Teori pertahanan suan-suanan na berbeda mambere panduan teoritis na ponting laho patorangkon pola metabolisme khusus suan-suanan, tapi prediksi kunci ni sidea totap ope iuji. Ijon, ipakei hanami do analisis spektrometri massa tandem (MS/MS) na lang bias laho secara sistematis manjelajahi metabolom ni strain na iredam tembakau humbani suan-suanan marsada-sada hubani populasi pakon spesies na dohor, pakon mamproses buei teori fitur spektrometri massa berdasarhon spektrum senyawa bani informasi ai. Kerangka laho manguji prediksi kunci teori pertahanan optimal (OD) pakon sasaran bergerak (MT). Komponen informasi metabolomik suan-suanan sadalan hubani teori OD, tapi bertentangan pakon prediksi utama teori MT pasal dinamika metabolomik na ibahen herbivora. Humbani skala evolusi mikro das hubani makro, sinyal jasmonat itanda sebagai penentu utama OD, sementara sinyal etilen mambere penyetelan halus bani respon khusus herbivora na isuratkon marhitei jaringan molekuler MS/MS.
Metabolit khusus na marbagei struktur aima peserta utama bani adaptasi suan-suanan hubani lingkungan, tarlobih bani pertahanan ni munsuh (1). Diversifikasi na luar biasa humbani metabolisme khusus na jumpah bani suan-suanan domma merangsang puluhan tahun penelitian mendalam bani buei aspek fungsi ekologisni, pakon domma mambahen daftar teori pertahanan suan-suanan na ganjang, aima perkembangan evolusioner pakon ekologis interaksi suan-suanan-serangga. Penelitian empiris mambere bimbingan na ponting (2). Tapi, teori-teori pertahanan suan-suanan on lang mangihutkon dalan normatif penalaran deduktif hipotetis, ija prediksi kunci bani tingkat analisis na sarupa (3) janah iuji secara eksperimental laho memajuhon siklus perkembangan teoritis na mangihut (4). Keterbatasan teknis mambatasi pangumpulan data hubani kategori metabolisme tertentu pakon lang termasuk analisis komprehensif metabolit khusus, sehingga mencegah perbandingan antar kategori na porlu bani pengembangan teoritis (5). Hurangni data metabolomik na komprehensif pakon mata uang na sarupa laho mambandingkon alur kerja pemrosesan ruang metabolisme antara kelompok suan-suanan na berbeda menghambat kedewasaan ilmiah bidang ai.
Perkembangan terbaru bani bidang metabolomik spektrometri massa tandem (MS/MS) boi secara komprehensif mencirihon perubahan metabolisme ibagas pakon antara spesies clade sistem na ibere, pakon boi ipadomu pakon metode komputasi laho mangetong kesamaan struktural antara campuran kompleks on. Habotohon hinan pasal kimia (5). Kombinasi teknologi canggih bani analisis pakon komputasi mambere kerangka na porlu bani pengujian jangka panjang humbani buei prediksi na ibahen teori ekologi pakon evolusi keragaman metabolisme. Shannon (6) patandahon teori informasi parlobei sahali bani artikel mani ni bani tahun 1948, na mambahen dasar analisis matematika informasi, na domma ipakei bani buei bidang na legan sobali aplikasi aslini. Bani genomik, teori informasi domma berhasil iterapkon laho mangukur urutan informasi konservatif (7). Bani penelitian transkriptomik, teori informasi menganalisa perubahan keseluruhan bani transkriptom (8). Bani penelitian sebelumni, hanami manggunahon kerangka statistik teori informasi hubani metabolomik laho manggambarhon keahlian metabolisme tingkat jaringan bani suan-suanan (9). Ijon, ipadomu hanami do alur kerja berbasis MS/MS pakon kerangka statistik teori informasi, na itanda marhitei keragaman metabolisme bani mata uang umum, laho mambandingkon prediksi kunci teori pertahanan suan-suanan metabolom na ibahen herbivora.
Kerangka teoritis pertahanan suan-suanan somalni saling inklusif janah boi ibagi gabe dua kategori: na mancuba patorangkon distribusi metabolit khusus suan-suanan berdasarhon fungsi pertahanan, misalni pertahanan optimal (OD) (10), target bergerak (MT) (11) ) pakon teori penampilan (12), sementara na legan mangindahi penjelasan mekanis sonaha ketersediaan sumber daya berpengaruh pertumbuhan suan-suanan pakon akumulasi metabolit khusus, misalni karbon: hipotesis keseimbangan nutrisi (13), hipotesis laju pertumbuhan (14 ), pakon hipotesis keseimbangan pertumbuhan pakon diferensiasi (15). Dua kumpulan teori ai marbeda do tingkat analisisni (4). Tapi, dua teori na manlibatkon fungsi pertahanan bani tingkat fungsional mendominasi parbualan pasal pertahanan konstitutif pakon induksi suan-suanan: teori OD, na mangasumsihon bahwa suan-suanan berinvestasi bani pertahanan kimia na maharga pitah sanggah porlu, misalni, sanggah sidea ipangan Sanggah binatang duhut menyerang, halani ai, domu hubani kemungkinan masa depan, senyawa serangan na marfungsi sebagai pertahanan irancang (10); hipotesis MT mangusulhon bahasa lang dong sumbu perubahan metabolit na mararah, tapi metabolit ai marubah secara acak, sehingga mambahen kemungkinan Menghalangi “target gerak” metabolisme na menyerang herbivora. Hatahonon, dua teori on mambahen prediksi na berlawanan pasal remodeling metabolisme na terjadi dobkonsi serangan herbivora: hubungan antara akumulasi metabolit na searah pakon fungsi pertahanan (OD) pakon perubahan metabolisme na lang terarah (MT) (11 ).
Hipotesis OD pakon MT lang pitah manlibatkon perubahan na ibahen bani metabolom, tapi dihut do homa konsekuensi ekologis pakon evolusioner humbani akumulasi metabolit on, misalni biaya adaptif pakon manfaat ni perubahan metabolisme on bani lingkungan ekologis tertentu (16). Hassi pe haduasi hipotesis ai mangakui fungsi pertahanan ni metabolit khusus, na boi atap lang mahal, prediksi kunci na mambedahon hipotesis OD pakon MT marianan bani arah perubahan metabolisme na ibahen. Prediksi teori OD domma dapotan perhatian eksperimental na paling bahat sadokah on. Tes on termasuk ma ai studi fungsi pertahanan langsung atap lang langsung humbani jaringan na berbeda humbani senyawa tertentu i rumah kaca pakon kondisi alami, sonai homa perubahan bani tahap perkembangan suan-suanan (17-19). Tapi, sadokah on, halani hurangni alur kerja pakon kerangka statistik untuk analisis komprehensif global keragaman metabolisme ni ganup organisme, prediksi perbedaan utama antara dua teori ai (ai ma, arah perubahan metabolisme) totap ope iuji. Ijon, hanami mambere analisis na sonai.
Salah sada sifat na paling signifikan humbani metabolit khusus suan-suanan aima keragaman struktural na ekstrim bani ganup tingkatan humbani suan-suanan tunggal, populasi das hubani spesies na sarupa (20). Buei do parubahan kuantitatif bani metabolit khusus na boi ididah bani skala populasi, sementara perbedaan kualitatif na kuat somalni totap do bani tingkat spesies (20). Halani ai, keragaman metabolisme suan-suanan aima aspek utama keragaman fungsional, na mencerminhon kemampuan beradaptasi hubani relung na berbeda, khususni relung na berbeda kemungkinan invasi oleh serangga khusus pakon herbivora umum (21). Humbani artikel inovatif ni Fraenkel (22) pasal alasan ni adongni metabolit khusus suan-suanan, interaksi pakon bagei serangga domma ianggap sebagai tekanan seleksi na ponting, anjaha interaksi on ihaporsayai domma mambahen suan-suanan sanggah evolusi. Jalur metabolisme (23). Perbedaan antar spesies bani keragaman metabolit khusus boi do homa mencerminhon keseimbangan fisiologis na berkaitan pakon pertahanan suan-suanan konstitutif pakon induksi terhadap strategi herbivora, halani dua spesies ai gati berkorelasi negatif hubani na legan (24). Hassi pe boi do marguna laho manramotkon pertahanan na dear bani ganup panorang, perubahan metabolisme na tepat waktu na marpardomuan hubani pertahanan mambere keuntungan na jelas laho mambahen suan-suanan boi mangalokasihon sumber daya na maharga hubani investasi fisiologis na legan (19, 24), pakon menghindari kebutuhan simbiosis. Kerusakan jaminan (25). Leganni ai, reorganisasi metabolit khusus na ibahen herbivora serangga on boi do mambahen distribusi na parsedahon bani populasi (26), anjaha boi do mencerminhon pambasaan langsung perubahan alami na substansial bani sinyal asam jasmonik (JA), na boi ipertahankon bani populasi. Sinyal JA na gijang pakon na toruh aima pertukaran antara pertahanan dompak herbivora pakon persaingan pakon spesies tertentu (27). Leganni ai, jalur biosintesis metabolit khusus akan mengalami kehilangan pakon transformasi na cepat sanggah evolusi, na mangkorhon distribusi metabolisme na berantakan i tongah-tongah ni spesies na dohor (28). Polimorfisme on boi do podas ipajongjong sebagai respon hubani perubahan pola herbivora (29), na mararti bahwa fluktuasi komunitas herbivora aima faktor kunci na mendorong heterogenitas metabolisme.
Ijon, hanami secara khusus pasaloseihon masalah na i toruh on. (I) Sonaha do serangga herbivora ai mambahen metabolom ni suan-suanan? (Ii) Aha do komponen informasi utama plastisitas metabolisme na boi iukur laho manguji prediksi teori pertahanan jangka panjang? (Iii) Atap na laho mamprogram ulang metabolom suan-suanan marhitei cara na unik hubani penyerang, anggo sonai, aha do peran ni hormon suan-suanan bani na menyesuaihon respon metabolisme na khusus, pakon metabolit na ija do na berkontribusi hubani spesifisitas pertahanan spesies? (Iv) Halani prediksi na ibahen buei teori pertahanan boi iperpanjang hubani ganup tingkat jaringan biologis, isungkun hanami do sonaha do konsistenni respon metabolisme na ibahen humbani perbandingan internal hubani perbandingan antar spesies? Bani tujuan on, domma ipelajari hanami secara sistematis metabolom bulung ni nikotin tembakau, na gabe suan-suanan model ekologis na bayak bani metabolisme khusus, janah efektif dompak larva ni dua herbivora asli, Lepidoptera Datura (Ms) ( Sangat agresif, terutama dimakan) Bani Solanaceae pakon Spodoptera (Spodoptera), aima sada jenis cacing bulung “genus”, pakon suan-suanan inang Solanaceae pakon inang na legan humbani genera pakon keluarga na legan Sipanganon suan-suanan. Ipareksa hanami do spektrum metabolomik MS/MS pakon ibuat hanami deskriptor statistik teori informasi laho mambandingkon teori OD pakon MT. Mambahen peta spesifisitas laho pataridahkon identitas metabolit kunci. Analisis ai iperpanjang hubani populasi asli N. nasi pakon spesies tembakau na dohor laho menganalisa kovarians antara pensinyalan hormon suan-suanan pakon induksi OD.
