【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及生物實驗技術以及植物代謝物數據挖掘領域，具體涉及利用空間代謝組學方法可視化野生玉米籽粒代謝物的時空動態變化，挖掘不同細胞組織區域特異表達的代謝物。
技術介紹
1、玉米，作為一種重要的農作物，其起源可追溯至大約9000年前，源自于墨西哥西南部的一種野生植物——大芻草。通過長期的人工選擇和馴化，野生玉米逐漸演化成為現代玉米，這一過程顯著提高了作物的產量，同時改善了其營養價值。馴化后的玉米，不僅為人類和動物提供了超過60％的卡路里攝入，成為能量消耗的主要來源，而且作為飼料的主要成分，對肉類和蛋白質的生產起到了關鍵的支撐作用，從而間接促進了人類對蛋白質的攝取。
2、在玉米漫長的馴化歷程中，人類與育種專家的干預顯露出明顯的傾向性。這種傾向性不僅塑造了玉米的現代形態，也極大地減少了作物的遺傳多樣性，使得許多寶貴的基因資源未能得到充分利用。例如，野生玉米的前身大芻草擁有堅硬且緊閉的穎殼，這無疑為種子提供了抵御干旱和病蟲害的強大保護，但同時也限制了種子的傳播和食用。隨著人類開始有意識地種植和馴化玉米，野生玉米的穎殼逐漸經歷了變化。早期農民可能更傾向于選擇那些穎殼較為松弛、易于實用的個體。我們發現野生玉米沒有穗軸，穎殼不僅是保護種子的外殼，它還可能替代穗軸的部分功能，承擔營養物質的運輸任務，這對玉米的生長和發育至關重要。盡管如此，穎殼內部代謝物的空間分布仍然是一個未解之謎。
3、代謝物是連接基因型與表型的橋梁，在植物生長發育和環境適應性方面發揮著重要作用。然而，代謝物在玉米馴化和適應過程中發生了怎樣的分化還知
技術實現思路
1、目前關于野生玉米籽粒中代謝物的時空分布還知之甚少，本專利技術利用空間代謝組來可視化其代謝物的時空動態變化，從而挖掘其不同區域內特異表達的代謝物，為優化玉米籽粒的營養價值以及未來的育種工作提供數據基礎。
2、本專利技術提供一種定性定量野生玉米籽粒代謝物的時空動態變化的方法，包括以下步驟：1)選材：通過冰凍切片確定選取細胞分化和灌漿起始期以及灌漿期這2個時期的野生玉米籽粒(選取代謝物含量豐富且組織形態完整的野生玉米籽粒)。
3、2)包埋和固定：將處理干凈的籽粒放入包埋盒，用包埋膠將其表面完全覆蓋，放置在干冰上緩凍。在底托上添加適量包埋膠固定樣本。
4、3)切片和染色：將固定的組織樣本置于切片機樣本頭上，切出設定厚度的冷凍組織切片，粘附固定于正電荷防脫載玻片上。選取其中一張切片進行甲苯胺藍染色。其余儲存于-80℃超低溫冰箱保存，供后續成像分析使用。
5、4)切片預處理：冰凍的組織切片自-80℃超低溫冰箱取出后，迅速至于真空干燥器中，室溫下真空干燥約30min。
6、5)數據采集和分析：將干燥后的片子進行上機檢測，通過質譜成像平臺控制程序軟件設定掃描參數。通過使用imzmlconverter、msireader以及cardinal等各種軟件包進行可視化處理、聚類分析等多項數據分析。
7、本專利技術的有益效果是：
8、本專利技術開發了一種利用空間代謝組方法來揭示了野生玉米籽粒代謝物的時空動態變化，實現了1)可視化野生玉米籽粒中上千種代謝物的空間分布及其表達豐度；2)檢測到穎殼中特有的幾種代謝物及其空間分布；3)利用檢測到的代謝物進行聚類分析獲得了精準的細胞分群。這些都為優化玉米籽粒的品質和產量提供了豐富的候選代謝物，進而助力挖掘調控其相關代謝途徑的基因，可以實現對目標化合物的精準調控。
9、與傳統的代謝組學技術相比，空間代謝組學的優點包括：1)它整合了多種技術手段，如冷凍切片制備、質譜儀直接檢測以及生物信息學數據分析等，這使得研究者能夠更全面地獲取組織切片中代謝物的空間分布和含量信息。這種多技術的結合不僅提高了研究的準確性，也大大減少了實驗過程中的誤差和損失。2)質譜成像技術避免了樣品勻漿處理可能導致的代謝物丟失，從而能夠直接捕捉到組織切片中的特異性代謝物。例如，對于穎殼這種特殊的結構，質譜成像技術可以直接對其進行研究，幫助揭示其功能和作用機制。這種方法的優越性在于它能夠保持生物組織結構的完整性，從而為研究提供了更為準確和深入的信息。3)質譜成像技術不需要對樣品進行復雜的化學或放射性標記，也不需要進行繁瑣的前處理步驟。這種簡便、快速且高效的研究方法，極大地節省了時間和成本，同時也提高了研究的效率和質量。
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1.一種利用空間代謝組來可視化野生玉米籽粒代謝物的時空動態變化的方法，其特征在于包括以下步驟:
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(1)中，利用冰凍切片摸索和確立了野生玉米用于空間代謝組實驗的2個關鍵時間節點，包括細胞分化和灌漿起始期、灌漿期2個發育階段，大致對應于栽培玉米授粉后12天和18天(DAP)，選擇標準是切片完整且代謝物含量豐富的時期。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，切片粘附固定于SuperfrostPlus正電荷防脫載玻片上，該玻片表面帶有持久的陽離子電荷，可以使組織更好的吸附于其上。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(5)中，數據采集使用Xcalibur4.4.16.14系統，噴霧溶劑流速為5μL/min，傳輸氣體流速為45L/min，噴霧電壓設置為7KV，樣品表面與噴霧器之間，及噴霧器與離子傳輸管之間的距離為3mm。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟(5)中，MS分辨率設定為70,000，質量范圍為70-1000Da，最大進樣時間設定為200m
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在步驟(5)中，通過使用Cardinal軟件包進行背景減法后重建離子圖像，然后再通過匹配高空間分辨率的樣本白片圖，精確提取區域特定的MS輪廓，得到所有樣本中不同質荷比離子的成像圖。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，在步驟(5)中，通過使用pySM空間代謝組注釋框架，以及本地代謝物數據庫SmetDB(Lumingbio，Shanghai，China)將檢測到的所有離子進行物質注釋，從而獲得確切的代謝物信息。
...【技術特征摘要】
1.一種利用空間代謝組來可視化野生玉米籽粒代謝物的時空動態變化的方法，其特征在于包括以下步驟:
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(1)中，利用冰凍切片摸索和確立了野生玉米用于空間代謝組實驗的2個關鍵時間節點，包括細胞分化和灌漿起始期、灌漿期2個發育階段，大致對應于栽培玉米授粉后12天和18天(dap)，選擇標準是切片完整且代謝物含量豐富的時期。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，切片粘附固定于superfrostplus正電荷防脫載玻片上，該玻片表面帶有持久的陽離子電荷，可以使組織更好的吸附于其上。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(5)中，數據采集使用xcalibur4.4.16.14系統，噴霧溶劑流速為5μl/min，傳輸氣體流速為45l/min，噴霧電壓設置為...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王文琴，馮嬌嬌，張非凡，周宇，
申請(專利權)人：上海師范大學，
類型：發明
國別省市：
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