长春花（Catharanthus roseus）可产生用于治疗癌症、心律失常及其他疾病的有机化合物。从长春花中分离或衍生得到的一类化合物是长春花类生物碱，目前被用作抗肿瘤化合物。植物如何会产生这些有药用价值的化合物呢？最近，日本的一个研究小组在细胞水平上发现了这些化合物的代谢过程的细节。他们的数据表明，存在一种未知的机制，调节这些化合物在植物体内的产生、运动和分布。这项研究结果将发表在2016年3月21日的《PNAS》杂志。

植物基本上是固定不动的，所以，为了保护自己免受昆虫、野生动物和疾病的侵袭，它们创建了化合物（被称为次生代谢产物）的一种自我防卫系统。这些化合物中的大部分都储存在植物细胞的液泡中，如果动物吃植物的话，它们就会被激活。人类拥有使用这些代谢物作为药物和兴奋剂的长期历史：它们包括尼古丁和咖啡因。

研究人员研究的长春花，这种植物众所周知能够生产抗肿瘤化合物，被分类为萜类吲哚生物碱（TIAs）。在代谢TIAs的过程中，会产生各种中间化合物，并在不同的细胞之间游历，最后到达异细胞或乳管细胞，储存在那里。到目前为止，我们还不清楚的是，每种化合物如何在细胞之间移动，以及在每个细胞中它们的产生和存储是如何被控制的。

该研究小组对每个细胞进行了组织和单细胞质谱分析，以探究组织内每种化合物的细胞分布。这表明，以前被认为已被代谢和储存在表皮细胞的化合物，实际上大量存在于一个完全不同的位置——异细胞。

这些研究结果表明，可能存在一种未知的机制，调节着有机化合物在植物体内的产生、运动和管理。此外，阐明在植物（如长春花）中有价值化合物代谢过程的细节，可能有助于开发新的方法合成有机化合物。

该研究小组由神乎大学研究生院的博士研究生YAMAMOTO Kotaro和MIMURA Tetsuro教授，连同国家先进工业科学和技术研究所的TAKAHASHI Katsutoshi博士、日本理化研究所的MASUJIMA Tsutomu博士、千叶大学的YAMAZAKI Mami博士和静冈大学的MIZUNO Hajime博士共同带领。（来源：生物通  王英）

Cell-specific localization of alkaloids in Catharanthus roseus stem tissue measured with Imaging MS and Single-cell MS

Abstract  Catharanthus roseus (L.) G. Don is a medicinal plant well known for producing antitumor drugs such as vinblastine and vincristine, which are classified as terpenoid indole alkaloids (TIAs). The TIA metabolic pathway in C. roseus has been extensively studied. However, the localization of TIA intermediates at the cellular level has not been demonstrated directly. In the present study, the metabolic pathway of TIA in C. roseus was studied with two forefront metabolomic techniques, that is, Imaging mass spectrometry (MS) and live Single-cell MS, to elucidate cell-specific TIA localization in the stem tissue. Imaging MS indicated that most TIAs localize in the idioblast and laticifer cells, which emit blue fluorescence under UV excitation. Single-cell MS was applied to four different kinds of cells [idioblast (specialized parenchyma cell), laticifer, parenchyma, and epidermal cells] in the stem longitudinal section. Principal component analysis of Imaging MS and Single-cell MS spectra of these cells showed that similar alkaloids accumulate in both idioblast cell and laticifer cell. From MS/MS analysis of Single-cell MS spectra, catharanthine, ajmalicine, and strictosidine were found in both cell types in C. roseus stem tissue, where serpentine was also accumulated. Based on these data, we discuss the significance of TIA synthesis and accumulation in the idioblast and laticifer cells of C. roseus stem tissue.

原文链接：http://www.pnas.org/content/early/2016/03/18/1521959113.full.pdf