Ase boi manangkap peta keseluruhan pasal plastisitas pakon struktur metabolom bulung ni tembakau herbivora, ipakei hanami do analisis pakon alur kerja perhitungan na dob ikembangkon sebelumni laho secara komprehensif patumpuhon pakon dekonvolusi spektrum MS/MS independen data resolusi tinggi humbani ekstrak suan-suanan ( 9). Metode na lang marbeda on (na isobut MS/MS) boi mambahen spektrum senyawa na lang berlebihan, na dob ai boi ipakei bani ganup analisis tingkat senyawa na ipatugah ijon. Metabolit suan-suanan na dob i dekonvolusi on marmasam jenis, terdiri humbani ratusan ronsi ribuan metabolit (hira-hira 500-1000-s/MS/MS ijon). Ijon, ipertimbangkan hanami do plastisitas metabolisme ibagas kerangka teori informasi, pakon mangukur keragaman pakon profesionalisme metabolom berdasarhon entropi Shannon humbani distribusi frekuensi metabolisme. Manggunahon rumus na dob idalankon hinan (8), iparetongkon hanami ma sada set indikator na boi ipakei laho mangukur keragaman metabolom (indikator Hj), spesialisasi profil metabolisme (indikator δj) pakon spesifisitas metabolisme ni sada metabolit (indikator Si). Leganni ai, hanami manggunahon Indeks Plastisitas Jarak Relatif (RDPI) laho mangukur induksibilitas metabolom ni herbivora (Gambar 1A) (30). Bani kerangka statistik on, hanami memperlakuhon spektrum MS/MS sebagai unit informasi dasar, pakon memproses kelimpahan relatif MS/MS gabe peta distribusi frekuensi, dob ai mamakei entropi Shannon laho memperkirahon keragaman metabolom hunjai. Spesialisasi metabolom iukur marhiteihon spesifisitas rata-rata humbani sada spektrum MS/MS. Halani ai, peningkatan kelimpahan piga-piga kelas MS/MS dob induksi herbivora iubah gabe induksi spektral, RDPI pakon spesialisasi, artini, peningkatan indeks δj, halani lobih bahat metabolit khusus na iproduksi pakon indeks Si na gijang ihasilhon. Penurunan indeks keragaman Hj mencerminhon bahwa jumlah MS/MS na ihasilhon berkurang, atap distribusi frekuensi profil berubah bani arah na lang seragam, sambil mangurangi ketidakpastian secara keseluruhan. Marhitei perhitungan indeks Si, boi do isorotkon MS/MS na ija do na ihasilhon herbivora tertentu, sebalikni, MS/MS na ija do na lang marbalos hubani induksi ai, na gabe indikator kunci laho mambedahon prediksi MT pakon OD.
(A) Deskriptor statistik na ipakei bani herbivora (H1 ronsi Hx) MS/MS data-inducibility (RDPI), keragaman (indeks Hj), spesialisasi (indeks δj) pakon spesifisitas metabolit (indeks Si). Peningkatan tingkat spesialisasi (δj) pataridahkon bahwa, rata-rata, lobih bahat metabolit spesifik herbivora na laho iproduksi, sementara penurunan keragaman (Hj) pataridahkon penurunan produksi metabolit atap distribusi metabolit na lang merata bani peta distribusi. Nilai Si menilai atap na metabolit ai khusus bani sada kondisi (ijon, herbivora) atap sebalikni ipertahankon bani tingkat na sarupa. (B) Diagram konseptual prediksi teori pertahanan mamakei sumbu teori informasi. Teori OD meramalhon bahwa serangan herbivora akan meningkatkan metabolit pertahanan, sehingga meningkatkan δj. Bani panorang na sarupa, Hj markurang halani profil ai iatur use dompak ketidakpastian informasi metabolisme na markurang. Teori MT meramalhon bahwa serangan herbivora mambahen perubahan non-arah bani metabolom, sehingga meningkatkon Hj sebagai indikator peningkatan ketidakpastian informasi metabolisme pakon mambahen distribusi acak Si. Iusulhon hanami do homa model campuran, MT na sidearan, ija piga-piga metabolit na marnilai pertahanan na lobih gijang secara khusus meningkat (nilai Si na gijang), sementara na legan pataridahkon respon acak (nilai Si na lobih rendah).
Marhiteihon deskriptor teori informasi, hanami menafsirkan teori OD laho meramalhon bahwa perubahan metabolit khusus na ibahen herbivora bani keadaan konstitutif na lang ihasilhon akan mengarah hubani (i) peningkatan spesifisitas metabolisme (indeks Si) na mendorong spesifisitas metabolisme (indeks δj) Peningkatan) kelompok metabolit khusus tertentu dengan nilai pertahanan na lobih gijang, pakon (ii) penurunan keragaman indeks metabolisme (Hj) halani parubahan distribusi frekuensi metabolisme hubani distribusi badan leptin na lobih bahat. Bani tingkat sada metabolit, iarapkon do distribusi Si na taratur, ija metabolit ai manambah nilai Si domu hubani nilai pertahananni (Gambar 1B). Bani garis on, ipatorang hanami do teori MT laho meramalhon bahwa eksitasi akan mengarah hubani (i) perubahan non-arah bani metabolit na mangkorhon penurunan indeks δj, pakon (ii) peningkatan indeks Hj halani peningkatan ketidakpastian metabolisme. Atap keacakan, na boi iukur marhitei entropi Shannon ibagas bentuk keragaman umum. Anggo komposisi metabolisme, teori MT akan meramalhon distribusi acak Si. Mardingat bahasa metabolit tertentu ibagas kondisi tertentu ibagas kondisi tertentu, pakon kondisi na legan lang ibagas kondisi tertentu, pakon nilai pertahanan ni sidea bergantung hubani lingkungan, hanami pe mangusulhon model pertahanan campuran, ija δj pakon Hj tersebar dua i sepanjang Si Peningkatan bani ganup arah, pitah kelompok metabolit tertentu, na memiliki nilai pertahanan na lobih gijang, khususni akan meningkat sementara Si na legan akan memiliki distribusi acak (Gambar a 1B).
Ase boi manguji prediksi teori pertahanan na dob iartihon use bani sumbu deskriptor teori informasi, ipagodang-godang hanami ma larva herbivora ahli (Ms) atap generalis (Sl) bani bulung ni Nepenthes pallens (Gambar 2A). Marhitei analisis MS/MS, ibuat hanami ma 599 spektrum MS/MS non-redundansi (file data S1) humbani ekstrak metanol jaringan bulung na ipatumpu dobkonsi ibere mangan ulat. Manggunahon indeks RDPI, Hj, pakon δj laho mangidah rekonfigurasi isi informasi bani file konfigurasi MS/MS pataridahkon pola-pola na menarik (Gambar 2B). Tren keseluruhan aima, songon na ipatugah deskriptor informasi, halani ulat torus mangankon bulung, tingkat reorganisasi metabolisme meningkat domu hubani panorang: 72 jam dobkonsi mangan herbivora, RDPI meningkat secara signifikan. Ibandingkon pakon kontrol na lang maseda, Hj markurang secara signifikan, na halani peningkatan tingkat spesialisasi profil metabolisme, na iukur marhitei indeks δj. Tren na taridah on sadalan hubani prediksi teori OD, tapi lang sadalan hubani prediksi utama teori MT, na porsaya bahwa perubahan acak (non-arah) bani tingkat metabolit ipakei sebagai kamuflase pertahanan (Gambar 1B). Hassi pe kandungan elicitor sekresi oral (OS) pakon perilaku mangan ni dua herbivora on berbeda, mangan langsung ni sidea mangkorhon perubahan na sarupa bani arah Hj pakon δj bani periode panen 24 jam pakon 72 jam. Sada do hansa perbedaan na terjadi bani 72 jam RDPI. Ibandingkon pakon na ibahen mangan Ms, metabolisme keseluruhan na ibahen mangan Sl lobih gijang.
(A) Desain eksperimental: babi umum (S1) atap ahli (Ms) herbivora ibere mangan bulung-bulung na dob i desalinasihon humbani suan-suanan pitcher, sementara untuk herbivora simulasi, OS ni Ms (W + OSMs) ipakei laho manangani tusukan luka posisi bulung na standar. S1 (W + OSSl) larva atap bah (W + W). Kontrol (C) aima bulung na lape maseda. (B) Induksibilitas (RDPI ibandingkon pakon bagan kontrol), keragaman (indeks Hj) pakon indeks spesialisasi (indeks δj) na iparetongkon bani peta metabolit khusus (599 MS/MS; file data S1). Tanda bintang pataridahkon perbedaan na signifikan antara mangan herbivora langsung pakon kelompok kontrol (Student's t-test pakon t-test na marpasangan, *P<0.05 pakon ***P<0.001). ns, lang ponting. (C) Indeks resolusi waktu utama (kotak birong, asam amino, asam organik pakon gula; file data S2) pakon spektrum metabolit khusus (kotak merah 443 MS/MS; file data S1) dobkonsi simulasi perlakuan herbivora. Pita warna martudu hubani interval kepercayaan 95%. Tanda bintang pataridahkon perbedaan na signifikan antara perawatan pakon kontrol [analisis varians kuadrat (ANOVA), ilanjutkon perbedaan signifikan jujur ​​Tukey (HSD) untuk perbandingan berganda post hoc, *P<0,05, **P<0,01 Dan *** P <0,001]. (D) Spesialisasi plot hamburan pakon profil metabolit khusus (sampel na iulang-ulang pakon perlakuan na berbeda).
Laho manjelajahi atap na remodeling na ibahen herbivora bani tingkat metabolom tercermin bani perubahan tingkat metabolit individu, parlobei ma hanami fokus hubani metabolit na dob ipelajari hinan bani bulung ni Nepenthes pallens na domma terbukti resistensi herbivora. Amida fenolik aima konjugat hidroksisinamida-poliamin na martumpu sanggah proses herbivora ni serangga janah itanda laho mangurangi kinerja serangga (32). Ipindahi hanami do prekursor ni MS/MS na sadalan janah ibahen hanami ma kurva kinetik kumulatif ni sidea (Gambar S1). Lang pala tarsonggot, turunan fenol na lang terlibat secara langsung bani pertahanan dompak herbivora, misalni asam klorogenat (CGA) pakon rutin, i-down-regulate dobkonsi herbivora. Sebalikni, herbivora boi mambahen fenol amida sangat kuat. Pamangan na torus humbani dua herbivora ai mangkorhon hampir sarupa spektrum eksitasi fenolamida, anjaha pola on sangat jelas bani sintesis de novo fenolamida. Fenomena na sarupa boi ididah sanggah manjelajahi jalur 17-hidroksigeranil nonanediol diterpen glikosida (17-HGL-DTGs), na manghasilhon buei diterpen asiklik na marfungsi anti-herbivora na efektif (33), na ija Ms Feeding pakon Sl memicu ekspresi na sarupa (Gambar S1)).
