组学主要依赖液相色谱-质谱联用（LC-MS）技术，需要进行组织匀浆。虽然该方法可以提供全面的化学分析，但本质上会平均化空间异质性，从而掩盖代谢物的精确位置 [2]。要了解植物如何真正调控发育、响应环境胁迫或管理共生关系，我们必须在其天然空间组织框架内解析生物学事件。这一需求催生了"空间革命"，空间转录组学和蛋白质组学持续发展，而空间代谢组学则成为现代植物科学中不可替代的核心技术 [3]。
质谱成像（MSI）是空间代谢组学的一项关键技术，能够在不同组织中直接、多重检测广泛的代谢物化学谱。它已被用于绘制多种化合物类别的空间分布，包括脂质、碳水化合物、氨基酸、有机酸、酚类、萜类、生物碱、维生素和色素等 [4]。关键在于，通过保留组织结构，MSI 能够揭示组织和细胞类型特异性代谢物积累、发育与运输梯度、基因型依赖性化学表型以及对生物和非生物胁迫的局部响应。此外，代谢物与通路中间产物的空间共定位可以指示潜在的合成、储存、运输和周转位点 [2,5]。因此，MSI 超越了仅仅展示代谢物位置的功能，积极生成关于通路组织和生理功能的研究假说。
基质辅助激光解吸/电离（MALDI）是目前应用最广泛的方案，在高分辨率（5–50 μm）和广泛化学覆盖之间取得了平衡。作为该技术的补充，解吸电喷雾电离（DESI）能够对天然组织进行环境条件下的表面分析，且样品制备极少。在空间分辨率的前沿，二次离子质谱（SIMS）可达到亚微米尺度，实现亚细胞成像，但分子碎片化程度增加。许多其他 MSI 离子源也在不断开发中，其中大多数是上述电离技术的衍生形式。尽管它们在离子生成方式、空间分辨率、探测深度、压力条件或应用范围等方面存在差异，但均基于相似的基本原理（图 1a）。如今，MSI 方法的选择已不再是随意的，而是一项战略性决策——选择"适合目标的正确工具"以最大化生物学洞察。
尽管 MSI 已广泛应用于植物科学，但样品制备仍是限制其发挥全部潜力的关键瓶颈。因此，本综述重点介绍了针对不同需求和样品类型量身定制的样品制备策略的最新突破，为研究人员提供实践基础。在这些方法学进展的基础上，我们随后调研了 MS I 在植物科学中不断扩展的应用，展示其价值并激发进一步利用该技术的深入研究。通过弥合化学分布与生物功能之间的鸿沟，我们旨在阐明 MS I 如何在分子水平上重新定义我们对植物代谢的理解。
章节摘要
样品制备的创新
MSI 在植物中的成功应用需要克服两大长期存在的障碍：植物组织的脆弱性以及对低丰度或难电离分子灵敏度有限的问题。近期的创新显著削弱了这些障碍，将 MS I 从粗略的映射工具转变为高保真空间代谢组学平台。
植物组织独特的架构——脆性的角质层、刚性的细胞壁和丰富的含液泡——使其尤其
应用：生物学洞察与新范式
MSI 从一种专业分析技术转变为不可或缺的生物学工具，标志着植物科学的一个重大里程碑。凭借卓越的灵敏度、高空间分辨率、宽动态范围和优异的分子特异性，研究人员现在以前所未有的深度探究植物空间代谢组。现代 MS I 平台不仅仅是简单地编目化合物，而是从根本上重塑了我们对植物如何与其
结论
空间背景不再是可选的附加图层，而是理解复杂植物过程的必要维度。正如本综述通篇所强调的，MSI 已从一种小众的可视化技术演变为现代植物学的基石，使研究人员能够以前所未有的空间保真度探究植物代谢组。展望未来，MSI 的持续演进不仅取决于灵敏度和空间分辨率的提升，还取决于进一步
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告工作的情况。
董永辉 | 卢优伟 | Asaph Aharoni
