Teori pertahanan tanaman yang berbeda memberikan bimbingan teoritis penting untuk menjelaskan pola metabolisme khusus tanaman, tetapi prediksi kuncinya masih harus diuji. Anrinni, kipakei analisis spektrometri massa tandem (MS/MS) yang tidak bias untuk secara sistematis menjelajahi metabolome strain tembakau yang dilemahkan dari tanaman individu ke populasi dan spesies terkait erat, dan memproses sejumlah besar teori fitur spektrometri massa berdasarkan spektrum senyawa dalam informasi. Kerangka untuk anuji prediksi kunci pertahanan optimal (OD) siagang teori target bergerak (MT). Komponen informasi metabolomik tanaman konsisten siagang teori OD, mingka bertentangan siagang prediksi utama teori MT ri dinamika metabolomik ni sebabkan ri herbivora. battu ri skala evolusi mikro mange ri makro, sinyal jasmonat ni identifikasi salaku penentu utama OD, sementara sinyal etilena assarei penyetelan halus tanggapan spesifik herbivora yang dicatat oleh jaringan molekuler MS/MS.
Metabolit khusus siagang struktur yang beragam iami antu peserta utama ri adaptasi tanaman mange ri lingkungang, terutama ri pertahanang musu (1). Diversifikasi metabolisme khusus yang luar biasa yang ditemukan di tanaman telah merangsang puluhan tahun penelitian mendalam pada banyak aspek fungsi ekologisnya, dan telah membentuk daftar panjang teori pertahanan tanaman, yaitu perkembangan evolusioner dan ekologis interaksi tanaman-serangga. Penelitian empiris assarei pandudu penting (2). Mingka, anne teori pertahanang tanaman tena na anturuki jalur normatif penalaran deduktif hipotetis, ri kere-keremae prediksi kunci niaki ri tingka analisis yang sama (3) siagang niuji secara eksperimental untuk ampa'la'bangi siklus perkembangan teoritis ribokoangna (4). Keterbatasan teknis ambatasi pa'rappungang data mange ri kategori metabolisme tertentu siagang anre' na antama' analisis komprehensif metabolit khusus, jari anre' na'kulle nipasibandingang antar-kategori yang parallua untu' pengembangan teoritis (5). Kurangna data metabolomik komprehensif siagang mata uang umum untu' ampa'bandingi alur kerja pemrosesan ruang metabolisme ri tangnga-tangngana kelompok tanaman yang berbeda menghalangi kedewasaan ilmiah lapangan.
Perkembangan terbaru ri bidang spektrometri massa tandem (MS/MS) metabolomik akkullei secara komprehensif a'karakterisasi perubahan metabolisme ri tangnga-tangngana siagang ri alla'na spesies clade sistem tertentu, siagang akkullei nipasisambung siagang metode komputasi untu' anghitungi kesamaan struktural ri alla'na campurang kompleks anne. Pangngassengang riolo ri sesena kimia (5). Pa'gabungang teknologi canggih ri analisis siagang komputasi assarei kerangka kerja yang parallu untuk pengujian jangka lantang ri lohe prediksi ni pa'jaria ri teori ekologi siagang evolusi keragaman metabolisme. Shannon (6) napa'nassai teori informasi ri uru-uruna ri artikel seminalna ri taung 1948, napaentengi dasara'na analisis matematika informasi, nu le'ba'mi nipake ri lohe bidang pantaranganna aplikasi aslina. Ri genomik, teori informasi sukses nipake untu' angngukuri urutan informasi konservatif (7). Ri pa'pilajarang transkriptomik, teori informasi ansalidiki pa'pinraang transkriptom (8). Ri pa'pilajarang rioloa, kipakei kerangka statistik teori informasi mange ri metabolomik untu' ampakasingaraki keahlian metabolisme tingka' jaringan ri poko'-poko' (9). Anrinni, kipa'se'rei alur kerja berbasis MS/MS siagang kerangka statistik teori informasi, ni tanrai ri keragaman metabolisme ri mata uang umum, untu' ampa'bandingi prediksi kunci teori pertahanan tanaman metabolom ni induksi ri herbivora.
Kerangka teoritis pertahanan tanaman biasana saling inklusif siagang akkullei nibage anjari rua kategori: ia ancobai ampakasingaraki distribusi metabolit spesifik tanaman berdasarkan fungsi pertahanan, pappada pertahanan optimal (OD) (10), target bergerak (MT) (11) ) siagang teori penampilan (12), sementara maraengannaya anre' na'kulle ampakasingaraki antekamma batena a'kulle nipinra sumber daya pa'bakka'na poko' siagang pa'rappungang metabolit khusus, pappada karbon: hipotesis keseimbangan nutrisi (13), hipotesis laju pa'bakka'na (14), siagang hipotesis keseimbangan pa'bakka'na siagang diferensiasi (15). Anjo ruaya pa'rappungang teori niaki ri tingka' analisis maraeng (4). Mingka, rua teori antama fungsi pertahanan ri tingka fungsional angkuasai pa'bicaraang ri sesena pertahanang konstitutif siagang induksi tanaman: teori OD, yang na anggappai angkua tanaman a'investasi ri pertahanang kimia mahalna punna parallui, ebara'na, punna nikanre punna olo'-olo' ruku' a'serang, jari, situru' kamungkinan masa depan, senyawa a'serang siagang fungsi pertahanang ni desain (10); hipotesis MT na usulkangi angkua tena sumbu perubahan metabolit arah, mingka metabolit berubah secara acak, jari na pa'nia' kemungkinan Halang “target gerak” metabolisme anserang herbivora. Ri bicara maraeng, anne ruaya teori appareki prediksi yang berlawanan tentang remodeling metabolisme yang terjadi setelah serangan herbivora: hubungan antara akumulasi searah metabolit dengan fungsi pertahanan (OD) dan perubahan metabolisme non-terarah (MT) (11 ).
Hipotesis OD siagang MT anre'ja na'kulle nipantama' ri pa'pinraang metabolom, mingka to'ji konsekuensi ekologis siagang evolusioner battu ri pa'rappungang metabolit, pa'pada biaya adaptif siagang manfaat battu ri pa'pinraang metabolisme ri lingkungang ekologi tertentu (16). Manna pole ruaya hipotesis na akui fungsi pertahanang metabolit khusus, yang mungkin atau tidak mungkin mahal, prediksi kunci yang membedakan hipotesis OD dan MT terletak pada arah perubahan metabolisme yang diinduksi. Prediksi teori OD anggappai perhatiang eksperimental kaminang lompo sa'genna kamma-kamma anne. Anne tes-tes antama tongi studi fungsi pertahanan langsung atau tidak langsung jaringan-jaringan yang berbeda dari senyawa-senyawa tertentu di rumah kaca dan kondisi alami, serta perubahan pada tahap perkembangan tanaman (17-19). Mingka, sa'genna kamma-kamma anne, lanri kurangna alur jama-jamang siagang kerangka statistik untu' analisis komprehensif global ri sesena keragaman metabolisme ri sesena organisme apa-apa mamo, prediksi perbedaan utama ri tangnga-tangngana ruaya teori (iamintu, arah perubahan metabolisme) tuli musti niuji. Anrinni, kipasadiai analisis kamma anjo.
Sala se're sipa' signifikan battu ri metabolit spesifik tanaman iami antu keragaman struktural yang ekstrim ri sikontu tingka' battu ri tanaman tunggal, populasi mange ri spesies yang sama (20). Jai beruang kuantitatif ri metabolit khusus akkullei niparessai ri skala populasi, sementara perbedaang kualitatif kuat biasana ni paentengi ri tingka spesies (20). Jari, keragaman metabolisme tanaman iami antu aspek utama keragaman fungsional, mencerminkan kemampuan beradaptasi ke relung yang berbeda, terutama relung dengan kemungkinan invasi yang berbeda oleh serangga khusus dan herbivora umum (21). Battu ri artikel inovatifna Fraenkel (22) ri sesena alasang nia'na metabolit spesifik tanaman, interaksi siagang a'rupa-rupaya serangga ni anggap sebagai tekanan seleksi penting, siagang anne interaksi ni tappaki a'bentu' tanaman ri wattu evolusi. Jalur metabolisme (23). Perbedaan antar spesies ri keragaman metabolit khusus akkulle tongi a'pa'piitteang keseimbangan fisiologis terkait siagang pertahanan tanaman konstitutif siagang induksi mange ri strategi herbivora, nasaba' anjo ruaya spesies biasana assileo' negatif massing-massing (24). Manna mamo akkullei a'matu-matu untu' ampaentengi pertahanang baji' ri kere-keremae wattu, pammopporang metabolisme ri wattu-wattu niaka assileo' siagang pertahanang assarei wassele' je'ne' mataya ri pa'kulleangna poko'-pokoka ampa'bageangi sumber daya berharga mange ri investasi fisiologis maraengannaya (19, 24), siagang angngewai kaparalluang simbiosis. Kerusakan kolateral (25). Nampa pole, anne reorganisasi metabolit khusus ni saba ri herbivora serangga akkullei ajari distribusi destruktif ri populasi (26), siagang akkullei a'pa'piitteang bacaang langsung ri sesena pa'pinraang alami substansial ri sinyal asam jasmonik (JA), nu'kullea nijaga ri populasi. Sinyal JA tinggi siagang rannu iami antu pertukaran antara pertahanang mange ri herbivora siagang persaingan siagang spesies tertentu (27). Nampa pole, jalur biosintesis metabolit khusus la'jari tappela' siagang a'pinra lalang evolusi, na'jari distribusi metabolisme anre' na'kulle nigaukang ri tangnga-tangngana spesies a'reppese' (28). Anne polimorfisme akkullei sanna' linta'na nibangung salaku pappiali ri pa'pinraangna pola herbivora (29), battuangna fluktuasi komunitas herbivora iami antu faktor kunci a'pa'jari heterogenitas metabolisme.
Anrinni, ikatte secara khusus ampa'le'baki masala-masalang kamma anne. (I) Antekamma batena anjo olo'-olo' herbivora ampa'jari ammotere' metabolom poko'-poko'? (Ii) Apa komponen informasi utama plastisitas metabolisme yang dapat dikuantifikasi untuk menguji prediksi teori pertahanan jangka panjang? (Iii) Apakah untuk memprogram ulang metabolom tanaman dengan cara yang unik untuk penyerang, jika iya, apa peran hormon tanaman dalam menyesuaikan tanggapan metabolisme tertentu, dan metabolit apa yang berkontribusi pada spesifisitas pertahanan spesies? (Iv) Nasaba prediksi ni pa'nia ri lohe teori pertahanang akkullei ni pa'la'bang mange ri sikontu tingka' jaringan biologis, akkuta'nang maki' antekamma konsistenna tanggapang metabolisme ni pa'jari battu ri pa'bandingang internal mange ri pa'bandingang antar spesies? Untuk anne, ikatte secara sistematis amparessai metabolom daun nikotin tembakau, iami antu modele tanaman ekologis siagang metabolisme khusus yang kaya, siagang efektif mange ri larva dua herbivora asli, Lepidoptera Datura (Ms) (Sangat agresif, terutama dimakan) Ri Solanaceae siagang Spodoptera (Storalist), iami antu sejenis daun cacing “genus”, siagang tanaman inang Solanaceae siagang inang maraengannaya battu ri genera siagang kaluarga maraengannaya kanre poko. Ikatte amparessai spektrum metabolomik MS/MS siagang angngalle deskriptor statistik teori informasi untuk ampasangkamma teori OD siagang MT. Paentengi peta spesifisitas untuk ampa'nyatai identitas metabolit kunci. Analisis ni pa'la'bangi mange ri populasi asli N. nasi siagang spesies tembakau yang sanna' siampi'na untu' ansalidiki kovarians antara sinyal hormon tanaman siagang induksi OD.