Kerugian na mungkin humbani percobaan mangan herbivora secara langsung aima perbedaan tingkat konsumsi bulung pakon panorang mangan herbivora, na mambahen mahol laho menghilangkan efek khusus herbivora na ibahen luka pakon herbivora. Ase lambin dear pasaloseihon spesifisitas spesies herbivora humbani respon metabolisme bulung na ihasilhon, hanami mansimulasihon mangan larva Ms pakon Sl marhitei na mintor manggunahon OS na baru ipatumpu (OSM pakon OSS1) hubani tusukan standar W posisi bulung na konsisten. Prosedur on isobut perawatan W + OS, anjaha on mambakuhon induksi marhitei na tepat panorang parmulaan ni respon na ihasilhon herbivora tanpa mambahen efek na mambahen bingung perbedaan tingkat atap kuantitas kehilangan jaringan (Gambar 2A) (34). Manggunahon pipeline analisis pakon perhitungan MS/MS, ibuat hanami ma 443 spektrum MS/MS (file data S1), na tumpang tindih pakon spektrum na dob irakit humbani percobaan pakan langsung. Analisis teori informasi humbani kumpulan data MS/MS on pataridahkon bahwa pemrograman ulang metabolom khusus bulung marhitei na mansimulasihon herbivora pataridahkon induksi khusus OS (Gambar 2C). Secara khusus, ibandingkon pakon pengobatan OSS1, OSM mambahen peningkatan spesialisasi metabolom bani 4 jam. Porlu do botohon anggo ibandingkon pakon kumpulan data eksperimental mangan herbivora langsung, kinetika metabolisme na ivisualhon bani ruang dua dimensi mamakei Hj pakon δj sebagai koordinat pakon arah spesialisasi metabolom sebagai respon hubani perlakuan herbivora na isimulasihon humbani panorang hu panorang Meningkat konsisten (Gambar 2D). Bani panorang na sarupa, iukur hanami do kandungan asam amino, asam organik pakon gula (berkas data S2) laho mamareksa atap na peningkatan keahlian metabolom na itargetkan on halani rekonfigurasi metabolisme karbon pusat sebagai respon hubani herbivora na isimulasihon ( Gambar S2). Ase lambin dear patorangkon pola on, hanami selanjutni memantau kinetika akumulasi metabolisme jalur fenolamida pakon 17-HGL-DTG na dob iulas sebelumni. Induksi OS-spesifik herbivora iubah gabe pola penataan ulang na berbeda ibagas metabolisme fenolamida (Gambar S3). Amida fenolik na marisi kumarin pakon kafeoil ipilih OSS1, sementara OSM mambahen induksi konjugat ferulil na khusus. Bani jalur 17-HGL-DTG, induksi OS diferensial marhiteihon produk malonilasi pakon dimalonilasi hilir domma tardeteksi (Gambar S3).
Dob ai, iparlajari hanami ma plastisitas transkriptom na ibahen OS mamakei kumpulan data microarray time-course, na mansimulasihon penggunaan OSM laho mangubati bulung ni bulung ni suan-suanan roset bani herbivora. Kinetika pengambilan sampel pada dasarni tumpang tindih pakon kinetika na ipakei bani penelitian metabolomik on (35). Ibandingkon pakon rekonfigurasi metabolom na ija plastisitas metabolisme secara khusus meningkat bani panorang, ididah hanami ledakan transkripsi sementara bani bulung na ihasilhon Ms, ija induksibilitas transkriptom (RDPI) pakon spesialisasi (δj) i 1 Adong do peningkatan na signifikan bani jam, pakon keragaman (Hj) bani panorang on, ekspresi BMP1 markurang secara signifikan, ilanjutkon marhiteihon relaksasi spesialisasi transkriptom (Gambar S4). Keluarga gen metabolisme (songon P450, glikosiltransferase, pakon BAHD asiltransferase) dihut bani proses merakit metabolit khusus humbani unit struktural na ibuat humbani metabolisme primer, mangihutkon model spesialisasi tinggi na dob isobut nongkan. Songon sada studi kasus, jalur fenilalanin ipareksa. Analisis ai manotapkon bahwa gen inti bani metabolisme fenolamida sangat i-induksi OS bani herbivora ibandingkon pakon suan-suanan na lang tartarik, janah dohor do bani pola ekspresi ni sidea. Faktor transkripsi MYB8 pakon gen struktural PAL1, PAL2, C4H pakon 4CL i hulu ni jalur on pataridahkon inisiasi awal transkripsi. Asiltransferase na berperan bani perakitan akhir fenolamida, misalni AT1, DH29, pakon CV86, pataridahkon pola peningkatan na berkepanjangan (Gambar S4). Pengamatan na i atas pataridahkon bahwa inisiasi awal spesialisasi transkriptom pakon peningkatan spesialisasi metabolomik na i pudian ni ari aima sada mode na ipadomu, na mungkin halani sistem pengaturan sinkron na mamungkah respon pertahanan na kuat.
Rekonfigurasi bani pensinyalan hormon suan-suanan bertindak sebagai lapisan pengatur na mengintegrasihon informasi herbivora laho memprogram ulang fisiologi suan-suanan. Dobkonsi simulasi herbivora, iukur hanami ma dinamika kumulatif ni kategori hormon kunci suan-suanan janah ivisualhon hanami ma ko-ekspresi temporal antara sidea [koefisien korelasi Pearson (PCC)> 0,4] (Gambar 3A). Songon na dob iarapkon, hormon suan-suanan na marpardomuan hubani biosintesis mardomu do ibagas jaringan ko-ekspresi hormon suan-suanan. Leganni ai, spesifisitas metabolisme (indeks Si) ipetahon hubani jaringan on laho pataridahkon hormon suan-suanan na ibahen marhiteihon perawatan na berbeda. Dua bidang utama respon spesifik herbivora igambar: sada aima bani kluster JA, ija JA (bentuk aktif biologisni JA-Ile) pakon turunan JA na legan pataridahkon skor Si na tertinggi; na sada nari aima etilen (ET). Gibberellin pitah pataridahkon peningkatan na moderat bani spesifisitas herbivora, sementara hormon suan-suanan na legan, songon sitokinin, auksin, pakon asam absisat, memiliki spesifisitas induksi na rendah bani herbivora. Ibandingkon pakon mamakei W + W hansa, amplifikasi nilai puncak turunan JA marhitei aplikasi OS (W + OS) secara dasar boi do iubah gabe indikator spesifik na kuat humbani JA. Lang isangka, OSM pakon OSS1 na marbeda isi elicitor ibotoh mambahen akumulasi JA pakon JA-Ile na sarupa. Berbeda pakon OSS1, OSM secara khusus pakon kuat i induksi OSM, sementara OSS1 lang memperkuat respon luka basal (Gambar 3B).
(A) Analisis jaringan ko-ekspresi berdasarkon perhitungan PCC simulasi kinetika akumulasi hormon suan-suanan na ibahen herbivora. Simpul ai manggambarhon sada hormon suan-suanan, anjaha ukuran ni simpul ai manggambarhon indeks Si na khusus hubani hormon suan-suanan ai antara perawatan. (B) Akumulasi JA, JA-Ile pakon ET bani bulung-bulung na ibahen perlakuan na berbeda na ipatuduh marhitei warna na berbeda: aprikot, W + OSM; birong, W + OSSl; hitam, W + W; abu-abu, C (kontrol) . Tanda bintang pataridahkon perbedaan na signifikan antara pengobatan pakon kontrol (ANOVA dua arah ilanjutkon perbandingan berganda post hoc Tukey HSD, *** P <0,001). Analisis teori informasi (C)697 MS/MS (berkas data S1) bani biosintesis JA pakon spektrum persepsi na terganggu (irAOC pakon irCOI1) pakon (D)585 MS/MS (berkas data S1) bani ETR1 na marganggu sinyal ET Dua perlakuan herbivora simulasi memicu suan-suanan kontrol kendaraan (EV). Tanda bintang pataridahkon perbedaan na signifikan antara pengobatan W+OS pakon kontrol na lang maseda (ANOVA dua arah ilanjutkon perbandingan berganda post hoc Tukey HSD, *P<0,05, **P<0,01 pakon ***P<0,001). (E) Grafik na marserak humbani oposisi na marserak hubani spesialisasi. Warna-warni ai manggambarhon strain na iubah secara genetik na berbeda; simbol-simbol ai manggambarhon cara pengobatan na berbeda: segitiga, W + OSS1; persegi panjang, W + OSM; lingkaran C
Dob ai, ipakei hanami ma galur Nepenthes na dob iubah secara genetik (irCOI1 pakon sETR1) bani langkah-langkah kunci biosintesis JA pakon ET (irAOC pakon irACO) pakon persepsi (irCOI1 pakon sETR1) laho menganalisa metabolisme ni dua hormon suan-suanan on bani herbivora Kontribusi relatif pemrograman ulang. Domu hubani percobaan sebelumni, hanami mengkonfirmasi induksi herbivora-OS bani suan-suanan pembawa kosong (EV) (Gambar 3, C ronsi D) pakon penurunan keseluruhan indeks Hj na ibahen OSM, sementara indeks δj meningkat. Respon ai lobih jelas marimbangkon respon na ipicu OSS1. Grafik dua garis mamakei Hj pakon δj sebagai koordinat pataridahkon deregulasi na khusus (Gambar 3E). Tren na paling jelas aima anggo bani strain na hurang sinyal JA, keragaman metabolom pakon perubahan spesialisasi na ibahen herbivora hampir sepenuhni ihilangkan (Gambar 3C). Sebalikni, persepsi ET na sip bani suan-suanan sETR1, pori pe efek keseluruhan bani perubahan metabolisme herbivora jauh lebih rendah marimbang pensinyalan JA, melemahkon perbedaan indeks Hj pakon δj antara eksitasi OSM pakon OSS1 (Gambar 3D pakon Gambar S5). . On pataridahkon anggo dihut bani fungsi inti transduksi sinyal JA, transduksi sinyal ET berfungsi do homa sebagai penyetelan halus bani respon metabolisme spesies-spesifik herbivora. Domu hubani fungsi penyetelan on, lang dong parubahan bani induksibilitas metabolom secara keseluruhan bani suan-suanan sETR1. Bani sisi na legan, anggo ibandingkon pakon suan-suanan sETR1, suan-suanan irACO manginduksi amplitudo keseluruhan perubahan metabolisme na sarupa na ibahen herbivora, tapi pataridahkon skor Hj pakon δj na berbeda secara signifikan antara tantangan OSM pakon OSS1 (Gambar S5).
