HPLC Triple-Q-Massenspektrometer mit linearer Ionenfalle
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Target-Analyse von Glucosinolaten (GS) in Pflanzen- und Tierproben: Die Analyse von GS, charakteristischen Inhaltsstoffen der Brassicaceae, wurde an verschiedenen biol. Systemen durchgeführt. Der Fokus lag darauf, wie stark sich die Konzentrationen einzelner GS durch diverse Umweltfaktoren ändern (Herbivorie an Spross und Wurzel, Detritivoren; ultraviolette (UV) Strahlung). In Labor- und Freilandversuchen konnten wir zeigen, dass durch Herbivorie eine Induktion erfolgt, die sehr spezifisch auf die verschiedenen biotischen Induktoren oder auch deren Interaktion reagiert und entsprechend Herbivore unterschiedlich beeinflussen kann. UV hat keinen Einfluss auf die GS. In der Blattwespenart Athalia rosae (Hymenoptera: Tenthredinidae) wurde mittels LC-MS und präparativer HPLC erstmals der Metabolismus von sequestrierten GS aufgeklärt. Ähnliche Untersuchungen laufen, um den Metabolismus von GS in anderen Herbivoren aufzuklären. Ferner wurden vergleichende GS-Analysen in verschiedenen Geweben von Pflanzen durchgeführt, um diese mit dem Fraßverhalten der mobilen A. rosae Larven zu korrelieren. Semipräparative HPLC von Pflanzen- und Tierextrakten: Um Fraß-stimulierende und deterrente Stoffe aus pflanzlichen Extrakten der hier nicht-heimischen Art Bunias orientalis aufzutrennen, wurden in Biotests wirksame Extrakte mittels semipräp. HPLC aufgetrennt und die Aktivität der einzelnen Fraktionen in erneuten Biotests getestet. Ebenso wurden Hämolymphextrakte aus A. rosae mittels HPLC fraktioniert, um die deterrente Wirkung gegen Ameisen weiter einengen zu können. Hier scheint jedoch ein Gemisch an Komponenten für die Deterrenz verantworlich zu sein, deren Aktivität durch weitere Fraktionierung verloren geht. Targetanalyse von Flavonoiden: Flavonoide bieten Pflanzen einen wichtigen UV-Schutz, spielen aber auch in der Arzneimittelindustrie eine bedeutende Rolle. Die Analyse der zahlreichen Flavonoide von Primula veris (Primulaceae) in Blatt- und Blütenmaterial wurde am LC-MS etabliert und zahlreiche Proben von Pflanzen vergleichend analysiert, die unterschiedlichen Standorten (Genotypen und Lichtbedingungen) entstammten. Dabei konnten einzelne Flavonoide als Biomarker für bestimmte Populationen ausgemacht werden. Targetanalyse von pflanzlichen Phytohormonen: Die Phytohormone Salicylsäure (SA) und Jasmonsäure (JA) vermitteln in Pflanzen diverse stoffwechselphysiologische Vorgänge. Eine bereits publizierte Methode wurde modifiziert und für Messungen an unserem LC-TOF-MS System adaptiert. Derzeit werden unterschiedliche Mutanten von Arabidopsis thaliana sowie unterschiedlich induzierte Pflanzen auf ihre SA und JA-Gehalte hin analysiert. Metabolic fingerprinting an Pflanzen- und Tierproben: Targetanalysen können nur spezifische Änderungen in ausgewählten Metaboliten von Pflanzen in Reaktion auf Umweltfaktoren aufzeigen. Um aber ein Bild der Gesamtantwort der Pflanze zu erhalten, verwenden wir metabolic fingerprinting mittels LC-MS. Für Freiland-gesammelte Proben wurde systematisch eine geeignete Methode etabliert und validiert. In Plantago lanceolata (Plantaginaceae), die zum einen durch unterschiedliche Herbivoren (Spezialisten, Generalisten, Sauger, Kauer), zum anderen durch die Phytohormone SA oder JA induziert wurden, konnte gezeigt werden, dass die pflanzlichen Antworten enorm spezifisch sind, dass es aber auch eine unerwartet große Überlappung in der Reaktion pflanzlicher Metaboliten auf die beiden teils als Antagonisten beschriebenen Phytohormone JA und SA gibt. Weiterhin kam auch eine große Übereinstimmung in induzierten Metaboliten durch JA und Generalisten zu Tage, wobei es allerdings zusätzlich noch einige JA-unabhängige Induktionsantworten gibt (Sutter & Müller 2011). Ferner wird metabolic fingerprinting von Salamander-Abwaschungen verwendet, um Populationsunterschiede zu charakterisieren, die möglicher weise dem assortative mating zugrunde liegen. Entwicklung eines HPLC-Index-Systems: Bisher gibt es für die HPLC kein dem für GC-MS etablierten Kovats-System vergleichbares System zur Zuordnung von Analyten. Das Snyder-Index-System beschreibt jedoch die Eigenschaften von verschiedenen HPLC-Säulen mittels fünf Parameter (Hydrophobizität, sterische Hinderung, basische, saure und ionische Wechselwirkungen). Mit Hilfe dieses Systems sollte es möglich sein, verschiedenen Analyten Solut-Parameter zuzuordnen, um mit Säulenparametern Retentionszeiten vorherzusagen und bei metabolomischen Untersuchungen Analyten zu identifizieren. Durch vergleichende Messung diverser Metaboliten auf > fünf verschiedenen HPLC-Säulen wird ein neuer Index ermittelt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2009). Decomposers and root feeders interactively affect plant defence in Sinapis alba. Oecologia 160: 289-298
Lohmann M, Scheu S, Müller C
- (2009). Differing acceptance of familiar and unfamiliar plant species by an oligophagous beetle. Entomologia Experimentalis et Applicata 131: 189-199
Kühnle A, Müller C
- (2009). Independent responses to ultraviolet radiation and herbivore attack. Journal of Experimental Botany 60: 3467-3475
Kuhlmann F, Müller C
- (2010). Folivory versus florivory – adaptiveness of flower-feeding. Naturwissenschaften 97: 79-88
Bandeili B, Müller C
- (2010). Protocol for field sampling of plants and processing in the lab for environmental metaolic fingerprinting. Plant Methods 6: 6
Maier TS, Kuhn J, Müller C
- (2010). Root herbivores and detritivores shape aboveground multitrophic assemblage through plant-mediated effects. Journal of Animal Ecology 79: 923-931
Gonzáles Megías A, Müller C
- (2011). Desulfation followed by sulfation - Metabolism of Benzylglucosinolate in Athalia rosae (Hymenoptera: Tenthredinidae). ChemBioChem 12: 1252–1257
Opitz SEW, Mix A, Winde IB, Müller C
- (2011). Mining for treatment-specific and general changes in target compounds and metabolic fingerprints in response to herbivory and phytohormones in Plantago lanceolata. New Phytologist
Sutter R, Müller C
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2011.03768.x)