Untu angngalle peta keseluruhan tentang plastisitas siagang struktur metabolom daun tembakau herbivora, kipakei analisis siagang alur kerja perhitungan yang lebba ni kembangkan untuk komprehensif ampasse'rei siagang dekonvolusi data resolusi tinggi independen spektrum MS/MS battu ri ekstrak tanaman ( 9). Metode yang tidak diferensiasi ini (nikana MS/MS) akkullei ambangung spektrum senyawa non-redundansi, yang kemudian dapat digunakan untuk semua analisis tingkat senyawa yang dijelaskan di sini. Anne metabolit tanaman dekonvolusi sanna' jaina, nia' assa'bu-sa'bu metabolit (kira-kira 500-1000-s/MS/MS anrinni). Anrinni, ni timbangi plastisitas metabolisme ri laleng kerangka teori informasi, siagang ni ukkuru keragaman siagang profesionalisme metabolom berdasarkan entropi Shannon distribusi frekuensi metabolisme. Pake rumus lebba nigaukang riolo (8), ni hitung serangkaian indikator yang akkulle nipake untu angngukuri keragaman metabolom (indikator Hj), spesialisasi profil metabolisme (indikator δj) siagang spesifisitas metabolisme se're metabolit (indikator Si). Nampa pole, nipakei Indeks Plastisitas Jarak Relatif (RDPI) untu' angngukuri induksi metabolom herbivora (Gambara 1A) (30). Ri laleng kerangka statistik anne, nigaukangi spektrum MS/MS salaku unit informasi dasar, siagang niproses kelimpahan relatif MS/MS anjari peta distribusi frekuensi, nampa nipake entropi Shannon untu' angngukkuruki keragaman metabolom battu ri anjo. Spesialisasi metabolom ni ukkuru siagang spesifisitas rata-rata spektrum MS/MS tunggal. Jari, nai'na jaina siapa are kelas MS/MS ribokoangna induksi herbivora nipinrai a'jari induksi spektral, RDPI siagang spesialisasi, iamintu, nai'na indeks δj, nasaba' pila' jai metabolit khusus ni pa'jari siagang indeks Si tinggi ni pa'jari. Pa'naungna indeks keragaman Hj a'pa'piitteang angkua jaina MS/MS ni pa'jaria ni kurangi, iareka distribusi frekuensi profil a'pinra ri arah yang kurang seragam, na anre' na pasti secara keseluruhan. Battu ri pa'bilangan indeks Si, akkullei ni sorongi MS/MS apa ni induksi ri herbivora tertentu, sebalikna, MS/MS apa yang tidak menanggapi induksi, yang merupakan indikator kunci untuk membedakan prediksi MT dan OD.
(A) Deskriptor statistik ni pake untuk herbivora (H1 mange ri Hx) MS/MS data-inducibility (RDPI), keragaman (indeks Hj), spesialisasi (indeks δj) siagang spesifisitas metabolit (indeks Si). Peningkatan tingkat spesialisasi (δj) menunjukkan bahwa, rata-rata, lebih banyak metabolit spesifik herbivora akan diproduksi, sementara penurunan keragaman (Hj) menunjukkan penurunan produksi metabolit atau distribusi metabolit yang tidak merata pada peta distribusi. Nilai Si ansalidiki punna metabolit spesifik ri se'rea kondisi (anrinni, herbivora) iareka sibalikangna nijaga ri tingka' yang sama. (B) Diagram konseptual prediksi teori pertahanan menggunakan sumbu teori informasi. Teori OD naramalkan angkua serangan herbivora lanapa'nassa metabolit pertahanan, na natambai δj. Ri wattu todong anjo, Hj ancuru nasaba profilna ni atoroki ammotere mange ri kurangna ketidakpastian informasi metabolisme. Teori MT naramalkan angkua serangan herbivora lanapa'jari perubahan non-arah ri metabolom, na'kulle natambai Hj salaku indikator peningkatan ketidakpastian informasi metabolisme siagang na'jari distribusi acak Si. Ikatte to'ji a'pa'nassa modele campurang, MT kaminang baji', ri antere'na siapa are metabolit siagang nilai pertahanang tinggi la'bi tinggi (nilai Si tinggi), nampa maraengannaya ampa'piitteang tanggapang acak (nilai Si la'bi rannu).
Ammake deskriptor teori informasi, ikatte ampakasingaraki teori OD untu' anrekengi angkua perubahan metabolit khusus ni induksi herbivora ri keadaang konstitutif yang tena ni induksi la'jari (i) peningkatan spesifisitas metabolisme (indeks Si) mendorong spesifisitas metabolisme (indeks δj) Peningkatan) kelompok metabolit khusus tertentu dengan nilai pertahanan yang lebih tinggi, dan (ii) penurunan indeks keragaman metabolisme (Hj) karena pinra distribusi frekuensi metabolisme mange ri distribusi tubu leptin labbi jai. Ri tingka se're metabolit, distribusi Si tertib ni harapkan, na metabolit na natambai nilai Si situru nilai pertahananna (Gambara 1B). Ri sesena anne, kipa'nassai teori MT untu' a'rancanakangi angkua eksitasi la'jari (i) pa'pinraang non-arah ri metabolit na'kulle a'jari panra'na indeks δj, siagang (ii) pa'naikanna indeks Hj nasaba' pa'naikanna ketidakpastian metabolisme. Atau keacakan, yang dapat diukur oleh entropi Shannon dalam bentuk keragaman umum. Ri sesena komposisi metabolisme, teori MT lanapa'nassai distribusi acak Si. Nasaba metabolit tertentu niaki ri kondisi tertentu ri kondisi tertentu, siagang kondisi maraeng tena ri kondisi tertentu, siagang nilai pertahananna tagantung ri lingkungang, ikatte to'ji a'pa'nassa modele pertahanang campurang, ri antere'na δj siagang Hj ni distribusikan ri ruaya ri ampi'na Si Natambai ri sikontu arah, se'reji bawang kelompok metabolit tertentu, ia niaka nilai pertahananna tinggi, khususna la'naik, sementara Si, la'bi nia' distribusi acak (Gambar a 1B).
Untu' anuji prediksi teori pertahanan yang didefinisikan ulang pada sumbu deskriptor teori informasi, kami membangkitkan larva herbivora ahli (Ms) atau generalis (Sl) pada daun Nepenthes pallens (Gambar 2A). Pake analisis MS/MS, nialle 599 spektrum MS/MS non-redundansi (file data S1) battu ri ekstrak metanol jaringan daun ni pa'rappungang ribokoangna pa'kanreang ulat. Pake indeks RDPI, Hj, siagang δj untuk ampa'cinikang rekonfigurasi konten informasi ri file konfigurasi MS/MS ampa'nyatai pola-pola menarik (Gambara 2B). Tren keseluruhan iamintu, sangkamma ni carita ri deskriptor informasi, ri wattu ulat tulusu angnganre daun, tingka reorganisasi metabolisme nai' battu ri wattu mange ri wattu: 72 jam ribokoangna angnganre herbivora, RDPI nai' signifikan. Punna nipasibandingi siagang kontrol yang tena na rusak, Hj signifikan ni kurangi, iami antu nasaba nai'na tingka' spesialisasi profil metabolisme, yang ni ukkuru' siagang indeks δj. Tren yang jelas anne konsisten siagang prediksi teori OD, mingka tena na konsisten siagang prediksi utama teori MT, yang percaya bahwa acak (non-arah) perubahan tingkat metabolit digunakan sebagai kamuflase defensif (Gambar 1B). Manna pole kandungan elicitor sekresi oral (OS) siagang panggaukang angnganre anjo ruaya herbivora assisalai, mingka angnganre langsungna ke’nanga a’jari passabakkang nasangkamma anjo arah Hj siagang δj lalang wattu panen 24-jam siagang 72-jam. Se'reji bawang sisalana kajariang ri 72 jam RDPI. Punna nipasibandingi siagang anjo nasaba Ms feeding, metabolisme keseluruhan ni picu ri Sl feeding labbi tinggi.
(A) Desain eksperimental: bawi biasa (S1) atau ahli (Ms) herbivora diberi makan dengan daun desalinasi tanaman pitcher, sementara untuk herbivora simulasi, OS Ms (W + OSMs) digunakan untuk menangani tusuk luka posisi daun standar. S1 (W + OSSl) larva atau air (W + W). Kontrol (C) iami antu daun yang tena na rusak. (B) Induksibilitas (RDPI nibandingkan siagang bagan kontrol), keragaman (indeks Hj) siagang indeks spesialisasi (indeks δj) nirekeng untuk peta metabolit khusus (599 MS/MS; file data S1). Tanda bintang a'pa'piitteang sisalana signifikan ri pa'kanreang herbivora langsung siagang kelompok kontrol (uji t ana' guru siagang uji t berpasangan, *P<0.05 siagang ***P<0.001). ns, tena naparallu. (C) Indeks resolusi wattu utama (kotak biru, asam amino, asam organik siagang gula; file data S2) siagang spektrum metabolit khusus (kotak merah 443 MS/MS; file data S1) ribokoangna perlakuan herbivora simulasi. Pita warna iamintu 95% interval kepercayaan. Tanda bintang a'pa'piitteang sisalana signifikan ri alla'na pa'balle siagang kontrol [analisis varians kuadrat (ANOVA), nipinawang ri sisalana signifikan jujur ​​(HSD) Tukey untuk pa'bandingang ganda post hoc, *P<0,05, **P<0,01 siagang *** P <0,001]. (D) Spesialisasi plot hamburan siagang profil metabolit khusus (sampel berulang siagang perlakuan yang berbeda).