Ase boi mangindahi metabolit khusus na mambere kontribusi na ponting hubani respon spesies-spesifik herbivora pakon menyetel produksi ni marhitei sinyal ET, ipakei hanami metode MS/MS struktural na dob ikembangkon sebelumni. Metode on marpangunsandeian bani metode bi-clustering laho menyimpulhon use keluarga metabolisme humbani fragmen MS/MS [produk titik normalisasi (NDP)] pakon skor kesamaan berdasarkan kehilangan netral (NL). Data MS/MS na ipajongjong marhitei analisis garis transgenik ET manghasilhon 585 MS/MS (file data S1), na iselesaikan marhitei na mangkelompokkon ai gabe pitu modul MS/MS utama (M) (Gambar 4A). Piga-piga modul on padat do gok pakon metabolit khusus na dob itanda: misalni, M1, M2, M3, M4 pakon M7 bayak bani bagei turunan fenol (M1), glikosida flavonoid (M2), gula asil (M3 pakon M4), pakon 17-HGL-DTG (M7). Leganni ai, informasi spesifik metabolisme (indeks Si) humbani sada metabolit bani ganup modul iparetongkon, anjaha distribusi Si ni boi ididah secara intuitif. Singkatni, spektrum MS/MS na pataridahkon herbivora na gijang pakon spesifisitas genotipe itanda marhiteihon nilai Si na gijang, pakon statistik kurtosis pataridahkon distribusi buluh i suhi-suhi ihur siamun. Sada distribusi koloid ramping na sonai ai tardeteksi bani M1, ija fenol amida pataridahkon fraksi Si na tertinggi (Gambar 4B). Herbivora inducible 17-HGL-DTG na isobut nongkan i M7 pataridahkon skor Si na moderat, na pataridahkon tingkat pengaturan diferensial na moderat antara dua jenis OS. Sebalikni, sebagian besar metabolit khusus na iproduksi secara konstitutif, misalni rutin, CGA, pakon gula asil, aima salah sada skor Si na terendah. Ase lambin dear manjelajahi kompleksitas struktural pakon distribusi Si antara metabolit khusus, ibahen ma jaringan molekuler bani ganup modul (Gambar 4B). Sada prediksi na ponting humbani teori OD (iringkas bani Gambar 1B) aima anggo reorganisasi metabolit khusus dob herbivora maningon mangarah hubani perubahan searah bani metabolit na marnilai pertahanan na gijang, tarlobih marhitei na meningkathon spesifisitasni (bertentangan pakon distribusi acak) Mode) Metabolit pertahanan na iprediksi teori MT. Bahat do turunan fenol na tartumpu i M1 secara fungsional marpardomuan hubani penurunan kinerja serangga (32). Sanggah mambandingkon nilai Si bani metabolit M1 antara bulung na i induksi pakon bulung konstituen ni suan-suanan kontrol EV bani 24 jam, ididah hanami bahwa spesifisitas metabolisme ni buei metabolit dobkonsi serangga herbivora memiliki kecenderungan peningkatan na signifikan (Gambar 4C). Peningkatan nilai Si na khusus pitah tardeteksi bani fenolamida pertahanan, tapi lang dong peningkatan nilai Si na tardeteksi bani fenol na legan pakon metabolit na lang binotoh na bersamaan bani modul on. On ma model khusus, na marpardomuan hubani teori OD. Prediksi utama perubahan metabolisme na ibahen herbivora konsisten. Laho manguji atap na partikularitas spektrum fenolamida on i induksi ET khusus OS, hanami mambahen plot indeks metabolit Si pakon mambahen nilai ekspresi diferensial antara OSM pakon OSS1 bani genotipe EV pakon sETR1 (Gambar 4D ). Bani sETR1, perbedaan na ibahen phenamide antara OSM pakon OSS1 sangat berkurang. Metode bi-clustering ipakei homa bani data MS/MS na ipatumpu bani strain na lang sungkup JA laho menyimpulhon modul MS/MS utama na marpardomuan hubani spesialisasi metabolisme na iatur JA (Gambar S6).
(A) Hasil clustering 585 MS/MS berdasarhon fragmen na ibagihon (kesamaan NDP) pakon harugian netral na ibagihon (kesamaan NL) mangkorhon modul (M) na sadalan hubani keluarga senyawa na dob ibotoh, atap marhitei komposisi Metabolit na lang binotoh atap na lang dear metabolismeni. I lambung ni ganup modul, ipatuduh do distribusi metabolit (MS/MS) na khusus (Si). (B) Jaringan molekul modular: Node mewakili MS/MS pakon pinggir, NDP (merah) pakon NL (biru) skor MS/MS (cut-off,> 0.6). Indeks spesifisitas metabolit na martingkat (Si) iwarnai berdasarhon modul (hambirang) pakon ipetahon hubani jaringan molekuler (kanan). (C) Modul M1 suan-suanan EV ibagas keadaan konstitutif (kontrol) pakon induksi (herbivora simulasi) bani 24 jam: diagram jaringan molekuler (nilai Si aima ukuran simpul, fenolamida pertahanan isorot marwarna birong). (D) Diagram jaringan molekul M1 garis spektrum sETR1 dengan persepsi EV dan ET yang terganggu: senyawa fenolik yang diwakili simpul lingkaran hijau, dan perbedaan signifikan (nilai P) antara perlakuan W + OSM dan W + OSS1 sebagai ukuran Simpul. CP, N-kafeoil-tirosin; CS, N-caffeoyl-spermidine; FP, asam N-ferulat ester-asam urat; FS, N-ferulyl-spermidine; CoP, N', N “-Coumarolyl-tyrosine; DCS, N’, N”-dicaffeoyl-spermidine; CFS, N', N”-caffeoyl, feruloyl-spermidine; Lycium barbarum bani wolfberry Anak; Nick. O-AS, O-asil gula.
Iperpanjang hanami do use analisis humbani sada genotipe Nepenthes na iredahon hubani populasi alami, ija perubahan intraspesifik na kuat bani tingkat JA herbivora pakon tingkat metabolit spesifik domma ongga ipatugah bani populasi alami (26). Pakei ma data on laho manlinggomi 43 germplasma. Germplasma on terdiri humbani 123 jenis suan-suanan humbani N. pallens. Suan-suanan on ibuat humbani bonih na ipatumpu bani habitat asli na berbeda i Utah, Nevada, Arizona, pakon California (Gambar S7), iparetongkon hanami do keragaman metabolom (ijon isobut tingkat populasi) keragaman β) pakon spesialisasi na ibahen OSM. Domu hubani penelitian sebelumni, ididah hanami do buei perubahan metabolisme i sepanjang sumbu Hj pakon δj, na pataridahkon bahwa germplasma memiliki perbedaan na signifikan bani plastisitas respon metabolisme ni sidea hubani herbivora (Gambar S7). Organisasi on pataridahkon pangamatan sebelumni pasal rentang dinamis perubahan JAs na ibahen herbivora, janah domma mampartahankon nilai na sangat tinggi bani sada populasi (26, 36). Marhitei na mamakei JA pakon JA-Ile laho manguji korelasi tingkat keseluruhan antara Hj pakon δj, jumpah hanami do dong korelasi positif na signifikan antara JA pakon indeks keragaman pakon spesialisasi metabolom β (Gambar S7). On patuduhkon bahwa heterogenitas na ibahen herbivora bani induksi JAs na tardeteksi bani tingkat populasi mungkin halani polimorfisme metabolisme kunci na ibahen seleksi humbani herbivora serangga.
Penelitian sebelumni domma patuduhkon bahwa jenis tembakau berbeda tumang bani jenis pakon ketergantungan relatif hubani pertahanan metabolisme na i induksi pakon konstitutif. Ihaporsayai do anggo parubahan on bani transduksi sinyal anti-herbivora pakon kemampuan pertahanan iatur oleh tekanan populasi serangga, siklus hidup suan-suanan, pakon biaya produksi pertahanan i relung ianan ni sada spesies tubuh. Iparlajari hanami do konsistensi ni remodeling metabolom bulung na ibahen herbivora humbani onom spesies Nicotiana na asli hun Amerika Utara pakon Amerika Selatan. Spesies on dohor do pakon Nepenthes Amerika Utara, aima Nicolas Bociflo. La, N. nicotinis, Nicotiana n. poyon-poyon na dob galek, Nicotiana tabacum, tembakau linier, tembakau (Nicotiana spegazzinii) pakon tembakau bulung tembakau (Nicotiana obtusifolia) (Gambar 5A) (37). Onom humbani spesies on, termasuk spesies N. please na dob itanda dear, aima suan-suanan tahunan humbani clade petunia, pakon obtusifolia N. aima suan-suanan abadi humbani clade saudara Trigonophyllae (38). Dob ai, induksi W + W, W + OSM pakon W + OSS1 ibahen bani pitu spesies on laho mamparlajari pengaturan ulang metabolisme tingkat spesies bani mangan serangga.
(A) Sada pohon filogenetik bootstrap na berdasarkon kemungkinan maksimal [untuk sintesis glutamin nuklir (38)] pakon distribusi geografis humbani pitu spesies Nicotiana na dohor (warna na berbeda) (37). (B) Plot hamburan keragaman khusus untuk profil metabolisme pitu spesies Nicotiana (939 MS/MS; file data S1). Bani tingkat spesies, keragaman metabolom berkorelasi negatif pakon tingkat spesialisasi. Analisis korelasi tingkat spesies antara keragaman metabolisme pakon spesialisasi pakon akumulasi JA ipatuduh bani Gambar 2. S9. Warna, bagei-bagei; segitiga, W + OSS1; persegi panjang, W + OSM; (C) Dinamika Nicotiana JA pakon JA-Ile i peringkatkon mangihutkon amplitudo eksitasi OS (ANOVA dua arah pakon Tukey HSD pasca-perbandingan berganda, * P <0,05, ** P <0,01 pakon * ** Bani perbandingan W + OS pakon W + W, P <0,001). Plot kotak (D) keragaman pakon (E) spesialisasi ni ganup spesies dobkonsi mansimulasihon herbivora pakon metil JA (MeJA). Tanda bintang pataridahkon perbedaan na signifikan antara W + OS pakon W + W atap lanolin tambah W (Lan + W) atap Lan tambah MeJA (Lan + MeJa) pakon kontrol Lan (analisis varians dua arah, ilanjutkon marhiteihon perbandingan ganda post hoc HSD Tukey, *P<0.05, **P<0.01 pakon ***P<0.01).
