植物逆境胁迫是指植物在生长过程中遭遇的不利环境条件，这些条件可能来自生物因素或非生物因素。生物胁迫包括病原体感染和食草动物的啃食，而非生物胁迫则包括干旱、高温、冷害、营养匮乏、盐害以及土壤中有毒金属的毒害等。这些胁迫对植物的生长、发育、生理功能以及遗传特性都会产生影响。在逆境胁迫下，植物的代谢过程会发生显著变化，包括改变代谢物的积累、调节代谢途径和信号转导等，这些变化有助于植物适应并抵抗逆境压力。空间代谢组作为整合了质谱成像和代谢组学的研究技术，能够在无标记条件下直接对生物组织切片进行扫描分析，完成代谢物的定性、定量和定位分析。因此近年来，空间代谢组在植物中的应用越来越受到科研界的关注。空间代谢组可直接测量植物样本中代谢物空间分布，进一步理解植物成分内部调控机制，并应用于植物研究各个方向，如生长发育、色泽品质、植物胁迫等，空间代谢组应用于植物胁迫，可以解析植物是如何响应和适应各种逆境条件的，例如干旱、盐分胁迫、低温、高温、紫外线辐射、重金属毒害和营养缺乏等。逆境胁迫下，植物体内的代谢物会发生重塑，这种重塑是植物基因与环境因素相互作用的结果，也是植物生理表型和体内生化水平的直接反映，为研究植物组织中代谢物的空间分布提供了新的见解。取样样本：植物叶片、种子、根、茎（通过预实验，选择非生物胁迫处理后表型变化明显的时间点及材料进行测序）。*大多文章会设置多个品种、多个处理浓度或多个处理时间点进行比较。案例一：空间代谢组揭示了玉米中黄曲霉毒素B1和植物防御代谢物的空间分布英文标题：Unveiling the spatial distribution of aflatoxin B1 and plant defense metabolites in maize using AP-SMALDI mass spectrometry imaging发表期刊：The Plant Journal（IF=6.2）样本类型：放置在含有200µg AFB1的培养基中培养7天和14天的玉米幼苗的根、茎和叶研究内容：霉菌毒素是一类具有显著生态和经济影响的真菌次级代谢产物。它们在植物感染和食品腐败中起着重要作用。特别是黄曲霉毒素B1（AFB1），因其致癌性而成为食品链中的一个严重问题，了解植物如何响应霉菌毒素对于提高作物的抗性和食品安全至关重要。这项研究通过使用空间代谢组技术，揭示了AFB1及其潜在修饰形式在玉米植株体内的空间分布，并详细描述了在不同组织、器官和细胞中由于AFB1积累而引发的植物应答压力的代谢物分布情况。研究发现，AFB1的积累对玉米根部叶绿素和花青素的生物合成过程产生了抑制作用。这一现象可能暗示了黄曲霉毒素在调节植物激素反应中的潜在作用，它可能通过干扰细胞分裂素的信号传导途径，引起叶绿素代谢的变化和花青素合成的阻碍。该研究有助于揭示植物在分子水平上如何应对这些毒素，以及这些响应如何影响植物的初级和次级代谢。案例二：空间脂质组学分析揭示了盐胁迫下大麦根系不同发育区域的细胞脂质重塑响应英文标题：Comparative spatial lipidomics analysis reveals cellular lipid remodelling in different developmental zones of barley roots in response to salinity发表期刊：Plant, Cell & Environment（IF=6）样本类型：盐胁迫的四个大麦品种根系（Clippe、Gairdner、Hindmarsh、Mundah）研究内容：盐胁迫的植物代谢、离子和转录物修饰通常是用整个植物组织来研究的，但这并不能提供空间组织反应的信息。作者使用脂质组、空间代谢组和元素分析来检测盐胁迫前后评估四种大麦品种幼苗在短期盐胁迫前后根系中脂质谱的空间变化，并定量分析根系元素组成的变化。发现主要脂类水平发生了显著变化，包括溶甘油磷脂、神经酰胺和己糖神经酰胺水平的下降，以及甘油磷脂、羟基神经酰胺和己糖神经酰胺水平的增加。研究结果表明，甘油磷胆碱的积累可能作为渗透保护剂和磷脂酰胆碱重新合成的底物，提高大麦植物对盐胁迫的耐受性。案例三：空间代谢组可视化拟南芥叶片内创伤诱导的植物激素分布英文标题：In situ characterisation of phytohormones from wounded Arabidopsis leaves using desorption electrospray ionisation mass spectrometry imaging研究内容：植物激素是一类小分子信号分子，作为植物生长发育和应对压力反应的重要内源调节器。以往的研究已经识别了植物激素的种类，包括茉莉酸、生长素、脱落酸和水杨酸等，它们在植物受到机械压力时发挥作用。然而，在不使用标记或报告基因的情况下，直接从完整植物组织中原位可视化内源植物激素仍然具有挑战性。本研究使用空间代谢组技术对受伤和未受伤的拟南芥叶片进行分析。结果显示，受伤叶片中茉莉酸、生长素、脱落酸和水杨酸的水平高于对照叶片。通过LC-MS/MS验证了空间代谢组的结果，确认了受伤区域中特定植物激素和代谢物的异质分布和高度相关性。统计分析表明，受伤叶片/区域中茉莉酸及其前体化合物显著增加，并突出了不同植物激素物种之间的潜在相关性。本研究为理解受伤叶片中的植物激素分布及其相关前体和代谢物在机械压力下的变化提供了见解。高分文章中那些精美的图片是怎么画出来的呢？我的数据测了一大堆，该怎么挖掘呢？别人已经开始从公共数据库中挖掘宝藏，而我只能眼巴巴望着那些冷冰的数据发呆？导师只给了一个原始数据，却问我要各种分析结果和图形怎么办......别担心，联川生物代谢组学从基础分析到高级分析“理论+实操+绘图”全流程的精品培训班即将来袭！[1] Righetti L, Bhandari DR, Rolli E, et al. Unveiling the spatial distribution of aflatoxin B1 and plant defense metabolites in maize using AP-SMALDI mass spectrometry imaging. Plant J. 2021 Apr;106(1):185-199.[2] Sarabia LD, Boughton BA, Rupasinghe T, et al. Comparative spatial lipidomics analysis reveals cellular lipid remodelling in different developmental zones of barley roots in response to salinity. Plant Cell Environ. 2020 Feb;43(2):327-343.[3] Zhang C, Žukauskaitė A, Petřík I, et al. In situ characterisation of phytohormones from wounded Arabidopsis leaves using desorption electrospray ionisation mass spectrometry imaging. Analyst. 2021 Apr 26;146(8):2653-2663.本文系联川生物公众号原创文章，未经授权禁止转载，侵权必究！
