植物表面的代谢物可以反映其生理状态和胁迫刺激状态。因此,监测和定位植物体表的这些分子对于深入了解植物的生长、发育和疾病至关重要。然而,目前用于活体植物分子检测的技术往往缺乏空间水平信息或需要繁琐的预标记。质谱成像(MSI)作为一种新兴的空间代谢组学技术,具有原位和免标记检测代谢物分布的优点。然而,目前的MSI往往只能用于组织平面水平上的代谢物分析,并且需要制备组织切片,难以适用于活体、曲面上代谢物的分析。近日,齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省分析测试中心马春霞课题组在Plant Biotechnology Journal 杂志发表题为“Flexible substrate-based mass spectrometry platform for in situ non-destructive molecular imaging of living plants”的文章,该研究开发了一种新型活体植物质谱成像平台,可免标记、高通量、无损地可视化分析活体植物上的代谢物分布。该平台为活体植物的生长发育监测、表面分泌物的发掘以及内源性代谢物的组织分布研究提供了新的技术手段和研究思路。在本研究中,研究团队基于原位无损活体植物质谱成像平台,对病原微生物侵染的人参和健康的人参根部表面代谢物进行成像分析,成功地实现了胆碱、有机酸、酚酸和类黄酮等与生长和疾病相关的信号分子的原位无损可视化检测。本研究为更直观和无损的解析植物健康状况和疾病区域、植物-环境相互作用的代谢交流机制和植物在各种胁迫下的信号传导提供了新的技术支撑。此外,该平台具有推广到其他植物器官和人体研究的巨大潜力。此外,一些富含纤维或水分、纤薄、脆弱的药用植物组织,例如老化的根或根茎、幼嫩的花朵,难以制备完整的冷冻切片。为解决这类组织在质谱成像分析中面临的挑战,该平台融入了印迹技术,成功突破了传统方法的局限,实现对坚硬、易碎、含水量多的植物组织进行质谱成像分析。本研究利用该平台,实现了多种药用植物不同类型组织内源性代谢物的质谱成像,包括黄芩、生姜和金银花。其中,首次对金银花完整的花组织进行分子成像,发现花瓣中代谢物存在着两种互补式的分布模式,该发现为相关化合物生物合成网络的挖掘和药效成分的精准筛选提供帮助。综上,该平台为在微米尺度上深入了解植物的生长、发育和疾病提供了重要的技术手段和研究思路。齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省分析测试中心马春霞为本文的通讯作者,硕士研究生张冠华为第一作者。上述工作得到国家自然科学基金(42007218)、中国中医科学院名贵中药资源可持续利用能力建设项目(2060302)、山东省自然科学基金(ZR2020QE228)、齐鲁工业大学(山东省科学院)科教产融合创新试点项目(2022PY004)的支持。