Manggunahon metode dual cluster, itanda hanami 9 modul 939 MS/MS (file data S1). Komposisi MS/MS na ikonfigurasi use marhiteihon perawatan na berbeda bervariasi tumang i tongah-tongah ni modul na berbeda antar spesies (Gambar S8). Mangidah Hj (na isobut ijon sebagai keragaman γ tingkat spesies) pakon δj pataridahkon bahwa spesies na berbeda martumpu gabe kelompok na berbeda tumang bani ruang metabolisme, ija pembagian tingkat spesies somalni lobih menonjol marimbang eksitasi. Kecuali N. linear pakon N. obliquus, sidea pataridahkon rentang dinamis na bolag humbani efek induksi (Gambar 5B). Sebalikni, spesies songon N. purpurea pakon N. obtusifolia memiliki respon metabolisme na lang pala jelas bani pengobatan, tapi metabolomni lobih beragam. Distribusi spesies-spesifik humbani respon metabolisme na ihasilhon mangkorhon korelasi negatif na signifikan antara spesialisasi pakon keragaman gamma (PCC = -0,46, P = 4,9×10-8). Parubahan na ibahen OS bani tingkat JAs berkorelasi positif pakon spesialisasi metabolom, pakon berkorelasi negatif pakon keragaman gamma metabolisme na ipatuduhkon tiap spesies (Gambar 5B pakon Gambar S9). Porlu do ibotoh hita anggo spesies na isobut sebagai spesies “respon sinyal” bani Gambar 5C, misalni Nepenthes nematodes, Nepenthes nepenthes, Nepenthes acute, pakon Nepenthes attenuated, mambahen tanda-tanda na signifikan bani 30 menit. Wabah JA pakon JA-Ile na baru-baru on na khusus OS, sementara bakteri na legan na isobut “sinyal na lang marbalos”, songon Nepenthes mills, Nepenthes powdery pakon N. obtusifolia pitah pataridahkon induksi JA-Ile Edge tanpa spesifisitas OS (Gambar 5C). Bani tingkat metabolisme, songon na dob isobut i atas, bani Nepenthes na iredahon, zat-zat na marbalos hubani sinyal pataridahkon spesifisitas OS pakon meningkatkon δj secara signifikan, sambil mangurangi Hj. Efek priming khusus OS on lang tardeteksi bani spesies na iklasipikasihon sebagai spesies non-reaktif sinyal (Gambar 5, D pakon E). Metabolit khusus OS gati ibagihon antara spesies na marrespon sinyal, anjaha kelompok sinyal on martumpu pakon spesies na marrespon sinyal na lemah, sementara spesies na marrespon sinyal na lemah pataridahkon saling ketergantungan na hurang (Gambar S8 ). Hasil on pataridahkon bahwa induksi OS-spesifik JAs pakon rekonfigurasi OS-spesifik metabolom hilir ipadomu bani tingkat spesies.
Dob ai, ipakei hanami ma pasta lanolin na marisi metil JA (MeJA) laho mangubati suan-suanan laho mamareksa atap na mode kopling on ibatasi halani ketersediaan JA na iterapkon JA eksogen, na laho adong bani sitoplasma suan-suanan. Deesterifikasi na doras aima JA. Ijumpahi hanami do tren na sarupa humbani perubahan bertahap humbani spesies na marrespon sinyal hubani spesies na lang marrespon sinyal na ibahen pasokan JA na torus-menerus (Gambar 5, D pakon E). Singkatni, perawatan MeJA sangat memprogram ulang metabolom nematoda linier, N. obliquus, N. aquaticus, N. pallens, pakon N. mikimotoi, na mangkorhon peningkatan δj na signifikan pakon penurunan Hj. N. purpurea pitah pataridahkon peningkatan δj, tapi lang Hj. N. obtusifolia, na domma ongga ipatuduhkon patumpuhon tingkat JA na sangat rendah, lang homa marbalos hubani pengobatan MeJA bani segi rekonfigurasi metabolom. Hasil on pataridahkon bahwa produksi JA atap transduksi sinyal secara fisiologis terbatas bani spesies na lang merespon sinyal. Laho manguji hipotesis on, iparlajari hanami ma ompat spesies (N. pallens, N. mills, N. pink pakon N. microphylla) na ihasilhon W + W, W + OSMs pakon W + OSS1 Transcriptome (39). Sadalan hubani pola remodeling metabolom, spesies ai dear do ipisahkon bani ruang transkriptom, i tongah-tongah ni N. na iredahon pataridahkon RDPI na ihasilhon OS na tertinggi, sementara N. gracilis memiliki na terrendah (Gambar 6A). Tapi, jumpah ma keragaman transkriptom na ibahen N. oblonga aima na terrendah humbani ompat spesies, bertentangan pakon keragaman metabolomik N. oblonga na tertinggi na ongga ipatuduhkon bani pitu spesies. Penelitian sebelumni domma patuduhkon bahwa sada set gen na berkaitan pakon sinyal pertahanan awal, termasuk sinyal JA, patorangkon spesifisitas respon pertahanan awal na ihasilhon elicitor na berkaitan pakon herbivora bani spesies Nicotiana (39). Mambandingkon jalur pensinyalan JA antara ompat spesies on pataridahkon sada pola na menarik (Gambar 6B). Bahat do gen bani jalur on, songon AOC, OPR3, ACX pakon COI1, pataridahkon tingkat induksi na relatif gijang bani ompat spesies on. Tapi, sada gen kunci, JAR4, mangubah JA gabe bentuk na aktif secara biologis humbani transkrip JA-Ile na dob ipatumpu, anjaha tingkat transkripsini sangat rendah, tarlobih bani N. mills, Nepenthes pieris pakon N. microphylla. Leganni ai, pitah transkrip gen AOS na legan do na lang tardeteksi bani N. bifidum. Parubahan ekspresi gen on boi do bertanggung jawab bani fenotipe ekstrim na ibahen produksi JA na rendah bani spesies anergik sinyal pakon induksi N. gracilis.
(A) Analisis teori informasi pemrograman ulang respon transkripsi awal humbani ompat spesies tembakau na dohor na ibuat sampel 30 menit dob ​​induksi herbivora. RDPI iparetongkon marhitei na mambandingkon bulung na ibahen OS herbivora pakon kontrol luka. Warna-warni ai pataridahkon spesies na berbeda, anjaha simbol-simbol ai pataridahkon cara pengobatan na berbeda. (B) Analisis ekspresi gen bani jalur pensinyalan JA i tongah-tongah ni ompat spesies. Jalur JA na dob isederhanahon ipatuduh i lambung ni plot kotak. Warna na berbeda pataridahkon cara pemrosesan na berbeda. Tanda bintang pataridahkon dong perbedaan na signifikan antara perlakuan W + OS pakon kontrol W + W (bani t-test Siswa untuk perbedaan pasangan, *P<0,05, **P<0,01 pakon ***P<0,001). OPDA, 12-oxophytodienoic acid; OPC-8: 0,3-oxo-2(2′(Z)-pentenyl)-cyclopentane-1-octanoic acid.
Bani bagian na parpudi, iparlajari hanami do sonaha remodeling spesifik spesies serangga humbani metabolom humbani bagei-bagei spesies suan-suanan boi tahan hubani herbivora. Penelitian sebelumni menekanhon genus Nicotiana. Ketahanan ni sidea hubani Ms pakon larva berbeda tumang (40). Ijon, iparlajari hanami do hubungan antara model on pakon plastisitas metabolisme ni sidea. Manggunahon ompat spesies tembakau na i atas in, pakon manguji korelasi antara keragaman pakon spesialisasi metabolom na ibahen herbivora pakon ketahanan suan-suanan hubani Ms pakon Sl, jumpah hanami do ketahanan, keragaman pakon spesialisasi hubani generalis Sl All berkorelasi positif, sementara korelasi antara ketahanan hubani inang ahli pakon spesialisasi lemah, pakon korelasi pakon keragaman pakon Sl lang signifikan (Gambar 10). Mardomu hubani resistensi S1, N. chinensis na iredahon pakon N. gracilis, na sebelumni ipatuduhkon pataridahkon tingkat transduksi sinyal JA pakon plastisitas metabolom, memiliki respon na sangat berbeda hubani induksi herbivora, janah sidea pe pataridahkon resistensi na sarupa na gijang. Seks.
Bani onom puluh tahun na salpu, teori pertahanan suan-suanan domma mambere kerangka teoritis, na berdasarhon ai domma iprediksi peneliti buei evolusi pakon fungsi metabolit khusus suan-suanan. Bahatan humbani teori-teori on lang mangihutkon prosedur normal kesimpulan na kuat (41). Iusulhon sidea do prediksi kunci (3) bani tingkat analisis na sarupa. Sanggah pengujian prediksi kunci mambahen teori-teori tertentu boi ipareksa, on mambahen bidang on maju. Iurupi, tapi tulak ma halak na legan (42). Sebalikni, teori na baru on mambahen prediksi bani tingkat analisis na berbeda pakon manambahkon lapisan pertimbangan deskriptif na baru (42). Tapi, dua teori na iusulhon bani tingkat fungsional, MT pakon OD, boi urah ipatorang sebagai prediksi na ponting pasal parubahan metabolisme khusus na ibahen herbivora: teori OD porsaya anggo parubahan bani “ruang” metabolisme khusus sangat berarah. Teori MT porsaya bahwa parubahan on lang berarah janah berada secara acak bani ruang metabolisme, janah cenderung memiliki metabolit nilai pertahanan na tinggi. Pemeriksaan sebelumni bani prediksi OD pakon MT domma iuji mamakei sada set na sompit humbani senyawa “pertahanan” apriori. Tes-tes metabolit-sentris on manlanglangi kemampuan laho menganalisa luas pakon lintasan rekonfigurasi metabolom sanggah herbivora, pakon lang mangijinhon pengujian ibagas kerangka statistik na konsisten laho mamorluhon prediksi kunci na boi ianggap sebagai keseluruhan Kuantifikasi perubahan metabolom suan-suanan. Ijon, ipakei hanami do teknologi inovatif bani metabolomik na berdasarkon MS komputasi pakon mambahen analisis MS dekonvolusi bani mata uang umum deskriptor teori informasi laho manguji perbedaan antara na dua na iusulhon bani tingkat metabolomik global. Prediksi kunci humbani teori on. Teori informasi domma iterapkon bani buei bidang, tarlobih bani konteks penelitian keanekaragaman hayati pakon aliran nutrisi (43). Tapi, sadokah na ibotoh hanami, on ma aplikasi na parlobei ipakei laho manggambarhon ruang informasi metabolisme ni suan-suanan pakon pasaloseihon masalah ekologi na marpardomuan hubani parubahan metabolisme sementara na marbalos hubani isyarat lingkungan. Secara khusus, kemampuan ni metode on marianan bani kemampuanni laho mambandingkon pola-pola ibagas pakon antara spesies suan-suanan laho mamareksa sonaha herbivora domma berevolusi humbani spesies na berbeda hubani pola makroevolusi antar-spesies bani tingkat evolusi na berbeda. Metabolisme.