Untu' ansalidiki maka anjo remodeling ni picu ri tingka' metabolom ni cini'i ri pa'pinraang ri tingka' metabolit individu, uru-uruna ni fokuskangi ri metabolit le'baka nipelajari riolo ri daun Nepenthes pallens siagang resistensi herbivora terbukti. Amida fenolik iami antu konjugat hidroksisinamida-poliamin yang a'rappungang ri wattu proses herbivora serangga siagang ni isse'i akkullei na kurangi kinerja serangga (32). Ikatte ansalidiki prekursor MS/MS yang sesuai siagang a'plot kurva kinetik kumulatifna (Gambara S1). Tena na lannasa, turunan fenol yang tidak langsung terlibat dalam pertahanan terhadap herbivora, seperti asam klorogenat (CGA) dan rutin, di-regulasi turun setelah herbivora. Sikontutojenna, herbivora akkullei ampa'jari fenol amida sanna' gassinga. Pakanreang tulusu anjo ruaya herbivora a'jari spektrum eksitasi fenolamida yang sama, siagang anne polaya sanna' singara'na untuk sintesis de novo fenolamida. Fenomena yang sama akan diamati ketika menjelajahi jalur 17-hidroksigeranil nonanediol diterpen glikosida (17-HGL-DTGs), yang menghasilkan jumlah besar diterpen asiklik dengan fungsi anti-herbivora yang efektif (33), yang Ms Feeding dengan Sl memicu ekspresi yang sama (Gambar S1)).
Kerugian yang mungkin dari percobaan makan herbivora langsung adalah perbedaan tingkat konsumsi daun dan waktu makan herbivora, yang membuat sulit untuk menghilangkan efek spesifik herbivora yang disebabkan oleh luka dan herbivora. Untu' ampa'le'baki spesies herbivora spesifisitas tanggapan metabolisme daun yang diinduksi, ki simulasikan makan larva Ms dan Sl dengan segera menerapkan OS yang baru dikumpulkan (OSM dan OSS1) ke tusukan standar W posisi daun yang konsisten. Anne prosedur nikana perawatang W + OS, siagang iami antu standarkan induksi siagang tepat wattu pammulangna tanggapang ni pabattu ri herbivora tena na ampa'jari efek bingung ri pa'beserang ri tingka'na iareka kuantitasna ruginna jaringan (Gambara 2A) (34). Pake analisis MS/MS siagang pipeline kalkulasi, nialle 443 spektrum MS/MS (file data S1), yang tumpang tindih siagang spektrum yang lebba nipasang battu ri eksperimen pakan langsung. Analisis teori informasi ri set data MS/MS anne ampa'piitteangi angkua pemrograman ulang metabolom khusus daun siagang simulasi herbivora ampa'piitteangi induksi khusus OS (Gambara 2C). Khususna, punna nipasibandingi siagang pa'balle OSS1, OSM a'jari saba' na pila' katambang spesialisasi metabolom ri 4 jam. Parallui ni issengi punna nipasibandingi siagang data eksperimental pakanreang herbivora langsung, kinetika metabolisme ni visualisasikan ri ruang dua dimensi ammake Hj siagang δj salaku koordinat siagang arah spesialisasi metabolom ri pa'balasa'na perlakuan herbivora simulasi battu ri wattu mange ri wattu natambai konsisten (Gambara 2D). Ri wattu todong anjo, ni ukkuru'mi kanre asam amino, asam organik siagang gula (file data S2) untu' ansalidiki maka anne pa'naikanna keahlian metabolom ni targetkan nasaba' rekonfigurasi metabolisme karbon pusat ri pa'balasa'na herbivora simulasi (Gambara S2). Untu' ampakasingaraki baji'-baji' anne polaya, kiparessai pole kinetika akumulasi metabolisme jalur fenolamida siagang 17-HGL-DTG le'baka nibicara riolo. Induksi OS-spesifik herbivora nipinrai anjari pola susunan ulang diferensial lalang metabolisme fenolamida (Gambara S3). Amida fenolik yang mengandung kumarin dan bagian kafeoil lebih disukai diinduksi oleh OSS1, sementara OSMs memicu induksi spesifik konjugat ferulil. Untuk jalur 17-HGL-DTG, induksi OS diferensial oleh produk malonilasi dan dimalonilasi hilir dideteksi (Gambar S3).
Nampa, kiparessai plastisitas transkriptom ni induksi OS ammake set data microarray time-course, yang ansimulasikan penggunaan OSM untuk merawat daun daun tanaman roset di herbivora. Kinetika sampling pada dasarnya tumpang tindih dengan kinetika yang digunakan dalam studi metabolomik ini (35). Punna nipasibandingi siagang rekonfigurasi metabolom ri kere-keremae plastisitas metabolisme sanna'i nai'na battu ri wattu mange ri wattu, nia'mo nicini' ledakan transkripsi transien ri daun-daun ni induksi ri Ms, ri kere-keremae transkriptom inducibility (RDPI) siagang spesialisasi (δj) niaki ri 1 rie' pa'naikan signifikan ri jam, siagang keragaman (Hj) ri wattu kammaya anne, ekspresi BMP1 sanna' ni kurangi ri relaksasi spesialisasi transkriptom (Gambara S4). Keluarga gen metabolisme (sangkamma P450, glikosiltransferase, siagang BAHD asiltransferase) amminawang ri proses pa'rappungang metabolit khusus battu ri unit struktural nubattu ri metabolisme primer, anturuki modele tinggi-spesialisasi rioloa. Sangkamma studi kasus, jalur fenilalanin ni analisis. Analisis napa'butti angkua gen inti ri metabolisme fenolamida tinggi OS-induksi ri herbivora nibandingkan siagang poko'-poko' yang tena na nitari', siagang sanna' sicoco'na ri pola ekspresi. Faktor transkripsi MYB8 siagang gen struktural PAL1, PAL2, C4H siagang 4CL ri hulu jalur anne ampa'piitteang pammulang transkripsi riolo. Asiltransferase yang berperan dalam perakitan akhir fenolamida, seperti AT1, DH29, dan CV86, menunjukkan pola upregulasi yang berkepanjangan (Gambar S4). Pa'paressa ri dallekang ampa'piitteangi angkua pammulang riolo spesialisasi transkriptom siagang pa'paentengang spesialisasi metabolomik ribokoangna iami antu mode pa'pasang, nu'kullea nasaba' sistem pangatorang sinkron nu'kullea ampa'mulai pa'balasa' pa'belaang kuatta.
Konfigurasi ulang ri sinyal hormon tanaman bertindak sebagai lapisan pengatur yang mengintegrasikan informasi herbivora untuk memprogram ulang fisiologi tanaman. Punna lebaki simulasi herbivora, niukkuruki dinamika kumulatif kategori hormon tanaman kunci siagang ni visualisasikan ko-ekspresi temporal ri allakna [koefisien korelasi Pearson (PCC)> 0,4] (Gambara 3A). Sangkamma ni harapkan, hormon tanaman yang terkait dengan biosintesis terkait dalam jaringan ko-ekspresi hormon tanaman. Nampa pole, spesifisitas metabolisme (indeks Si) nipetakangi ri jaringan anne untu' ampa'nyatai hormon tanaman ni picu ri pa'balle-balle maraeng. Rua bidang utama tanggapang spesifik herbivora ni gambara: se're iamintu ri kluster JA, na JA (bentu aktif biologisna JA-Ile) siagang turunan JA maraengannaya ampa'piitteang skor Si kaminang tinggi; maraengannaya iamintu etilena (ET). Gibberellin napappicinikangi bawang peningkatang moderat ri spesifisitas herbivora, sementara hormon tanaman maraengannaya, pappada sitokinin, auksin, siagang asam absisat, nia spesifisitas induksi rannu untuk herbivora. Punna nipasibandingi siagang ammake W + W bawang, amplifikasi nilai puncak turunan JA melalui aplikasi OS (W + OS) pada dasarna akkullei nipinra a'jari indikator spesifik JA yang kuat. Tena nasanna-sanna, OSM siagang OSS1 siagang konten elicitor maraeng ni isse'i a'jari saba' akumulasi JA siagang JA-Ile yang sama. Assilai siagang OSS1, OSM secara khusus siagang kuat ni induksi ri OSMs, sementara OSS1 tena na ampa'la'bangi tanggapanna luka basal (Gambara 3B).
(A) Analisis jaringan ko-ekspresi berdasarkan perhitungan PCC simulasi kinetika akumulasi hormon tanaman yang diinduksi herbivora. Node a'wakilkangi se're hormon tanaman, siagang ukkuranna node a'wakilkan indeks Si khusus hormon tanaman ri alla'na pa'balle-balle. (B) Akumulasi JA, JA-Ile siagang ET ri daun-daun nasaba' pa'balle-balle maraeng ni pa'piitteang ri warna maraeng: aprikot, W + OSM; biru, W + OSSl; itang, W + W; abu-abu, C (kontrol) . Tanda bintang a'pa'piitteang sisalana signifikan ri pa'balle siagang kontrol (ANOVA dua arah nipinawang ri Tukey HSD post hoc pa'bandingang ganda, *** P <0.001). Analisis teori informasi (C)697 MS/MS (file data S1) ri biosintesis JA siagang spektrum persepsi gangguan (irAOC siagang irCOI1) siagang (D)585 MS/MS (file data S1) ri ETR1 siagang sinyal ET gangguan Dua perlakuan herbivora simulasi memicu garis tanaman siagang kendaraan kontrol tanaman (EV) tanaman. Tanda bintang ampa'piitteangi sisalana signifikan antara perawatan W+OS siagang kontrol yang tidak rusak (ANOVA dua arah diikuti oleh Tukey HSD post hoc perbandingan berganda, *P<0,05, **P<0,01 dan ***P<0,001). (E) Grafik tassiara' battu ri oposisi tassiara' mange ri spesialisasi. Warna-warnaya a'wakilkanngi strain yang nipinra secara genetik; anjo simbol-simbol a'wakilkanngi cara-cara pa'balle-balle maraeng: segitiga, W + OSS1; persegi panjang, W + OSM; lingkarang C
Nampa, kipakei galur Nepenthes (irCOI1 siagang sETR1) nipinra secara genetik ri langkah-langkah kunci biosintesis JA siagang ET (irAOC siagang irACO) siagang persepsi (irCOI1 siagang sETR1) untu' ansalidiki metabolisme ruaya hormon tanaman ri herbivora Kontribusi relatif pemrograman ulang. Situru siagang paccoba riolo, ikatte ampa'nassai induksi herbivora-OS ri poko'-poko' pembawa kosong (EV) (Gambara 3, C sa'genna D) siagang panra'na indeks Hj nasaba' OSM, nampa indeks δj nai'. Pappiali labbi sanna'i na pappiali ni picu ri OSS1. Grafik rua garisi ammake Hj siagang δj salaku koordinat ampa'piitteangi deregulasi spesifik (Gambara 3E). Tren yang paling jelas adalah bahwa pada strain yang kurang sinyal JA, keragaman metabolom dan perubahan spesialisasi yang disebabkan oleh herbivora hampir sepenuhnya dihilangkan (Gambar 3C). Sikontutojenna, persepsi ET silent ri poko' sETR1, manna pole na efek keseluruhanna ri pa'pinraang metabolisme herbivora sanna' la'bi rannu na sinyal JA, na kurangi sisalana indeks Hj siagang δj ri alla'na eksitasi OSM siagang OSS1 (Gambara 3D siagang Gambara S5). . anne ampa'nassai angkua pantaranganna fungsi inti transduksi sinyal JA, transduksi sinyal ET a'kulle tongi a'jari fine-tuning ri spesies-spesifik tanggapan metabolisme herbivora. Situru siagang fungsi fine-tuning, tena na rie' pammopporang ri induksibilitas metabolom secara keseluruhan ri poko' sETR1. Ri sese maraeng, punna nipasibandingi siagang poko sETR1, poko irACO na induksi amplitudo keseluruhan yang sama dari perubahan metabolisme yang disebabkan oleh herbivora, tetapi menunjukkan skor Hj dan δj yang signifikan berbeda antara tantangan OSM dan OSS1 (Gambar S5).
