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Supercritical fluid chromatography tandem mass spectrometry as a new analytical tool for plant sciences

English title Supercritical fluid chromatography tandem mass spectrometry as a new analytical tool for plant sciences
Applicant Erb Matthias
Number 157884
Funding scheme R'EQUIP
Research institution Institut für Pflanzenwissenschaften Universität Bern
Institution of higher education University of Berne - BE
Main discipline Botany
Start/End 01.06.2015 - 31.05.2016
Approved amount 225'000.00
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Keywords (3)

metabolite; Plant; analysis

Lay Summary (German)

Lead
Die Analyse von niedermolekularen Substanzen ist mit vielen Hindernissen verbunden. Superkritische Flüssig-Chromatographie (SFC) kann in vielen Fällen dabei helfen, die Analysequalität zu verbessern. Zu diesem Zweck etabliert dieses Projekt ein SFC System und stellt es der Biologie, insbesondere den Pflanzenwissenschaften, zur Verfügung.
Lay summary

Niedermolekulare Verbindungen sind essentiell für viele Aspekte des Lebens, vom Wachstum und Entwicklung bis zu Wechselwirkungen mit der Umwelt. Für die Pflanzenwissenschaften ist es darum, von zentraler Bedeutung, solche Verbindungen, zu erkennen, zu identifizieren und zu quantifizieren. Gaschromatographie (GC) und Flüssigchromatographie (LC) kombiniert mit Massenspektrometrie sind traditionell dazu verwendet worden, um primäre und sekundäre Pflanzenmetaboliten zu analysieren. Trotz erheblicher Fortschritte in den letzten Jahren sind viele Verbindungsklassen immer noch schwer zu analysieren, z.B. aufgrund ihrer strukturellen Ähnlichkeiten (z.B. chirale Verbindungen), ihrer unterschiedlichen Polaritäten (z.B. Lipide) und ihrer unterschiedlichen Volatilitäten (z.B. methylierte Formen der pflanzlichen Hormone). Superkritische Flüssig-Chromatographie (SFC) steht seit Kurzem als orthogonale Technologie zur Verfügung, um diese Hindernisse zu überwinden. Durch die Kombination von superkritischem CO2 mit einer organischen Phase bietet SFC eine einzigartige chromatographische Umgebung, um anspruchsvolle niedermolekulare Verbindungen zu trennen und zu analysieren. Kombiniert mit einem modernen Tandem-Massenspektrometer (MS / MS), ist ein SFC-MS / MS-System ein vielseitiges und empfindliches Instrument zur Entwicklung der nächsten Generation von Pflanzenstoffwechselanalysen. Wir schlagen daher vor, ein SFC-MS / MS-System als moderne Analysemethode für unser Gebiet zu etablieren. Durch die Verbesserung der Analysequalität und des Probendurchsatzes wird das SFC-MS / MS-System die wissenschaftliche Leistung der zugehörigen Projekte direkt erhöhen. Dadurch wird ein signifikanter Mehrwert in den Pflanzenwissenschaften erzeugt.

Direct link to Lay Summary Last update: 06.05.2015

Responsible applicant and co-applicants

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
149229 Transporters for di- and tripeptides in Arabidopsis 01.01.2014 Project funding
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140793 Identification of genes involved in the evolution of pollination syndromes 01.04.2012 Project funding
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143065 Applications of entomopathogenic nematodes for a sustainable control of soil insect pests 01.04.2013 NRP 68 Sustainable Use of Soil as a Resource
144142 Regulation of stage-specific gene expression and the function of the surface coat of African trypanosomes 01.03.2013 Project funding
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133066 Developmental plasticity of social behaviour: fitness effects, molecular and physiological mechanisms 01.11.2010 Project funding
141913 Transporters of Trypanosoma brucei: Phylogeny - Physiology - Pharmacology 01.06.2013 Sinergia
135778 Recognition and intracellular accommodation of arbuscular mycorrhizal fungi in petunia 01.04.2012 Project funding
138235 Cellular specificity in wound signalling and hormone synthesis in Arabidopsis 01.01.2012 Project funding

Abstract

Small molecular weight compounds govern all aspects of plant live, from growth and development to environmental interactions. Consequently, the capacity to detect, identify and quantify phytochemicals is of central importance to plant sciences. Traditionally, gas chromatography (GC) and liquid chromatography (LC) coupled to mass/charge or absorption-based detectors have been used to analyze plant primary and secondary metabolites. However, despite considerable progress over the last years, many plant compound classes remain difficult and time-consuming to analyze due to their structural similarities (e.g. chiral compounds), their divergent polarities (e.g. lipids) and their different volatilities (e.g. methylated forms of plant hormones). Supercritical fluid chromatography (SFC) has recently become available as an orthogonal technology to overcome these obstacles. By combining supercritical CO2 with an organic phase, SFC offers a unique chromatographic environment to separate and analyze challenging small molecular weight compounds. Coupled to modern tandem mass spectrometers (MS/MS), an SFC-MS/MS system is a versatile and sensitive tool to develop the next generation of plant metabolite analyses. We therefore propose to establish the first SFC-MS/MS system as a frontier technology for our field. The SFC-MS/MS system will be cross coupled with traditional liquid chromatogrpahy systems to offer maximal flexibility for the separation and detection of a broad range of plant metabolites. By enhancing the analytical quality and throughput of the above applications, the SFC-MS/MS system will directly increase the scientific output of the associated projects. Thereby, it will deliver significant added value to the plant science community.
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