Analisis komponen utama (PCA) mangubah sada kumpulan data multivariat gabe ruang pengurangan dimensi ase tren utama data boi ipatorang, halani ai somalni ipakei sebagai teknik eksplorasi laho mamparse kumpulan data, misalni metabolom dekonvolusi. Tapi, pengurangan dimensi mambahen magou sebagian isi informasi bani kumpulan data, pakon PCA lang boi mambere informasi kuantitatif pasal karakteristik na khusus relevan hubani teori ekologi, misalni: sonaha do herbivora mangkonfigurasi ulang keragaman bani bidang khusus (misalni, kekayaan, distribusi) pakon kelimpahan) metabolit? Metabolit na ija do na gabe prediktor keadaan na ihasilhon humbani herbivora na ibere? Humbani sudut pandang spesifisitas, keragaman pakon induksibilitas, isi informasi profil metabolit khusus bulung terurai, janah jumpah ma anggo mangankon herbivora boi mangaktifkon metabolisme spesifik. Lang isangka, ididah hanami, songon na ipatugah bani indikator teori informasi na idalankon, situasi metabolisme na ihasilhon memiliki tumpang tindih na banggal dobkonsi serangan ni dua herbivora (generalis Sl na ipangan borngin) pakon pakar Solanaceae Ms. Hassi pe perilaku mangan pakon konsentrasi ni sidea berbeda secara signifikan. Inisiator konjugat asam lemak-asam amino (FAC) bani OS (31). Marhitei na mamakei OS herbivora laho mangubati luka tusukan standar, pengobatan herbivora simulasi pe pataridahkon tren na sarupa. Prosedur standar on laho mansimulasihon respon ni suan-suanan hubani serangan herbivora menghilangkan faktor-faktor na mambahen bingung na ibahen perubahan perilaku mangan ni herbivora, na mambahen berbagai tingkat kerusakan bani panorang na berbeda (34). FAC, na dob ibotoh gabe penyebab utama OSM, mangurangi JAS pakon respon hormon suan-suanan na legan bani OSS1, sementara OSS1 mangurangi ratusan hali (31). Tapi, OSS1 mambahen tingkat akumulasi JA na sarupa marimbang OSM. Domma ongga ipatuduhkon bahwa respon JA bani Nepenthes na iredahon sangat sensitif hubani OSM, ija FAC boi mempertahankon aktivitasni pori pe iencerkan 1:1000 pakon bah (44). Halani ai, anggo ibandingkon pakon OSM, pori pe FAC bani OSS1 toruh tumang, domma sungkup ai laho manginduksi wabah JA na sungkup. Penelitian sebelumni domma patuduhkon bahwa protein mirip porin (45) pakon oligosakarida (46) boi ipakei sebagai petunjuk molekuler laho memicu respon pertahanan suan-suanan i OSS1. Tapi, lape torang ope atap na elicitor on i OSS1 do na martanggung jawab bani akumulasi JA na ididah bani penelitian sonari.
Hassi pe lang piga penelitian na manggambarhon sidik jari metabolisme na berbeda na ibahen marhiteihon aplikasi herbivora na berbeda atap JA atap SA eksogen (asam salisilat) (47), lang dong na mambahen ganggu gangguan spesifik spesies herbivora bani jaringan rumput suan-suanan pakon efekni bani spesifik Dampak keseluruhan metabolisme ipelajari secara sistematis. hatorangan pribadi. Analisis on selanjutni menegaskon bahwa hubungan jaringan hormon internal pakon hormon suan-suanan na legan selain JA membentuk spesifisitas reorganisasi metabolisme na ibahen herbivora. Secara khusus, hanami mendeteksi bahwa ET na ibahen OSM secara signifikan lobih banggal marimbang na ibahen OSS1. Mode on sadalan hubani lobih bahat isi FAC i OSM, na gabe kondisi na porlu pakon mencukupi laho memicu ET burst (48). Bani konteks interaksi antara suan-suanan pakon herbivora, fungsi pensinyalan ET bani dinamika metabolit khusus suan-suanan totap do sporadis janah pitah manargetkon sada kelompok senyawa. Leganni ai, buei do penelitian na mamakei aplikasi eksogen ET atap prekursorni atap bagei inhibitor laho mamparlajari pengaturan ET, di antarani aplikasi kimia eksogen on mambahen buei efek samping na lang spesifik. Domu hubani na ibotoh hanami, penelitian on mewakili pemeriksaan sistematis berskala besar na parlobei pasal peran ni ET bani penggunaan ET laho menghasilhon pakon mangahapkon suan-suanan transgenik na rusak laho mengkoordinasihon dinamika metabolom suan-suanan. Induksi ET khusus herbivora boi do ujungni mamodulasi respon metabolom. Na paling signifikan aima manipulasi transgenik gen biosintesis ET (ACO) pakon persepsi (ETR1) na mangungkapkon akumulasi de novo fenolamid khusus herbivora. Domma ongga ipatuduhkon anggo ET boi menyetel akumulasi nikotin na ibahen JA marhitei na mangatur putrescine N-methyltransferase (49). Tapi, humbani sudut pandang mekanis, lang tangkas sonaha ET menyetel induksi phenamide. Leganni fungsi transduksi sinyal ET, fluks metabolisme boi do homa ipindahi hubani S-adenosyl-1-metionine laho mangatur investasi bani amida poliaminofenol. S-adenosyl-1-metionine aima ET pakon perantara umum jalur biosintesis poliamin. Mekanisme sinyal ET mangatur tingkat fenolamida porlu do ipelajari lobih bagas.
Domma dokah, halani buei ni metabolit khusus na lang binotoh strukturni, perhatian na intens hubani kategori metabolisme tertentu lang boi secara ketat menilai perubahan temporal keragaman metabolisme dob interaksi biologis. Sonari, berdasarhon analisis teori informasi, hasil utama perolehan spektrum MS/MS berdasarhon metabolit na lang bias aima anggo herbivora na mangan atap maniru herbivora torus mangurangi keragaman metabolisme keseluruhan metabolom bulung sambil meningkatkon tingkat spesialisasini. Peningkatan sementara bani spesifisitas metabolom na ibahen herbivora on marpardomuan hubani peningkatan sinergis bani spesifisitas transkriptom. Fitur na paling mambere kontribusi hubani spesialisasi metabolom na lobih banggal on (na marnilai Si na lobih gijang) aima metabolit khusus na marfungsi herbivora na dob itandahon hinan. Model on sadalan hubani prediksi teori OD, tapi prediksi MT na berkaitan pakon keacakan pemrograman ulang metabolom lang sadalan. Tapi, data on sadalan do homa pakon prediksi model campuran (MT terbaik; Gambar 1B), halani metabolit na legan na lang itandahon pakon fungsi pertahanan na lang binotoh boi ope mangihutkon distribusi Si na acak.
Sada pola na porlu ipardiateihon na lambin itangkap penelitian on aima humbani tingkat mikro-evolusi (populasi suan-suanan pakon tembakau) das hubani skala evolusi na lobih banggal (spesies tembakau na dohor), tingkat organisasi evolusi na berbeda aima “pertahanan terbaik” Adong do perbedaan na signifikan bani kemampuan herbivora. Moore et al. (20) pakon Kessler pakon Kalske (1) secara independen mangusulhon laho mangubah tolu tingkat fungsional keanekaragaman hayati na parlobei ibahen Whittaker (50) gabe perubahan temporal konstitutif pakon induksi keragaman kimia; penulis on lang homa marringkas Prosedur pengumpulan data metabolom berskala besar pe lang manggambarhon sonaha cara mangetong keragaman metabolisme humbani data on. Bani penelitian on, penyesuaian na etek bani klasifikasi fungsional Whittaker laho mampardiateihon keragaman α-metabolik sebagai keragaman spektrum MS/MS bani sada suan-suanan, pakon keragaman β-metabolik sebagai metabolisme intraspesifik dasar humbani sada kelompok populasi Ruang, pakon keragaman γ-metabolik gabe perpanjangan humbani analisis spesies na sarupa.
Sinyal JA porlu tumang bani bagei-bagei respon metabolisme herbivora. Tapi, hurang do pengujian kuantitatif na ketat pasal kontribusi pengaturan intraspesifik biosintesis JA hubani keragaman metabolom, pakon atap sinyal JA aima situs umum untuk diversifikasi metabolisme na ibahen stres bani skala makroevolusi na lobih gijang ope na lang tarjalo uhur. Iidah hanami bahwa sifat herbivora Nepenthes herbivorous manginduksi spesialisasi metabolom pakon variasi spesialisasi metabolom ibagas populasi spesies Nicotiana pakon i tongah-tongah ni spesies Nicotiana na dohor secara sistematis berkorelasi positif pakon pensinyalan JA. Leganni ai, anggo sinyal JA terganggu, spesifisitas metabolisme na ibahen herbivora genotipe tunggal gabe ibatasi (Gambar 3, C pakon E). Halani parubahan spektrum metabolisme populasi Nepenthes na ilemahkon secara alami sebagian besar kuantitatif, parubahan bani keragaman pakon spesifisitas β metabolisme bani analisis on mungkin sebagian besar terjadi halani eksitasi na kuat humbani kategori senyawa na bayak bani metabolit. Kelas senyawa on mendominasi bagian profil metabolom pakon mangarah hubani korelasi positif pakon sinyal JA.
Halani mekanisme biokimia ni spesies tembakau na dohor hujai berbeda tumang, metabolitni secara khusus itandahon bani aspek kualitatif, jadi lobih analitis. Pemrosesan teori informasi bani profil metabolisme na itangkap mangungkapkon bahwa induksi herbivora mambahen parah pertukaran antara keragaman gamma metabolisme pakon spesialisasi. Sinyal JA berperan sentral bani pertukaran on. Peningkatan spesialisasi metabolom sadalan hubani prediksi OD utama pakon berkorelasi positif pakon sinyal JA, sementara sinyal JA berkorelasi negatif pakon keragaman gamma metabolisme. Model-model on pataridahkon bahwa kapasitas OD ni suan-suanan terutama itontuhon oleh plastisitas JA, baik bani skala mikroevolusi atap bani skala evolusi na lobih banggal. Percobaan aplikasi JA eksogen na menghindari cacat biosintesis JA selanjutni mangungkapkon bahwa spesies tembakau na berhubungan erat boi ibedahon gabe spesies na responsif sinyal pakon non-responsif sinyal, songon mode JA pakon plastisitas metabolom na ibahen herbivora. Spesies na lang marbalos sinyal lang boi marbalos halani lang mampu sidea mambahen JA endogen halani ai tunduk hubani batasan fisiologis. On boi do halani mutasi bani piga-piga gen kunci bani jalur pensinyalan JA (AOS pakon JAR4 bani N. crescens) ni. Hasil on pataridahkon bahwa pola makroevolusi antar spesies on mungkin terutama idorong oleh perubahan persepsi pakon responsifitas hormon internal.