Untu' angngassengi metabolit khusus yang kontribusi pentingna ri tanggapang spesies-spesifik herbivora siagang ampa'se'rei produksina melalui sinyal ET, kipakei metode MS/MS struktural yang lebba ni kembangkan. Anne caraya a'gandeng ri cara bi-clustering untu' ampa'nassai ammotere' kaluarga metabolisme battu ri fragmen MS/MS [produk titik normalisasi (NDP)] siagang skor kemiripan berdasarkan rugi netral (NL). Set data MS/MS nibangung lalang analisis garisi transgenik ET appabattu 585 MS/MS (file data S1), yang ni selesaikan siagang ni kelompokkan anjari tuju modul MS/MS utama (M) (Gambara 4A) . Sipa'gang battu ri modul-modul anne sanna' jaina siagang metabolit khusus le'baka ni ciri: ebara'na, M1, M2, M3, M4 siagang M7 sanna' jaina turunan fenol (M1), glikosida flavonoid (M2), gula asil (M3 siagang M4), siagang 17-HGL-DTG (M7). Nampa pole, informasi spesifik metabolisme (indeks Si) battu ri se'rea metabolit ri massing-massing modul nirekengi, siagang distribusi Si-na akkullei nicini' secara intuitif. Singkatna, spektrum MS/MS ampa'piitteang herbivora tinggi siagang spesifisitas genotipe ni tanrai siagang nilai Si tinggi, siagang statistik kurtosis ampa'piitteang pa'bageang bulu ri su'rung kanang. Sala se're distribusi koloid lean kamma anjo nideteksi ri M1, ri kere-keremae fenol amida ampa'piitteang fraksi Si kaminang tinggi (Gambara 4B). Herbivora inducible 17-HGL-DTG yang sebelumnya disebutkan di M7 menunjukkan skor Si moderat, menunjukkan tingkat moderat regulasi diferensial antara dua jenis OS. Sikontutojenna, metabolit khusus yang diproduksi secara konstitutif, pappada rutin, CGA, siagang gula asil, iami antu skor Si kaminang rannu. Untu' ampa'pilajari baji'-baji' kompleksitas struktural siagang distribusi Si ri alla'na metabolit khusus, jaringan molekuler nibangung untu' massing-massing modul (Gambara 4B). Se're prediksi penting battu ri teori OD (ni ringkas ri gambara 1B) iamintu reorganisasi metabolit khusus ribokoangna herbivora parallui a'jari se're arah ri metabolit siagang nilai pertahanang tinggi, terutama lanri natambai spesifisitasna (assala'na distribusi acak) Mode) Metabolit pertahanang ni prediksi ri teori MT. Sikontu turunan fenol yang terkumpul di M1 secara fungsional terkait dengan penurunan kinerja serangga (32). Ri wattu nipasibandingi nilai Si ri metabolit M1 ri alla daun induksi siagang daun konstituen tanaman kontrol EV ri 24 jam, niparessai angkua spesifisitas metabolisme lohe metabolit ribokoangna serangga herbivora nia tren peningkatan signifikan (Gambara 4C). Peningkatan spesifik nilai Si nideteksi bawang ri fenolamida defensif, mingka tena peningkatan nilai Si nideteksi ri fenol maraeng siagang metabolit yang tidak diketahui yang bersama-sama di modul ini. anne modele khusus, yang terkait siagang teori OD. Prediksi utama perubahan metabolisme yang disebabkan oleh herbivora konsisten. Untu' anuji punna anne partikularitas spektrum fenolamida ni induksi ri OS-spesifik ET, ni plot indeks metabolit Si siagang ni pa'jari nilai ekspresi diferensial antara OSM siagang OSS1 ri genotipe EV siagang sETR1 (Gambara 4D). Ri sETR1, sisalana OSM siagang OSS1 ni picu ri fenamide sanna ni kurangi. Metode bi-clustering ni pake tongi ri data MS/MS ni pa'rappungang ri strain siagang JA yang tena nasukku untuk ansimpulkan modul MS/MS utama terkait spesialisasi metabolisme yang diatur JA (Gambara S6).
(A) Hasil clustering 585 MS/MS berdasarkan fragmen bersama (kesamaan NDP) dan kehilangan netral bersama (kesamaan NL) menghasilkan modul (M) yang konsisten dengan keluarga senyawa yang diketahui, atau oleh komposisi Metabolit yang tidak diketahui atau kurang dimetabolisme. Ri ampi'na massing-massing modul, metabolit (MS/MS) spesifik (Si) distribusi ni pa'piitteang. (B) Jaringan molekuler modular: Node mewakili MS/MS dan tepi, NDP (merah) dan NL (biru) skor MS/MS (cut-off,> 0,6). Indeks spesifisitas metabolit bertingkat (Si) diwarnai berdasarkan modul (kiri) dan dipetakan ke jaringan molekuler (kanan). (C) Modul M1 tanaman EV dalam keadaan konstitutif (kontrol) dan induksi (herbivora simulasi) pada 24 jam: diagram jaringan molekuler (nilai Si adalah ukuran node, fenolamida defensif disorot dengan warna biru). (D) Diagram jaringan molekuler M1 garis spektrum sETR1 dengan gangguan persepsi EV dan ET: senyawa fenolik yang diwakili oleh node lingkaran hijau, dan perbedaan signifikan (nilai P) antara W + OSM dan W + OSS1 perlakuan sebagai ukurang Node. 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 ri wolfberry Son; Nick. O-AS, O-asil gula.
Ikatte ampa'la'bangi pole analisis battu ri se're genotipe Nepenthes yang dilemahkan mange ri populasi alami, dimana perubahan intraspesifik kuat ri tingka' JA herbivora siagang tingka' metabolit spesifik le'ba'mi ni carita riolo ri populasi alami (26). Pakei anne data set untuk antama 43 germplasma. Germplasma anne nia 123 spesies poko battu ri N. pallens. Anne lamung-lamunga niallei battu ri bine ni pa'rappungang ri tampa' asli maraeng ri Utah, Nevada, Arizona, siagang California (Gambara S7), nirekengi keragaman metabolom (anrinni nikana tingka' populasi) keragaman β) siagang spesialisasi nasaba' OSM. Situru siagang pa'pilajarang riolo, nia'mo nicini' sanna' jaina pa'pinraang metabolisme ri sumbu Hj siagang δj, a'nassai angkanaya germplasma nia' pa'beserang signifikan ri plastisitas tanggapanna metabolisme mange ri herbivora (Gambara S7). Anne organisasi angngu'rangi pa'paressa rioloa ri sesena rentang dinamisna JAs a'pinra nasaba' herbivora, siagang a'paentengi nilai tinggi ri se'rea populasi (26, 36). siagang ammake JA siagang JA-Ile untuk anuji korelasi tingka keseluruhan antara Hj siagang δj, ni gappai angkua rie' korelasi positif signifikan antara JA siagang indeks keragaman siagang spesialisasi metabolome β (Gambara S7). anne ampa'nassai angkua heterogenitas induksi herbivora ri induksi JAs nideteksi ri tingka' populasi akkullei nasaba' polimorfisme metabolisme kunci nasaba' pappileang battu ri herbivora serangga.
Studi rioloa ampa'piitteangi angkua rupanna tembakau sanna' assisala-salana ri rupanna siagang ketergantungan relatifna ri pertahanang metabolisme induksi siagang konstitutif. Ni tappaki angkanaya anne pa'pinraang transduksi sinyal anti-herbivora siagang kemampuang pa'belaang ni atoroki ri tekanang populasi serangga, siklus tallasa'na poko', siagang ongkoso' pa'belaang ri relung tampa'na se'rea spesies attimbo. Ikatte amparessai konsistensi remodeling metabolom daun ni picu ri herbivora battu ri annang spesies nicotiana asli amerika utara siagang amerika selatan. Anne spesies sanna' siampi'na siagang Nepenthes Amerika Utara, iamintu Nicolas Bociflo. La, N. nicotinis, Nicotiana n. ruku' le'leng, Nicotiana tabacum, tembakau linier, tembakau (Nicotiana spegazzinii) siagang tembakau daun tembakau (Nicotiana obtusifolia) (Gambara 5A) (37). Annang battu ri anne spesies, antama tongi spesies N. please, iami antu poko taungang battu ri clade petunia, siagang obtusifolia N. iami antu tanaman abadi battu ri clade saribattang Trigonophyllae (38). Nampa, induksi W + W, W + OSM siagang W + OSS1 nigaukangi ri anjo tujua spesies untu' amparessai pa'susungang metabolisme tingka' spesies ri pa'kanreang serangga.
(A) Pohon filogenetik bootstrap berdasarkan kemungkinan maksimal [untuk sintesis glutamin nuklir (38)] siagang distribusi geografis tuju spesies Nicotiana yang berhubungan erat (warna yang berbeda) (37). (B) Plot hamburan keragaman khusus untuk profil metabolisme tuju spesies Nicotiana (939 MS/MS; file data S1). Ri tingka spesies, keragaman metabolom berkorelasi negatif siagang tingka spesialisasi. Analisis korelasi tingka spesies antara keragaman metabolisme siagang spesialisasi siagang akumulasi JA ni pa'piitteang ri gambara 2. S9. Warna, rupa-rupaya; segitiga, W + OSS1; persegi panjang, W + OSM; (C) Nicotiana JA siagang JA-Ile dinamika ni peringkatkangi situru amplitudo eksitasi OS (ANOVA dua arah siagang Tukey HSD pasca-perbandingan berganda, * P <0,05, ** P <0,01 siagang * ** Untuk perbandingan W + OS siagang W + W, P <0,001). Plot kotak (D) keragaman siagang (E) spesialisasi massing-massing spesies ribokoangna simulasi herbivora siagang metil JA (MeJA). Tanda bintang a'pa'piitteang sisalana W + OS siagang W + W iareka lanolin tamba W (Lan + W) iareka Lan tamba MeJA (Lan + MeJa) siagang kontrol Lan (analisis varians dua arah, nipinawang ri Tukey's HSD post hoc multiple comparison , *P<0.05, **P<0.01 siagang ***P<0.01).
