基于硼亲和磁性纳米材料和LC-MS/MS植物材料中油菜素内酯的分离检测新方法研究

As a group of crucial endogenous plant hormones, brassinosteroids (BRs) control many developmental and physiological processes in plant, including cell division and elongation, vascular differentiation, vegetative and reproductive development, germination, photomorphogenesis and stress tolerance at extremely low physical concentrations. The biosynthesis, signalling and the molecular mechanisms of BRs action have always been hot spots in plant physiological research since the plant growth-promoting activity was discovered in 1979. Quantification analysis of BRs has great significance to the elucidation of the physiological roles of BRs. However, the current methods are questionable in many aspects, such as low sensitivity, large plant tissue consumption, multi-step and labor-intensive. Focusing on the key technologies and procedures of ultra-micro analysis of BRs，this project will explore and optimize an efficient and manageable purification strategy of BRs through synthesizing boronate affinity magnetic nanoparticles that possess specific affinity and is apt to be rapidly separated. Afterwards, a high-sensitive analytical method for BRs in plant materials will be established, which combines LC-MS/MS technology with the utilization of sensitive derivatization reagents. The aim of this project is to strive to reduce the dosage of plant materials to 50mg and solve the practical difficulty of botanists in acquiring special materials or tissues of plants. The implementation of this project will provide stable and reliable technical support for researches of plant hormones-related fields. The distribution of BRs in different tissues or organs achieved by applying this method will provide important clues for understanding the biosynthetic pathway and signal transduction of BRs. Furthermore, this research also promotes interdisciplinary intersection of analytical chemistry, material chemistry and plant sciences.

油菜素内酯（BRs）作为一类重要的内源性植物激素，以极低的生理浓度参与调控植物细胞伸长与分裂、维管束分化、营养和生殖生长等重要的生理过程，其生物合成、信号转导及作用分子机理一直是植物学研究的热点。BRs的准确定量分析对阐明其生物学机理具有非常重要的意义。然而，目前常规的BRs分析方法存在灵敏度低、植物材料用量大、步骤繁杂等问题。本研究从BRs的结构特征出发，通过合成具有亲和特异性且易于分离的硼亲和磁性纳米材料，来探索并建立高效、可操作性强的BRs分离纯化方法；进一步结合衍生化改性手段，利用LC-MS/MS技术，建立植物材料中BRs的高灵敏度分析方法，力争把材料量降低至50mg以下，解决植物学家在研究中对特殊材料、特殊部位取材困难的问题，为相关领域的研究提供技术保障；通过该方法在植物材料中的应用，为BRs分子机理研究提供重要线索；同时本项目也将促进分析化学、材料化学与植物科学的交叉与融合。

油菜素内酯(brassinosteroids, BRs)是一类重要的内源性植物激素，其生物合成、信号转导及作用分子机理一直是植物学研究的热点。BRs以极低的生理浓度参与调控植物的重要生理过程，其在植物组织中的含量及分布的准确测定对进一步阐明BRs的生物学作用具有非常重要的作用。然而，目前通行的BRs定量分析方法及定性鉴定方法存在灵敏度低、植物材料用量巨大、步骤繁杂的问题。针对上述问题，本项目在高灵敏、简单方便的内源BRs定量分析方法的建立及基于质谱技术的植物内源性BRs的发现、定性方法的建立方面取得了很好的进展：（1）鉴于绝大多数活性BRs都具有顺式邻二羟基结构，我们设计合成了一种新型的硼亲和功能化磁性纳米粒子（Boronate Affinity Magnetic Nanoparticles, BA-MNPs），进行了相关表征后，以24-epiBL为模型BRs化合物对其吸附、解吸特性进行了详细考察。我们利用合成的BA-MNPs材料结合UPLC-MS分析技术，建立了高灵敏度的BRs定量分析方法。借助于强的硼亲和特异性直接从植物材料提取并富集BRs，在保留BRs的同时除去较多的干扰物，可定量分析小于10 mg植物样品中BRs的含量。由于磁性材料分离的简单高效，该方法操作时间可缩短于3小时之内。利用该方法，我们分析了拟南芥和水稻不同组织器官中BRs含量分布，可为BRs分子机理研究提供重要线索。（2）在实验室前期建立的混合模式离子交换固相萃取纯化方法以及高灵敏衍生化方法的基础上，通过对具有结构代表性的BRs化合物的质谱碎裂规律的系统研究，我们提出了一种基于质谱技术的BRs化合物的筛选、发现与鉴定方法，并利用该方法从水稻穗花材料中鉴定了一种全新的BRs化合物—6-deoxo-28-homoTY，这对于完善BRs的生物合成及代谢路径具有重要意义。该项目所建立的方法，解决了植物学家在BRs分析上的瓶颈性问题，为相关领域的研究提供了良好的技术支持。