Leganni interaksi antara suan-suanan pakon herbivora, eksplorasi keragaman metabolisme marpardomuan hubani haganup kemajuan teoritis na ponting bani penelitian adaptasi biologis hubani lingkungan pakon evolusi sifat-sifat fenotipik na kompleks. Domu hubani peningkatan jumlah data na idapot humbani instrumen MS modern, pengujian hipotesis bani keragaman metabolisme sonari boi manlewati perbedaan metabolit individu/kategori pakon mambahen analisis global laho mangungkapkon pola na lang isangka. Bani proses analisis skala banggal, sada metafora na ponting aima ide laho mambahen peta na mararti na boi ipakei laho manjelajahi data. Halani ai, sada hasil na ponting humbani kombinasi sonari on humbani metabolomik MS/MS na lang bias pakon teori informasi aima na mambere sada metrik na sederhana na boi ipakei laho mambahen peta laho mangidah keragaman metabolisme bani skala taksonomi na berbeda. In ma syarat dasar ni metode on. Parlajaran pasal evolusi mikro/makro pakon ekologi masyarakat.
Bani tingkat makro-evolusi, inti teori ko-evolusi suan-suanan-serangga ni Ehrlich pakon Raven (51) aima laho meramalhon bahasa variasi keragaman metabolisme antar spesies aima penyebab diversifikasi garis keturunan suan-suanan. Tapi, ibagas lima puluh tahun dob iterbitkon karya mani on, hipotesis on jarang do iuji (52). On bueinan halani sifat filogenetik sifat metabolisme na sarupa bani garis keturunan suan-suanan na daoh. Kelangkaan ai boi ipakei laho manjangkau metode analisis target. Alur kerja MS/MS sonari na iproses marhitei teori informasi mangukur kesamaan struktural MS/MS humbani metabolit na lang binotoh (tanpa pemilihan metabolit sebelumni) pakon mangubah MS/MS on gabe sada set MS/MS, sehingga bani metabolisme profesional Model-model makro-evolusi on ibandingkon bani skala klasifikasi. Indikator statistik na sederhana. Prosesni sarupa pakon analisis filogenetik, na boi mamakei urutan alignment laho mangukur tingkat diversifikasi atap evolusi karakter tanpa prediksi sebelumni.
Bani tingkat biokimia, hipotesis penyaringan Firn pakon Jones (53) pataridahkon bahwa keragaman metabolisme ipertahankon bani tingkat na berbeda laho pasirsirhon bahan baku laho mangkorjahon aktivitas biologis metabolit na sebelumni lang markaitan atap na igantih. Metode teori informasi mambere kerangka ija transisi evolusi spesifik metabolit na terjadi sanggah spesialisasi metabolit boi iukur sebagai bagian humbani proses penyaringan evolusi na iusulhon: adaptasi aktif biologis humbani spesifisitas na rendah hubani spesifisitas na gijang Metabolit na ihambat bani lingkungan na dob itontuhon.
Haganup, bani panorang parlobei ni biologi molekuler, teori-teori pertahanan suan-suanan na ponting domma ikembangkon, pakon metode na idorong hipotesis deduktif domma ianggap sebagai sada-sadani cara kemajuan ilmiah. On bueinan halani keterbatasan teknis mangukur ganup metabolom. Hassi pe metode na idorong hipotesis sangat berguna bani mamilih mekanisme kausal na legan, kemampuanni laho memajuhon pangarusionta pasal jaringan biokimia lobih terbatas marimbang metode komputasi na adong sonari on bani ilmu data kontemporer. Halani ai, teori-teori na lang boi iprediksi daoh do i luar lingkup data na adong, jadi rumus hipotetis/siklus uji kemajuan i bidang penelitian lang boi ihapuskon (4). Idah hanami bahwa alur kerja komputasi metabolomik na iperkenalhon ijon boi mambahen tertarik use bani masalah baru-baru on (sonaha) pakon terakhir (mase) pasal keragaman metabolisme, pakon mambere kontribusi hubani era baru ilmu data na itogu secara teoritis. Era ai mamareksa use teori-teori na ponting na gabe inspirasi bani generasi sebelumni.
Pamangan herbivora secara langsung ibahen marhitei na pagodang-godangkon larva instar paduahon atap larva Sl bani sada bulung ni suan-suanan kendi na marwarna pucat humbani sada suan-suanan na marbunga mawar, pakon 10 replika suan-suanan per suan-suanan. Larva serangga ai i jepit marhitei penjepit, anjaha sisa jaringan bulung ipatumpu 24 pakon 72 jam dobkonsi infeksi janah i bekuhon podas, dob ai metabolit i ekstrak.
Simulasihon perawatan herbivora ibagas cara na sangat sinkron. Carani aima mamakei roda pola kain laho manroboh tolu baris duri bani ganup sisi ni rusuk partongah ni tolu bulung ni suan-suanan na dob gok meluas sanggah tahap pertumbuhan garland kain, dob ai mintor ibahen 1:5 Diluted Ms. Atap mamakei jari-jari na marsarung tangan laho pamasukkon S1 OS hubagas luka tusuk ai. Panen pakon proses sada bulung songon na dob ipatugah i atas. Pakei ma cara na dob ipatugah nongkan laho mambuat metabolit primer pakon hormon suan-suanan (54).
Bani aplikasi JA eksogen, tolu bulung daun humbani onom suan-suanan na marbunga mawar humbani ganup spesies iperlakuhon marhitei 20μl pasta lanolin na marisi 150μg MeJA (Lan + MeJA), pakon 20μl lanolin dihut perawatan luka (Lan + W), atap mamakei 20μl lanolin murni sebagai kontrol. Daun-daun ai ipanen 72 jam dobkonsi iperlakuhon, i bekuhon ibagas nitrogen cair, anjaha isimpan bani -80°C ronsi ipakei.
Ompat garis transgenik JA pakon ET, aima irAOC (36), irCOI1 (55), irACO pakon sETR1 (48), domma itandahon bani kelompok penelitian nami. irAOC sangat pataridahkon penurunan bani tingkat JA pakon JA-Ile, sementara irCOI1 lang sensitif hubani JA. Anggo ibandingkon pakon EV, akumulasi JA-Ile martambah. Sonai homa, irACO mangurangi produksi ET, anjaha anggo ibandingkon pakon EV, sETR1, na lang sensitif hubani ET, manambah produksi ET.
Sada spektrometer laser fotoakustik (Sensor Sense ETD-300 real-time ET sensor) ipakei laho mangkorjahon pangukuran ET secara non-invasif. Dobkonsi iubati, satongah humbani bulung-bulung ai iponggol janah ipindahi hu botol kaca na itutup 4 ml, anjaha ipaturut ma ruang ulu ai martumpu ibagas 5 jam. Bani panorang pangukuran, ganup botol iuras marhiteihon aliran 2 liter/jam udara murni sadokah 8 menit, na dob ongga mamolus katalis na ipasirsir Sensor Sense laho padaohkon CO2 pakon bah.
Data microarray on parlobei sahali i terbitkon bani (35) pakon isimpan i National Center for Biotechnology Information (NCBI) Gene Expression Comprehensive Database (nomor akses GSE30287). Data na sadalan hubani bulung na ibahen perlakuan W + OSMs pakon kontrol na lang maseda ibuat bani penelitian on. Intensitas mentah aima log2. Paima analisis statistik, garis dasar iubah janah inormalhon hubani persentil pa-75 mamakei paket perangkat lunak R.
Data urutan RNA (RNA-seq) asli humbani spesies Nicotiana ibuat humbani NCBI Short Reading Archives (SRA), nomor proyek aima PRJNA301787, na ilaporhon Zhou et al. (39) anjaha lanjutkon songon na dob ipatugah bani (56). Data mentah na iproses W + W, W + OSM pakon W + OSS1 na sadalan hubani spesies Nicotiana ipilih laho i analisis bani penelitian on, anjaha iproses marhitei cara na i toruh on: Parlobei, pambasaan RNA-seq mentah iubah gabe format FASTQ. HISAT2 mangubah FASTQ gabe SAM, pakon SAMtools mangubah file SAM gabe file BAM na dob iurutkon. StringTie ipakei laho mangetong ekspresi gen, pakon metode ekspresi ni aima dong fragmen per ribu fragmen basa per juta fragmen transkripsi na iurutkon.
Kolom kromatografi Acclaim (150 mm x 2,1 mm; ukuran partikel 2,2μm) na ipakei bani analisis pakon kolom penjaga 4 mm x 4 mm terdiri humbani bahan na sarupa. Gradien biner na i toruh on ipakei bani sistem Dionex UltiMate 3000 Ultra High Performance Liquid Chromatography (UHPLC): 0 ronsi 0,5 menit, isokratik 90% A [bah na dob ionisasi, 0,1% (v/v) asetonitril pakon 0,05% asam formik] B, 1% pakon asetonitril 0.05% asam formik); 0,5 ronsi 23,5 menit, fase gradien aima 10% A pakon 90% B, masing-masing; 23,5 ronsi 25 menit, isokratik 10% A pakon 90% B. Laju aliranni 400μl/min. Bani haganup analisis MS, suntikkon ma eluen kolom hubagas quadrupole pakon time-of-flight (qTOF) analyzer na ilengkapi pakon sumber elektrospray na beroperasi ibagas mode ionisasi positif (tegangan kapiler, 4500 V; outlet kapiler 130 V ; suhu pengeringan 200°C; aliran udara pengeringan 10 liter/min).