Pake metode dual cluster, nia 9 modul 939 MS/MS (file data S1). Komposisi MS/MS ni konfigurasi poleang ri pa'balle-balleang maraeng sanna' assisala-salana ri tangnga-tangngana modul maraeng ri alla'na spesies (Gambara S8). Naciniki Hj (nikana anrinni γ-keanekaragaman tingka spesies) siagang δj napa'butti angkua spesies maraeng a'rappungang anjari kelompok sanna' maraeng ri ruang metabolisme, na pa'bageang tingka' spesies biasana labbi sanna' na eksitasi. Kecuali N. linear siagang N. obliquus, ke'nanga ampa'piitteangi rentang dinamis yang luas efek induksi (Gambara 5B). Sikontutojenna, spesies sangkamma N. purpurea siagang N. obtusifolia kurangi tanggapanna metabolismena ri pa'balle-ballea, mingka metabolomna labbi a'rupa-rupaya. Distribusi spesies-spesifik tanggapan metabolisme yang diinduksi menghasilkan korelasi negatif signifikan antara spesialisasi dan keragaman gamma (PCC = -0,46, P = 4,9×10-8). OS-induced perubahan ri tingka JAs positif assisompungenna siagang spesialisasi metabolom, siagang negatif assisompungeng siagang keragaman gamma metabolisme ni pa'piitteang ri massing-massing spesies (Gambara 5B siagang Gambar S9). Parallui ni issengi angkua spesies biasaya nikana spesies “respons sinyal” ri gambara 5C, pappada Nepenthes nematodes, Nepenthes nepenthes, Nepenthes akut, siagang Nepenthes attenuated, ajari tanra signifikan ri 30 menit. Wabah JA siagang JA-Ile khusus OS beru-berua, sementara bakteri maraeng niarenga “sinyal tena na akkulle”, pappada Nepenthes mills, Nepenthes powdery siagang N. obtusifolia poro ampa'piitteang induksi JA-Ile Edge tena spesifisitas OS (Gambara 5C). Ri tingka metabolisme, sangkamma ni carita ri dallekang, untuk Nepenthes yang dilemahkan, zat-zat sinyal-responsif menunjukkan spesifisitas OS dan signifikan meningkatkan δj, sementara mengurangi Hj. Efek priming spesifik OS anne tena na nideteksi ri spesies ni golongang salaku spesies non-reaktif sinyal (Gambara 5, D siagang E). Metabolit spesifik OS nibage-bagei labbi jai ri alla spesies sinyal-responsif, siagang sinyal-kluster anne a'rappungang siagang spesies siagang sinyal-responsif labbi lammai, sementara spesies siagang sinyal-responsif labbi lammai ampa'piitteang kurang saling ketergantungan (Gambara S8). Anne wassele'na ampa'nassai angkua induksi OS-spesifik JAs siagang OS-spesifik rekonfigurasi metabolom hilir ni pasang ri tingka' spesies.
Nampa, kipakei pasta lanolin niaka metil JA (MeJA) untu' ampa'jari poko' untu' ansalidiki maka anjo mode pa'gabungang ni batasi ri kasadiaang JA nipakea ri JA eksogen, ia la'jaria ri sitoplasma poko'. Deesterifikasi cepat iami antu JA. Ikatte anggappai trend yang sama dari perubahan bertahap dari spesies sinyal-responsif ke spesies sinyal-non-responsif yang disebabkan oleh pasokan terus menerus JA (Gambar 5, D dan E). Singkatna, pa'balle MeJA sanna'i na program ulang metabolom nematoda linier, N. obliquus, N. aquaticus, N. pallens, siagang N. mikimotoi, na wassele'na nai' signifikan ri δj siagang panra'na Hj. N. purpurea poro ampa'piitteang pa'naikanna δj, mingka tena Hj. N. obtusifolia, yang sebelumnya telah ditunjukkan untuk mengumpulkan tingkat JA yang sangat rendah, juga menanggapi buruk pada perawatan MeJA dalam hal rekonfigurasi metabolom. Anne wassele'na ampa'nassai angkua produksi JA iareka transduksi sinyal secara fisiologis ni batasi ri spesies sinyal-tena na'kulle. Untu' anuji anne hipotesis, niparessai appa' spesies (N. pallens, N. mills, N. pink siagang N. microphylla) ni induksi ri W + W, W + OSMs siagang W + OSS1 Transcriptome (39). Situru siagang pola remodeling metabolom, spesies nipisangkai baji ri ruang transkriptom, ri tangnga-tangngana N. attenuated ampa'piitteang RDPI OS-induced kaminang tinggi, sementara N. gracilis kaminang rannu (Gambara 6A). Mingka, ni gappai angkua keragaman transkriptom ni induksi ri N. oblonga iami antu kaminang rannu ri tangnga-tangngana appa spesies, assisalai siagang keragaman metabolomik kaminang tinggi N. oblonga riolo ni pa'piitteang ri tujua spesies. Studi rioloa ampa'piitteangi angkua se're set gen terkait sinyal pertahanan awal, termasuk sinyal JA, ampakasingaraki spesifisitas tanggapan pertahanan awal ni induksi ri elicitor terkait herbivora ri spesies Nicotiana (39). Nibandingkangi jalur sinyal JA ri tangnga-tangngana appa spesies anne ampa'piitteang pola menarik (Gambara 6B). Sikontu gen ri anne jalur, pappada AOC, OPR3, ACX siagang COI1, ampa'piitteang tingka' induksi tinggi ri appa' spesies. Mingka, se're gen kunci, JAR4, a'pinra JA anjari bentu' aktif biologisna transkripsi JA-Ile a'rappungang, siagang tingka' transkripsina sanna' tunana, terutama ri N. mills, Nepenthes pieris siagang N. microphylla. Nampa pole, transkrip gen AOS maraengji bawang tena nideteksi ri N. bifidum. Anne pa'pinraang ekspresi gen akkullei a'jari saba'na fenotipe ekstrim ni picu ri produksi JA rannu ri spesies anergik sinyal siagang induksi N. gracilis.
(A) Analisis teori informasi pemrograman ulang tanggapan transkripsi awal empat spesies tembakau yang berhubungan erat disampel 30 menit setelah induksi herbivora. RDPI nirekengi punna nipasibandingi daun-daun ni induksi ri OS herbivora siagang kontrol luka. Warna-warnaya a'pa'piitteang spesies maraeng, siagang simbol-simbolna a'pa'piitteang cara pa'balle maraeng. (B) Analisis ekspresi gen ri jalur sinyal JA ri tangnga-tangngana appa spesies. Jalan JA sederhana ni pa'piitteang ri ampi'na plot kotak. Warna yang berbeda menunjukkan cara pemrosesan yang berbeda. Tanda bintang a'nassai angkua rie' sisalana signifikan ri alla'na pa'balle W + OS siagang kontrol W + W (untuk t-test Siswa untuk sisalana pa'pasang, *P<0,05, **P<0,01 siagang ***P<0,001). OPDA, 12-oksofitodienoat asam; OPC-8: 0,3-oxo-2(2′(Z)-pentenyl)-cyclopentane-1-octanoic acid.
Ri bageang kala’busang, nipelajari antekamma batena spesies serangga-spesifik remodeling metabolome spesies tanaman yang berbeda-beda dapat tahan terhadap herbivora. Penelitian rioloa napaentengi genus Nicotiana. Ketahananna mange ri Ms siagang larva sanna sisalana (40). Anrinni, kiparessai hubunganna anne modele siagang plastisitas metabolismena. Pake appa spesies tembakau ri dallekang, siagang anuji korelasi antara keragaman siagang spesialisasi metabolom ni sebabkan ri herbivora siagang ketahanan tanaman mange ri Ms siagang Sl, ni gappai ketahanan, keragaman siagang spesialisasi mange ri generalis Sl Sikontu-kontuna nia korelasi positif, sementara korelasi antara ketahanan mange ri wanita ahli siagang spesialisasi lammai, siagang korelasi siagang keragaman tena na signifikan (Gambara 10). Ri sesena resistensi S1, N. chinensis siagang N. gracilis yang lemah, yang sebelumnya ditunjukkan untuk menunjukkan kedua tingkat transduksi sinyal JA dan plastisitas metabolom, memiliki tanggapan yang sangat berbeda terhadap induksi herbivora, dan mereka juga menunjukkan resistensi tinggi yang sama. Seks.
Ri taung annang pulo allaloa, teori pertahanang poko' lebba'mi assarei kerangka teoritis, nu'kullea ni dasarkan ri tau ansalidikia rie'mo na prediksi sanna' jaina evolusi siagang fungsi metabolit khusus poko' kayu. Sikontu teori anne tena na anturuki prosedur normal inferensi kuat (41). Ke'nanga assarei ramalan kunci (3) ri tingka' analisis yang sama. Ri wattu paccoba prediksi kunci akkullei teori-teori tertentu ni analisis, anne la'jari bidang a'lampa mange ri dallekang. Ni dukungi, mingka tolak tau maraenga (42). Mingka, teori beru appareki prediksi ri tingka analisis yang berbeda siagang natambai lapisi baru pertimbangan deskriptif (42). Mingka, ruaya teori ni usulkan ri tingka fungsional, MT siagang OD, akkullei ni jelaskan siagang gampang salaku prediksi penting ri sesena pa'pinraang metabolisme khusus ni pa'jari ri herbivora: teori OD na tappaki angkua pa'pinraang ri “ruang” metabolisme khusus sanna'i arahna. Teori MT natappa angkua anne pa'pinraang anre' na'kulle a'arah siagang acak niaki ri ruang metabolisme, siagang cenderung tinggi nilai pertahananna metabolit. Pa'pilajarang rioloa ri sesena OD siagang MT prediksi le'ba'mi niuji ammake set sempit senyawa “pertahanan” apriori. Tes metabolit-sentris anne anre' na'kulle ansalidiki luara'na siagang lintasanna rekonfigurasi metabolom ri wattu herbivora, siagang anre' na'kulle angnguji lalang kerangka statistik konsisten untu' ampa'paralluangi prediksi kunci nu'kullea ni anggap salaku se're Kuantifikasi pa'pinraang metabolom tanaman. Anrinni, kipakei teknologi inovatif ri metabolomik berdasarkan MS komputasi siagang anggaukangi analisis MS dekonvolusi ri mata uang umum deskriptor teori informasi untuk anuji sisalana ruaya ni usulkan ri tingka metabolomik global. Ramalan kunci ri anne teori. Teori informasi lebba ni pake ri lohe bidang, terutama ri konteks penelitian keanekaragaman hayati siagang aliran nutrisi (43). Mingka, sangkamma ni isse'a, anne iami antu aplikasi maka se're ni pake untu' ancaritai ruang informasi metabolisme poko'-poko' siagang ampa'le'baki masalah ekologis terkait perubahan metabolisme sementara ri pa'balasa'na isyarat lingkungang. Khususna, pakkullena anne caraya niaki ri pakkullena untu' ampa'bandingi pola-pola lalang siagang ri alla'na spesies lamung-lamung untu' ansalidiki antekamma batena herbivora a'evolusi battu ri spesies maraeng mange ri pola makroevolusi antar-spesies ri tingka' evolusi maraeng. Metabolisme.
