Emissioni di composti organici volatili in Pisum sativum: analisi non mirata in differenti condizioni di crescita mediante spettrometria di massa ad alta risoluzione con reattore AIM.

Plants emit volatile organic compounds (VOCs), which are products of secondary metabolism and play a key role in adaptation processes as well as in interactions with biotic and abiotic stimuli. The analysis of VOC emission profiles allows for the investigation of the active role of plants in their interaction with the environment, offering new perspectives for understanding the mechanisms through which they modulate their behavior in response to external cues. In this study, an untargeted analysis of VOC emissions from Pisum sativum was conducted under two distinct experimental conditions: with and without physical support for growth. Measurements were performed using high-resolution mass spectrometry with an AIM (Adduct Ionization Mechanism) reactor. The adduct-based ionization mechanism of the AIM reactor enables the formation of stable molecular ions with minimal fragmentation, providing high sensitivity and real-time acquisition, and improving the detection of organic species compared to conventional approaches. This work also includes the development of an automated module for assigning molecular formulas (annotation) based on the measured mass-to-charge ratios. The acquired data were analyzed using a combined multivariate and univariate approach. Principal component analysis (PCA) revealed a clear distinction between the two growth conditions, indicating that the presence of physical support significantly influences the emission profile. Univariate analysis, using the Mann–Whitney test for each compound and visualized with volcano plots, identified the compounds showing the greatest variation between the two groups. Finally, the compounds that proved to be significant were annotated with the most plausible molecular formula and analysed individually. This made it possible to highlight several compounds of particular physiological interest, suggesting that the modulation of the emission profile cannot be ascribed to random variation, but rather reflects coherent changes in the metabolic pathways active under the different experimental conditions.

Le piante emettono composti organici volatili (VOCs), prodotti del metabolismo secondario che assumono un ruolo chiave nei processi di adattamento e nelle interazioni con stimoli biotici e abiotici. L’analisi dei profili di emissione dei VOCs consente di indagare il ruolo attivo delle piante nell’interazione con l’ambiente, offrendo nuove prospettive di indagine sui meccanismi attraverso cui modulano il proprio comportamento in risposta agli stimoli esterni. In questo lavoro è stata condotta un’analisi non mirata delle emissioni di VOCs di Pisum sativum, coltivato in due condizioni sperimentali distinte: con e senza supporto fisico per la crescita. Le misure sono state effettuate mediante spettrometria di massa ad alta risoluzione, impiegando un reattore AIM (Adduct Ionization Mechanism). Il meccanismo di ionizzazione per adduzione alla base del funzionamento del reattore AIM consente la formazione di ioni molecolari stabili con minima frammentazione, garantendo elevata sensibilità e acquisizione in tempo reale, e migliorando così la rilevazione di specie organiche rispetto agli approcci convenzionali. La tesi include anche lo sviluppo di un modulo automatico per l’ assegnazione delle formule molecolari (annotazione) a partire dalle masse cariche misurate dallo strumento. I dati acquisiti sono stati elaborati attraverso un approccio combinato di analisi multivariata e univariata. L’analisi delle componenti principali (PCA) ha evidenziato una chiara distinzione tra le due condizioni di crescita, indicando che la disponibilità di un supporto influenza significativamente il profilo di emissione. L’analisi univariata tramite test di Mann-Whitney per ciascun composto, rappresentata con vulcano plot, ha permesso di individuare i composti che variano maggiormente tra i due gruppi. Infine, i composti risultati significativi sono stati annotati con la formula molecolare più plausibile e analizzati individualmente. Questo ha consentito di mettere in evidenza alcuni composti di particolare interesse fisiologico, suggerendo che la modulazione del profilo emissivo non sia riconducibile a variazioni casuali, ma rifletta variazioni coerenti delle vie metaboliche attive nelle diverse condizioni sperimentali.