Mangkorjahon analisis fragmen MS / MS (selanjutni isobut MS / MS) na lang relevan atap lang boi ibedakan humbani data laho mandapotkon informasi struktural pasal profil metabolisme na boi ideteksi secara keseluruhan. Konsep metode MS/MS na lang marpilihan bergantung hubani fakta bahwa quadrupole memiliki jendela isolasi massa na sangat besar [halani ai, anggap ma haganup sinyal rasio massa-ke-muatan (m/z) sebagai fragmen]. Halani ai, halani instrumen Impact II lang boi mambahen kemiringan CE, piga-piga analisis independen ibahen mamakei nilai energi tabrakan disosiasi (CE) na ibahen tabrakan na martambah. Singkatni, parlobei ma analisis sampel marhitei UHPLC-electrospray ionization/qTOF-MS mamakei mode spektrometri massa tunggal (kondisi fragmentasi na rendah na ihasilhon fragmentasi in-source), memindai humbani m/z 50 das hubani 1500 bani frekuensi pengulangan 5 Hz. Pakei ma nitrogen sebagai gas tabrakan untuk analisis MS/MS, pakon bahen ma pangukuran independen bani ompat tegangan disosiasi na berbeda na ibahen tabrakan: 20, 30, 40, pakon 50 eV. Bani ganup proses pangukuran, quadrupole memiliki jendela isolasi massa terbesar, humbani m/z 50 ronsi 1500. Sanggah percobaan m/z badan muka pakon lebar isolasi iatur hubani 200, rentang massa otomatis iaktifkon oleh perangkat lunak pengoperasian instrumen pakon 0 Da. Pindai ma fragmen massa songon bani mode massa tunggal. Manggunahon natrium format (50 ml isopropanol, 200 μl asam formik pakon 1 ml larutan berair NaOH 1M) untuk kalibrasi massa. Manggunahon algoritma kalibrasi presisi tinggi Bruker, file data ikalibrasi dobkonsi manjalankon spektrum rata-rata bani periode panorang na dob itontuhon. Manggunahon fungsi ekspor Data Analysis v4.0 software (Brook Dalton, Bremen, Jerman) laho mangubah file data mentah gabe format NetCDF. Data MS/MS domma isimpan bani database metabolomik na terbuka MetaboLights (www.ebi.ac.uk) pakon nomor aksesi. MTBLS1471.
Perakitan MS/MS boi irealisasihon marhitei analisis korelasi antara sinyal kualitas MS1 pakon MS/MS untuk energi tabrakan na rendah pakon na gijang pakon aturan na baru idalankon. Naskah R ipakei laho merealisasihon analisis korelasi distribusi prekursor hubani produk, pakon naskah C# (https://github.com/MPI-DL/indiscriminant-MS-MS-assembly-pipeline) ipakei laho mandalankon aturan.
Ase boi mangurangi kesalahan positif palsu na ibahen noise latarbelakang pakon korelasi palsu na ibahen halani mendeteksi fitur m/z tertentu pitah bani piga-piga sampel, ipakei hanami ma fungsi “filled peak” humbani paket R XCMS (untuk koreksi noise latarbelakang) Maningon ipakei laho manggantihkon intensitas “NA” (puncak na lang tardeteksi). Sanggah ipakei fungsi fill peak, buei ope nilai intensitas “0′′ bani kumpulan data na berpengaruh hubani perhitungan korelasi. Dob ai, ibandingkon hanami ma hasil pengolahan data na dapot sanggah fungsi filled peak ipakei pakon sanggah fungsi filled peak lang ipakei, janah iparetongkon hanami ma nilai kebisingan latar berdasarhon rata-rata na dob ikoreksi, dob ai igantih ma nilai intensitas on nilai latarbelakang na iparetongkon. Hanami pe pitah mamingkiri fitur-fitur na intensitasni lobih humbani tolu hali nilai latarbelakang janah ianggap hanami do ai sebagai “puncak na sintong.” Bani paretongan PCC, pitah sinyal m/z humbani prekursor sampel (MS1) pakon kumpulan data fragmen na dong saotikni ualuh puncak na sintong do na ipertimbangkan.
Anggo intensitas fitur kualitas prekursor bani ganup sampel secara signifikan berkorelasi pakon intensitas na berkurang humbani fitur kualitas na sarupa na hona energi tabrakan na rendah atap tinggi, pakon fitur ai lang icap sebagai puncak isotop oleh CAMERA, boi do ai iartihon lobih bagas. Dob ai, marhitei na mangetong haganup pasangan prekursor-produk na mungkin ibagas 3 s (perkiraan jendela waktu retensi untuk retensi puncak), ibahen ma analisis korelasi. Pitah anggo nilai m/z itoruh ni nilai prekursor pakon fragmentasi MS/MS terjadi bani ianan sampel na sarupa bani data set songon prekursor na ibuat, ijai ma ai ianggap sebagai fragmen.
Mardasarhon dua aturan na sederhana on, ipadaoh hanami ma fragmen na dob itontuhon na marnilai m/z lobih banggal humbani m/z ni prekursor na dob itanda, pakon mardasarhon posisi sampel ija prekursor ai taridah pakon fragmen na dob itontuhon. Boi do homa ipilih fitur kualitas na ihasilhon humbani buei fragmen in-source na ihasilhon bani mode MS1 sebagai calon prekursor, sehingga menghasilhon senyawa MS/MS na berlebihan. Ase boi mangurangi redundansi data on, anggo kesamaan NDP spektrum lobih humbani 0,6, anjaha sidea masuk hubani kromatogram “pcgroup” na isuratkon CAMERA, ipadomu hanami ma sidea. Ujungni, ipadomu hanami ma ganup ompat hasil CE na mardomu hubani prekursor pakon fragmen gabe spektrum komposit dekonvolusi akhir marhitei na mamilih puncak intensitas tertinggi humbani ganup puncak calon na marnilai m/z na sarupa bani energi tabrakan na berbeda. Langkah-langkah pemrosesan na mangihut berdasarkon konsep spektrum komposit pakon mamparuhurhon kondisi CE na berbeda na ihaporluhon laho memaksimalhon kemungkinan fragmentasi, halani piga-piga fragmen pitah boi ideteksi i toruh ni energi tabrakan tertentu.
RDPI (30) ipakei laho mangetong induksibilitas profil metabolisme. Keragaman spektrum metabolisme (indeks Hj) ibuat humbani buei ni prekursor MS/MS mamakei entropi Shannon humbani distribusi frekuensi MS/MS mamakei persamaan na ipatugah Martínez et al. (8). Hj = −∑i = 1mPijlog2(Pij) ija Pij sadalan hubani frekuensi relatif i-th MS/MS bani j-th sampel (j = 1, 2,..., m) (i = 1, 2, ..., m) t).
Spesifisitas metabolisme (indeks Si) iartihon sebagai identitas ekspresi MS/MS na ibere berkaitan pakon frekuensi antara sampel na ipertimbangkan. Spesifisitas MS/MS iparetongkon songon Si = 1t (∑j = 1tPijPilog2PijPi)
Pakei ma rumus na i toruh on laho mangukur indeks δj khusus metabolom humbani ganup sampel j, pakon rata-rata spesifisitas MS/MS δj = ∑i = 1mPijSi
Spektrum MS/MS ijajarhon marpasangan, anjaha kesamaan ai iparetongkon berdasarhon dua skor ai. Parlobei, mamakei NDP standar (na isobut homa metode korelasi kosinus), pakei ma persamaan na i toruh on laho mambere skor kesamaan segmen antara spektrum NDP = (∑iS1 & S2WS1, iWS2, i) 2∑iWS1, i2∑iWS2, i2 ija S1 pakon S2 Sesuai, untuk spektrum 1 pakon WS2, sonai homa WS, pakon i2 manggambarhon borat berdasarkon intensitas puncak bahwa perbedaan puncak umum i-th antara dua spektrum ai hurang humbani 0,01 Da. Boratni iparetongkon songon on: W = [intensitas puncak] m [kualitas] n, m = 0,5, n = 2, songon na iusulhon MassBank.
Metode skor na paduahon idalankon, na manlibatkon menganalisa NL na ibagihon antara MS/MS. Bani tujuan on, ipakei hanami do 52 daftar NL na gati jumpah sanggah proses fragmentasi MS secara bersamaan, pakon NL na lobih spesifik (file data S1) na domma i anotasi sebelumni untuk spektrum MS/MS metabolit sekunder spesies Nepenthes na galek ( 9, 26). Buat ma vektor biner 1 pakon 0 bani ganup MS/MS, na sadalan hubani NL na sonari pakon na lang dong. Mardasarhon kesamaan jarak Euclidean, skor kesamaan NL iparetongkon bani ganup pasangan vektor NL biner.
Laho mambahen dual clustering, ipakei hanami paket R DiffCoEx, na berdasarkon ekstensi Weighted Gene Co-expression Analysis (WGCNA). Manggunahon matriks skor NDP pakon NL spektrum MS/MS, ipakei hanami DiffCoEx laho mangetong matriks korelasi komparatif. Clustering biner ibahen marhitei na mangatur parameter “cutreeDynamic” gabe metode = “hybrid”, cutHeight = 0.9999, deepSplit = T, pakon minClusterSize = 10. Kode sumber R ni DiffCoEx i-download humbani file tambahan 1 oleh Tesson et al. (57); Paket perangkat lunak R WGCNA na ihaporluhon boi idahon i https://horvath.genetics.ucla.edu/html/CoexpressionNetwork/Rpackages/WGCNA.
Ase boi mambahen analisis jaringan molekuler MS/MS, iparetongkon hanami ma konektivitas spektral na marpasangan berdasarhon jenis kesamaan NDP pakon NL, pakon mamakei perangkat lunak Cytoscape laho mangidah topologi jaringan mamakei tata letak organik bani aplikasi ekstensi algoritma tata letak CyFilescape yFiles.
Manggunahon R versi 3.0.1 laho mambahen analisis statistik bani data. Signifikansi statistik ipareksa mamakei analisis varians dua arah (ANOVA), ilanjutkon marhiteihon tes post-hoc perbedaan signifikan jujur ​​(HSD) Tukey. Laho menganalisa perbedaan antara perlakuan herbivora pakon kontrol, distribusi dua ekor humbani dua kelompok sampel na sarupa variansni ipareksa mamakei uji t Student.
Anggo dong bahan tambahan bani artikel on, boi do ididah nasiam http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/24/eaaz0381/DC1
On ma sada artikel akses terbuka na ibagihon mangihutkon syarat-syarat Lisensi Atribusi-Non-Komersial Creative Commons, na mangijinkon penggunaan, distribusi pakon reproduksi bani media aha pe, asal ma penggunaan akhir lang untuk keuntungan komersial pakon premisni aima anggo karya aslini domma sintong. Referensi.
Catatan: Hanami pitah mangindo ase nassiam mambere alamat email nassiam ase halak na isaranhon nassiam hu halaman on mambotoh anggo nassiam sihol mangidah email ai janah lang spam. Lang ra hanami manangkap alamat email.
Sungkun-sungkun on ipakei laho manguji atap na ham do pengunjung pakon mancegah pengiriman spam otomatis.
Teori informasi mambere mata uang universal untuk perbandingan metabolom khusus pakon prediksi teori pertahanan tes.
Teori informasi mambere mata uang universal untuk perbandingan metabolom khusus pakon prediksi teori pertahanan tes.
©2021 Asosiasi Amerika untuk Kemajuan Sains. haganup hak ipartahankon. AAAS aima mitra ni HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef pakon COUNTER. ScienceAdvances ISSN 2375-2548.