Analisis komponen utama (PCA) a'pinra data multivariat anjari ruang reduksi dimensi sa'genna tren utama dataya akkullei ni jelaskan, jari biasana nipake salaku teknik eksplorasi untu' ampa'nassai data set, pappada dekonvolusi metabolom. Mingka, panra'na dimensi la'lanynya'i bageang battu ri konten informasi ri set data, siagang PCA takkulleai assarei informasi kuantitatif ri sesena sipa'-sipa' yang sanna' relevanna siagang teori ekologi, pappada: antekamma batena herbivora a'konfigurasi ulang keragaman ri bidang khusus (contona, kakalumanynyangngang, distribusi) siagang kelimpahan) metabolit? Metabolit apa yang menjadi prediktor keadaan induksi herbivora tertentu? battu ri perspektif spesifisitas, keragaman siagang induksibilitas, isi informasi profil metabolit spesifik daun ni urai, siagang ni gappai angkua angnganre herbivora akkullei na aktifkan metabolisme spesifik. Tena nasanna-sanna, nia'mo nicini', sangkamma ni carita ri indikator teori informasi ni implementasikan, situasi metabolisme ni hasilkan nia' tumpang tindih lompo ribokoangna seranganna ruaya herbivora (generalis Sl yang dikanre malam) siagang ahli Solanaceae Ms. Manna pole sipa' kanre siagang konsentrasina sanna' assisala-salana. Asam lemak-asam amino konjugat (FAC) inisiator ri OS (31). siagang ammake OS herbivora untuk amballei luka tusukan standar, perawatan herbivora simulasi na pa'piitteang tongi tren yang sama. Prosedur standar anne untuk ansimulasikan tanggapan tanaman terhadap serangan herbivora menghilangkan faktor-faktor membingungkan yang disebabkan oleh perubahan perilaku makan herbivora, yang menyebabkan berbagai tingkat kerusakan pada waktu yang berbeda (34). FAC, yang diketahui sebagai penyebab utama OSM, mengurangi JAS dan tanggapan hormon tanaman lainnya di OSS1, sementara OSS1 mengurangi ratusan kali (31). Mingka, OSS1 nasabari tingka akumulasi JA yang sama nibandingkan siagang OSM. Riolo lebba ni pa'piitteang angkua pa'balasa'na JA ri Nepenthes ni attenuasi sanna' sensitifna ri OSM, na FAC akkullei ampaentengi panggaukanna manna pole ni encerkan 1:1000 siagang je'ne' (44). Jari, punna nipasibandingi siagang OSM, manna pole FAC ri OSS1 sanna' tunana, mingka sukku'mi untu' angngerang wabah JA sukku'. Studi rioloa ampa'piitteangi angkua protein sangkamma porin (45) siagang oligosakarida (46) akkullei nipake salaku petunjuk molekuler untu' ampa'jari tanggapang pa'belaang poko' ri OSS1. Mingka, anre'pa natangkasa' punna anjo elicitor ri OSS1 a'tanggong jawaki ri akumulasi JA nu niparessai ri pa'pilajarang kamma-kammaya anne.
Manna pole sike'de'ji studi ampakasingaraki sidik jari metabolisme diferensial nasaba' aplikasi herbivora yang berbeda atau JA eksogen atau SA (asam salisilat) (47), tena manna sitau a'ganggu gangguan spesifik spesies herbivora ri jaringan ruku' tanaman siagang efekna ri spesifik Dampak keseluruhan metabolisme secara sistematis dipelajari. informasi pribadi. Analisis anne napa'nassai pole angkua hubungang jaringan hormon internal siagang hormon tanaman maraeng pantaranganna JAs a'bentu'i spesifisitas reorganisasi metabolisme nasaba' herbivora. Khususna, nideteksi angkua ET ni sebabkan ri OSM signifikan labbi lompo na ni sebabkan ri OSS1. Anne mode konsisten siagang konten FAC labbi ri OSM, iami antu kondisi parallu siagang sukku untuk ampa'jari ET burst (48). Ri konteks interaksi antara lamung-lamung siagang herbivora, fungsi sinyal ET ri dinamika metabolit spesifik lamung-lamung tuli sporadis siagang poro na targetkan se're kelompok senyawa. Nampa pole, lohe studi a'pakei aplikasi eksogen ET iareka prekursorna iareka inhibitor maraengannaya untu' amparessai pangatorang ET, ri tangnga-tangngana aplikasi kimia eksogen anne la'pa'nia' jai efek samping non-spesifik. Ri pangngassengangta, anne pa'pilajaranga a'jari pa'pilajarang sistematis skala lompo maka se're ri sesena peran ET ri pa'pakeang ET untu' ampa'jari siagang ampahangi poko'-poko' transgenik ancuru' untu' a'koordinasi dinamika metabolom poko'-poko'. Induksi ET spesifik herbivora akkullei a'modulasi tanggapang metabolom. Yang paling signifikan iami antu manipulasi transgenik gen biosintesis ET (ACO) siagang persepsi (ETR1) yang mengungkapkan akumulasi de novo spesifik herbivora fenolamid. Riolo lebaki ni pa'piitteang angkua ET akkullei na atoroki akumulasi nikotin ni picu ri JA siagang angngatoro putrescine N-metiltransferase (49). Mingka, battu ri pa'pahang mekanis, anre' na'kulle niu'rangi antekamma batena ET a'pa'se're induksi fenamida. Ri tambanganna fungsi transduksi sinyal ET, fluks metabolisme akkulle tongi nipinra mange ri S-adenosyl-1-metionine untuk angngatoro investasi ri amida poliaminofenol. S-adenosyl-1-metionine iami antu ET siagang umum perantara jalur biosintesis poliamin. Mekanisme sinyal ET angngatoro tingka fenolamide parallui niparessai pole.
Ri wattu salloa, lanri jaina metabolit khusus tenayapa niisse'i strukturna, perhatiang lompo mange ri kategori metabolisme tertentu anre' na'kulle ansalidiki secara ketat perubahan temporal keragaman metabolisme ribokoangna interaksi biologis. Ri kamma-kammaya anne, situru' analisis teori informasi, wassele' poko'na akuisisi spektrum MS/MS situru' metabolit tenaya na'bias iamintu herbivora angnganre yareka simulasi herbivora tulusu' nakurangi keragaman metabolisme keseluruhan metabolom daunna nampa natambai tingka' spesialisasi. Anne pa'naikanna sementara ri spesifisitas metabolom nasaba' herbivora assisompungenna siagang pa'naikanna sinergis ri spesifisitas transkriptom. Fitur yang paling berkontribusi pada spesialisasi metabolom yang lebih besar ini (punya nilai Si yang lebih tinggi) adalah metabolit khusus dengan fungsi herbivora yang dicirikan sebelumnya. Anne modele konsisten siagang prediksi teori OD, mingka prediksi MT terkait siagang keacakan pemrograman ulang metabolom tena na konsisten. Mingka, anne dataya konsisten tongi siagang prediksi modele campurang (MT kaminang baji; gambara 1B), nasaba metabolit maraeng tenaya na ni cirikan siagang fungsi pertahanang tenaya ni isse' akkulleiji amminawang ri distribusi Si acak.
Se're pola yang parallu ni perhatikan yang lebih lanjut di tangkap oleh penelitian ini adalah bahwa dari tingkat mikro-evolusi (sebuah tanaman dan populasi tembakau) ke skala evolusi yang lebih besar (spesies tembakau yang berhubungan erat), tingkat organisasi evolusi yang berbeda berada dalam “pertahanan terbaik” Niak perbedaan signifikan ri kemampuan herbivora. Moore et al. (20) siagang Kessler siagang Kalske (1) secara independen na usulkangi untu' a'pinra tallu tingka' fungsional keanekaragaman hayati yang asli ni bedakan ri Whittaker (50) anjari perubahan temporal konstitutif siagang induksi keanekaragaman kimia; anne panulis tena na ringkas Prosedur untuk pa'rappungang data metabolom skala lompo tena todong na garisi antekamma batena anghitung keragaman metabolisme battu ri anne dataya. Ri anne pa'pilajaranga, pa'pinraang ca'di ri klasifikasi fungsional Whittaker la'pa'timbangang keragaman α-metabolik salaku keragaman spektrum MS/MS ri se'reang poko', siagang keragaman β-metabolik salaku metabolisme intraspesifik dasar ri se'reang kelompok populasi Ruang, siagang keragaman γ-metabolik la'jari pa'la'bang analisis spesies yang sama.
Sinyal JA parallui untuk sanna' jaina tanggapang metabolisme herbivora. Mingka, rie' kurangna paccoba kuantitatif yang ketat ri sesena kontribusi regulasi intraspesifik biosintesis JA mange ri keragaman metabolom, siagang maka sinyal JA iami antu situs umum untuk diversifikasi metabolisme ni picu stres ri skala makroevolusi tinggi anre'pa na'kulle ni pahang. Ikatte anciniki angkua sipa' herbivora Nepenthes herbivora na induksi spesialisasi metabolom siagang variasi spesialisasi metabolom ri laleng populasi spesies Nicotiana siagang ri tangnga-tangngana spesies Nicotiana yang sanna' siampi'na secara sistematis positif assisompungenna siagang sinyal JA. Nampa pole, punna sinyal JA ancuru, spesifisitas metabolisme ni induksi ri se're genotipe herbivora lani batalkan (Gambara 3, C siagang E). Nasaba' spektrum metabolisme berubah populasi Nepenthes yang dilemahkan secara alami sebagian besar kuantitatif, perubahan keragaman β metabolisme dan spesifisitas dalam analisis ini mungkin sebagian besar disebabkan oleh eksitasi kuat kategori senyawa kaya metabolit. Kelas senyawa anne angkuasai bageang profil metabolom siagang angngerangi korelasi positif siagang sinyal JA.
Nasaba mekanisme biokimia spesies tembakau yang terkait dengannya sangat berbeda, metabolit secara khusus diidentifikasi dalam aspek kualitatif, sehingga lebih analitis. Pemrosesan teori informasi profil metabolisme yang ditangkap mengungkapkan bahwa induksi herbivora memperburuk perdagangan antara keragaman gamma metabolisme dan spesialisasi. Sinyal JA a'kulleang sanna' ri pa'danggangang. Peningkatan spesialisasi metabolom konsisten siagang prediksi OD utama siagang berkorelasi positif siagang sinyal JA, sementara sinyal JA berkorelasi negatif siagang keragaman gamma metabolisme. Anne modele a'pa'piitteang angkua kapasitas OD poko'-poko' poko'na ni tentukan ri plastisitas JA, baji' ri skala mikroevolusi iareka ri skala evolusi lompoang. Eksperimen aplikasi JA eksogen yang menghindari cacat biosintesis JA lebih lanjut mengungkapkan bahwa spesies tembakau yang terkait erat dapat dibedakan menjadi spesies sinyal-responsif dan sinyal-non-responsif, sama seperti mode JA dan plastisitas metabolom yang diinduksi oleh herbivora. Spesies non-responsif sinyal anre' na'kulle a'respons nasaba' anre' na'kulle ampa'nia' JA endogen na lanri kammana anjo tunduk ri keterbatasan fisiologis. anne akkullei nasaba mutasi ri siapa are gen kunci ri jalur sinyal JA (AOS siagang JAR4 ri N. crescens) battu ri. Anne wassele'na ampa'nassai angkua anne pola makroevolusi antar spesies akkullei ni sorong ri pa'pinraang pa'pahang siagang pa'pau hormon internal.
Ri tambaiang interaksi antara lamung-lamung siagang herbivora, eksplorasi keragaman metabolisme assisompungenna siagang sikontu kemajuan teoritis penting ri penelitiang adaptasi biologis mange ri lingkungang siagang evolusi sipa' fenotipik kompleks. siagang natambai jaina data nialle ri instrumen MS modern, paccoba hipotesis ri sesena keragaman metabolisme kamma-kamma anne akkullei allaloi sisalana metabolit individu/kategori siagang anggaukangi analisis global untu' ampa'nyatai pola-pola tenaya nasanna-sannai. Ri laleng proses analisis skala lompo, se're metafora penting iamintu pikkirang ampa'nassai peta bermakna nu'kullea nipake untu' ansalidiki data. Jari, wassele penting battu ri kombinasi kamma-kammaya anne metabolomik MS/MS siagang teori informasi iamintu assarei metrik sederhana akkullea nipake untu' ambangung peta untu' ansalidiki keragaman metabolisme ri skala taksonomi yang berbeda. iami antu sara dasarna anne caraya. Pangngajarang evolusi mikro/makro siagang ekologi komunitas.
Ri tingka makro-evolusi, inti teori ko-evolusi tanaman-serangga Ehrlich siagang Raven (51) iamintu untu' a'rancanakangi angkua variasi keragaman metabolisme antar spesies iami antu saba'na diversifikasi garisi keturunan tanaman. Mingka, lalang limampulo taung battu ri pa'pauangna anne karya mani, anne hipotesis jarang niuji (52). anne sanna'i nasaba' sipa' filogenetik sipa' metabolisme yang sangkamma ri garisi'na poko'-poko' bellaya. Langka akkullei nipake untu ampaentengi metode analisis target. Alur kerja MS/MS kamma-kammaya anne ni proses ri teori informasi angngukuri kemiripan struktural MS/MS battu ri metabolit yang tena ni isse' (tanpa seleksi metabolit riolo) siagang napinrai MS/MS anne a'jari se're set MS/MS, jari ri metabolisme profesional anne model makro-evolusi nibandingkangi ri skala klasifikasi. Indikator statistik sederhana. Prosesna sangkamma analisis filogenetik, yang akkulle ampakei urutan alignment untuk angngukuri laju diversifikasi atau evolusi karakter tanpa prediksi riolo.
Ri tingka biokimia, hipotesis penyaringan Firn siagang Jones (53) ampa'piitteangi angkua keragaman metabolisme ni paentengi ri tingka' maraeng untu' appasadia bahan baku untu' anggaukangi aktivitas biologis metabolit yang riolo tena na sicoco' iareka ni ganti. Metode teori informasi assarei kerangka kerja ri antere transisi evolusi spesifik metabolit yang terjadi selama spesialisasi metabolit dapat diukur sebagai bagian dari proses penyaringan evolusi yang diusulkan: adaptasi aktif biologis dari spesifisitas rendah ke spesifisitas tinggi Metabolit terhambat dari lingkungan tertentu.
Sikontu-kontuna, ri allo-allo riolo biologi molekuler, teori-teori pertahanang poko'-poko' penting nibangung, siagang metode-metode hipotesis deduktif ni anggap secara luas sala se're cara kemajuan ilmiah. anne sanna'i nasaba' keterbatasan teknis untu' angngukuri sikontu metabolom. Manna pole metode hipotesis-driven sanna'i matu-matunna ri pa'pileang mekanisme kausal maraengannaya, pakkullena untu' ampa'la'bangi pahangta ri sesena jaringan biokimia labbi terbatas na metode komputasi kamma-kammaya anne niaka ri pa'pilajarang data-intensif kontemporer. Jari, teori-teori yang tidak dapat diprediksi jauh di luar lingkup data yang tersedia, jari rumus hipotetis/siklus uji kemajuan di bidang penelitian tidak dapat dihancurkan (4). Ikatte anciniki angkua alur kerja komputasi metabolomik ni perkenalkan anrinni akkullei ampa'jari ammotere' minat ri passala' beru (antekamma) siagang pa'le'ba' (angngapa) ri passala'na keragaman metabolisme, siagang a'sare kontribusi ri era beru ilmu data ni pandu secara teoritis. Anjo jammanga naparessai poleang teori-teori penting nu'kullea ampa'jari inspirasi ri generasi rioloa.
Pakanreang herbivora langsung nigaukangi siagang ampakatinggi larva instar maka rua iareka larva Sl ri se're daun tanaman pitcher berwarna pucat battu ri se're tanaman bunga mawar, siagang 10 replika tanaman per tanaman. Larva serangga ni jepit siagang penjepit, siagang sisa jaringan daun ni pa'rappungang 24 siagang 72 jam ribokoangna infeksi siagang ni bekukangi, nampa metabolit ni ekstraksi.
Simulasikan perawatan herbivora dengan cara yang sangat sinkron. Carana iamintu ammake roda pola kaeng untu antunrungi tallu barisang duri ri massing-massing sa'ri tulang ri tangnga-tangngana tallu daun poko' yang lebba'mi a'la'bang ri wattu pa'bakka'na garland kaeng, siagang langsungi ammake 1:5 Diluted Ms. Atau ammake jari-jari bersarung untu' antama' S1 OS ri loko'na. Panen siagang proses se're daun sangkamma ni carita ri dallekang. Pakei cara lebaka ni carita riolo untu angngalle metabolit primer siagang hormon tanaman (54).
Untuk aplikasi JA eksogen, tallu daun petiole battu ri massing-massing annang poko' bunga mawar battu ri massing-massing spesies nirawatang siagang 20μl pasta lanolin niaka 150μg MeJA (Lan + MeJA), siagang 20μl lanolin siagang pa'balle luka (Lan + W), iareka pakei 20μl lanolin murni salaku kontrol. Daunna nikanre 72 jam ribokoangna nirawatang, ni bekukan ri nitrogen cair, siagang ni simpan ri -80°C sanggenna nipake.
Eppa garisi transgenik JA siagang ET, iamintu irAOC (36), irCOI1 (55), irACO siagang sETR1 (48), lebba ni identifikasi ri kelompok penelitianta. irAOC sanna'i na pa'piitteang panra'na JA siagang JA-Ile, sementara irCOI1 tena na sensitif ri JAs. Punna nipasibandingi siagang EV, akumulasi JA-Ile natambai. Kammayatompa, irACO lanapa'kurangi produksi ET, siagang punna nipasibandingi siagang EV, sETR1, ia tenaya na sensitif ri ET, lanapa'la'bangi produksi ET.
Spektrometer laser fotoakustik (Sensor Sense ETD-300 real-time ET sensor) ni pakei untuk anggaukangi pengukuran ET secara non-invasif. Sikali-kali ribokoangna nirawatang, sitangnga battu ri daun-daunna nikanre siagang nipalette mange ri botol kaca 4-ml ni segel, siagang headspace ni pa'biangi a'rappungang lalang 5 jam. Ri wattu pa'ukkuru'na, massing-massing botolo' nikanre siagang alirang 2 liter/jam udara murni 8 menit, ia le'bakamo allalo ri katalis nipasadiaya ri Sensor Sense untu' ampasuluki CO2 siagang je'ne'.
Data microarray riolo ni pa'nassai ri (35) siagang ni simpan ri National Center for Biotechnology Information (NCBI) Gene Expression Comprehensive Database (nomor akses GSE30287). Data yang sesuai dengan daun yang disebabkan oleh perawatan W + OSMs dan kontrol yang tidak rusak diekstraksi untuk penelitian ini. Intensitas mentah iamintu log2. Riolo analisis statistik, garis dasar nipinra siagang ni normalkan mange ri persentase 75 napake paket perangkat lunak R.
Data urutan RNA asli (RNA-seq) spesies Nicotiana niallei battu ri NCBI Short Reading Archives (SRA), nomoro proyek iamintu PRJNA301787, yang dilaporkan oleh Zhou et al. (39) siagang tulusu sangkamma ni carita ri (56). Data mentah ni proses ri W + W, W + OSM siagang W + OSS1 sicocoka siagang spesies Nicotiana nipilei untu analisis ri anne pa'pilajaranga, siagang ni proses kamma anne: Pammulang, bacaang RNA-seq mentah nipinrai anjari format FASTQ. HISAT2 a'pinra FASTQ a'jari SAM, siagang SAMtools a'pinra file SAM a'jari file BAM ni susun. StringTie ni pakei untu' anghitung ekspresi gen, siagang cara ekspresina iamintu rie' fragmen per seribu fragmen basa per juta fragmen transkripsi urutan.
Kolom kromatografi Acclaim (150 mm x 2.1 mm; ukurang partikel 2.2μm) ni pake ri analisis siagang kolom penjaga 4 mm x 4 mm terdiri battu ri bahan yang sama. Gradien biner berikut ini digunakan dalam sistem Dionex UltiMate 3000 Ultra High Performance Liquid Chromatography (UHPLC): 0 hingga 0,5 menit, isokratik 90% A [air deionisasi, 0,1% (v/v) asetonitril dan 0,05% asam formik] B, 10% dan asetonitril 0.05% asam formik); 0,5 sanggenna 23,5 menit, fase gradienna iamintu 10% A siagang 90% B, massing-massing; 23.5 sa'genna 25 menit, isokratik 10% A siagang 90% B. Laju aliranna iamintu 400μl/min. Untuk sikontu analisis MS, suntikkan eluen kolom ke dalam quadrupole dan time-of-flight (qTOF) analisis yang dilengkapi dengan sumber elektrospray yang beroperasi dalam mode ionisasi positif (tegangan kapiler, 4500 V; outlet kapiler 130 V ; suhu pengeringan 200°C; aliran udara pengeringan 10 liter/min).
Gaukangi analisis fragmen MS / MS (ribokoangna nikana MS / MS) yang tena na relevan atau tena na akkulle ni bedakan battu ri data untuk anggappa informasi struktural ri sesena profil metabolisme yang akkulle ni deteksi secara keseluruhan. Konsep metode MS/MS yang tidak memilih mengandalkan fakta bahwa quadrupole memiliki jendela isolasi massa yang sangat besar [lanri kammana anjo, anggap ngasengi sinyal rasio massa-ke-muatan (m/z) salaku fragmen]. Lanri kammana anjo, nasaba' instrumen Impact II takkulleai appa'nia' kemiringan CE, siapa are analisis independen nigaukangi ammake nilai energi tabrakan disosiasi (CE) ni picu tabrakan. Singkatna, uru-uruna analisis sampel siagang UHPLC-electrospray ionization/qTOF-MS ammake mode spektrometri massa tunggal (kondisi fragmentasi rendah ni pa'jari ri fragmentasi in-source), pindai battu ri m/z 50 sanggenna 1500 ri frekuensi pengulangan 5 Hz. Pakei nitrogen salaku gas tabrakan untuk analisis MS/MS, siagang gaukangi pengukuran independen ri appa tegangan disosiasi induksi tabrakan yang berbeda: 20, 30, 40, siagang 50 eV. Ri sikontu proses pangukurang, quadrupole nia jendela isolasi massa kaminang lompo, battu ri m/z 50 sanggenna 1500. Ri wattu tubu ri dallekang m/z siagang eksperimen lebar isolasi nipasang mange ri 200, rentang massa otomatis ni aktifkan ri perangkat lunak operasi instrumen siagang 0 Da. Pindai fragmen massa sangkamma ri mode massa tunggal. Pakei natrium format (50 ml isopropanol, 200 μl asam formik siagang 1 ml larutan berair NaOH 1M) untuk kalibrasi massa. Pake algoritma kalibrasi presisi tinggi Bruker, file data ni kalibrasi ribokoangna a'jappa spektrum rata-rata ri wattu tertentu. Pakei fungsi ekspor data analisis v4.0 perangkat lunak (Brook Dalton, Bremen, Jerman) untuk a'pinra file data mentah anjari format NetCDF. Data MS/MS lebba ni simpan ri database metabolomik tabbukka MetaboLights (www.ebi.ac.uk) siagang nomoro akses. MTBLS1471.
MS/MS assembly akkullei nigaukang lanri analisis korelasi antara MS1 siagang MS/MS sinyal kualitas untuk energi tabrakan rendah siagang tinggi siagang atorang baru ni implementasikan. Skrip R ni pakei untu' ampa'nassai analisis korelasi distribusi prekursor mange ri produk, siagang skrip C# (https://github.com/MPI-DL/indiscriminant-MS-MS-assembly-pipeline) ni pakei untu' anggaukangi atorang-atoranga.
Untu' ampa'kurangi kasalang positif salaya nasaba' suara latar belakang siagang korelasi salaya nasaba' nideteksi fitur m/z tertentu ri sike'de'ji sampel, kipakei fungsi “filled peak” battu ri paket R XCMS (untuk koreksi suara latar belakang) Parallui nipake untu' ansambeangi intensitas “NA” (puncak yang tidak terdeteksi). Ri wattu nipake fungsi puncak isi, rie' ija jai “0′′ nilai intensitas ri set data yang akan mempengaruhi perhitungan korelasi. Nampa, nibandingkangi hasil pemrosesan data ni gappa punna nipake fungsi puncak isi siagang punna fungsi puncak isi tena nipake, siagang ni hitung nilai kebisingan latar belakang berdasarkan nilai rata-rata ni koreksi, nampa ni ganti siagang nilai intensitas 0′′ nilai latar belakang ni hitung. Ikatte to'ji bawang angngukkuruki fitur-fitur yang intensitasna labbi tallu kali nilai latar belakang siagang ni anggap sebagai “puncak sejati.” Untuk perhitungan PCC, sinyal m/z prekursor sampel (MS1) siagang set data fragmen siagang setidakna salapang puncak sitojennaya ni pertimbangkan.
Punna intensitas fitur kualitas prekursor ri sikontu sampel signifikan assisompungenna siagang intensitas fitur kualitas yang sama yang terkena energi tabrakan rendah atau tinggi, dan fitur tidak dicap sebagai puncak isotop oleh CAMERA, dapat didefinisikan lebih lanjut. Nampa, siagang anghitung ngasengi pasangan prekursor-produk yang mungkin lalang 3 s (perkiraan jendela waktu retensi untuk retensi puncak), analisis korelasi nigaukangi. Punna m/z nilaina labbi rannu na nilai prekursor siagang fragmentasi MS/MS kajariang ri tampa sampel yang sama ri data set sangkamma prekursor battu ri kerea nialle, iami antu nibilang fragmen.
Ri sesena anne ruaya atorang sederhana, kipasulu fragmen yang ni tentukan siagang nilai m/z labbi lompo na m/z prekursor yang ni identifikasi, siagang berdasarkan posisi sampel dimana prekursor ammumba siagang fragmen yang ni tentukan. Anne akkulle tongi nipile fitur kualitas ni pa'jari ri lohe fragmen in-source ni pa'jari ri mode MS1 salaku prekursor kandidat, na anre' na'kulle ni pa'jari senyawa MS/MS redundansi. Untu' ampa'kurangi redundansi data anne, punna NDP kemiripan spektra labbi 0,6, siagang ke'nanga antama' ri kromatogram “pcgroup” ni annotasi ri CAMERA, la'pa'se'rei ke'nanga. Paccappurenna, kipa'se'rei appa' wassele' CE nu'kullea a'samaturu' siagang prekursor siagang fragmen anjari spektrum komposit dekonvolusi pa'le'ba'na siagang ammile puncak intensitas kaminang tinggi ri tangnga-tangngana sikontu puncak kandidat siagang nilai m/z yang sama ri energi tabrakan yang berbeda. Langkah-langkah pemrosesan ribokoangna ni dasarkangi ri konsep spektrum komposit siagang ni perhitungkan kondisi CE yang berbeda yang dibutuhkan untuk memaksimalkan probabilitas fragmentasi, karena beberapa fragmen hanya dapat dideteksi di bawah energi tabrakan tertentu.
RDPI (30) ni pakei untu anghitung induksi profil metabolisme. Keragaman spektrum metabolisme (indeks Hj) niallei battu ri jaina prekursor MS/MS ammake entropi Shannon battu ri distribusi frekuensi MS/MS ammake persamaan ribokoangna ni gambaraka ri Martínez et al. (8). Hj = −∑i = 1mPijlog2(Pij) na Pij sicocoki siagang frekuensi relatif i-th MS/MS ri j-th sampel (j = 1, 2,..., m) (i = 1, 2, …, m) t).
Spesifisitas metabolisme (indeks Si) ni definisikan sebagai identitas ekspresi MS/MS yang diberikan terkait frekuensi antara sampel yang dipertimbangkan. Spesifisitas MS/MS nirekengi salaku Si = 1t (∑j = 1tPijPilog2PijPi)
Pakei rumus kamma anne untu' angngukuri indeks δj spesifik metabolom ri massing-massing sampel j, siagang rata-rata spesifisitas MS/MS δj = ∑i = 1mPijSi
Spektrum MS/MS nipasicocoki ri pa'pasang, siagang pa'samaturukang nirekengi situru' ruaya skor. maka se're, ammake NDP standar (niasseng tongi metode korelasi cosinus), ammake persamaan berikut untuk mencetak kemiripan segmen antara spektrum NDP = (∑iS1 & S2WS1, iWS2, i) 2∑iWS1, i2∑iWS2, i2 dimana S1 dan S2 Sesuai, untuk spektrum 1 dan WS2, serta iWS, dan iWS2, a'wakilkan berat berdasarkan intensitas puncak bahwa perbedaan puncak umum i-th antara dua spektrum kurang dari 0,01 Da. Timbanganna nirekeng kamma anne: W = [intensitas puncak] m [kualitas] n, m = 0,5, n = 2, sangkamma ni sarankan ri MassBank.
Metode penilaian kedua ni laksanakan, yang melibatkan analisis NL bersama antara MS/MS. Untuk anne, kipakei 52 daftar NL yang sering ditemukan selama proses fragmentasi MS secara tandem, dan NL yang lebih spesifik (file data S1) yang telah dianotasi sebelumnya untuk spektrum MS/MS metabolit sekunder spesies Nepenthes yang melemah ( 9, 26). Paentengi vektor biner 1 siagang 0 untuk massing-massing MS/MS, situru siagang kamma-kammaya anne siagang tena NL massing-massing. Situru pa'pada jarak Euclidean, skor pa'pada NL nirekengi untuk massing-massing pasangan vektor NL biner.
Untu anggaukangi dual clustering, kipakei paket R DiffCoEx, yang ni dasarkan ri perpanjangan Weighted Gene Co-expression Analysis (WGCNA). Ammake matriks skor NDP siagang NL spektrum MS/MS, a'pakei DiffCoEx untu' anghitung matriks korelasi komparatif. Clustering biner nigaukangi siagang ampaentengi parameter “cutreeDynamic” mange ri metode = “hybrid”, cutHeight = 0.9999, deepSplit = T, siagang minClusterSize = 10. Kode sumber R DiffCoEx ni unduh battu ri file tambahan 1 ri Tesson et al. (57); Paket perangkat lunak R WGCNA yang dibutuhkan dapat ditemukan di https://horvath.genetics.ucla.edu/html/CoexpressionNetwork/Rpackages/WGCNA.
Untu anggaukangi analisis jaringan molekuler MS/MS, ni hitung konektivitas spektral berpasangan berdasarkan jenis kesamaan NDP dan NL, dan menggunakan perangkat lunak Cytoscape untuk memvisualisasikan topologi jaringan menggunakan tata letak organik dalam aplikasi ekstensi algoritma tata letak CyFilescape yFiles.
Pakei R versi 3.0.1 untuk anggaukangi analisis statistik ri data. Signifikansi statistik ni evaluasi siagang analisis varians dua arah (ANOVA), nampa nipinawang ri tes post-hoc perbedaan signifikan jujur ​​(HSD) Tukey. Untu' ansalidiki sisalana perawatang herbivora siagang kontrol, distribusi rua-ekor battu ri ruaya kelompok sampel siagang varians yang sama ni analisisi ammake uji t Student.
Untuk bahan tambahan untuk artikel ini, silahkan lihat http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/24/eaaz0381/DC1
anne iami antu artikel akses terbuka ni distribusikan ri sesena paratorang Creative Commons Attribution-Non-Commercial License, yang memungkinkan penggunaan, distribusi dan reproduksi dalam media apa pun, asalkan penggunaan terakhir tidak untuk keuntungan komersial dan premisnya adalah bahwa karya aslinya benar. Referensi.
Catatang: Ikatte appalakki bawang ri kau sollanna nupassareang alamat emailnu sollanna tau nu rekomendasikan mange ri halamanga naisse'i angkanaya ero'nu nacini' emailnu siagang teai spam. Ikatte tena na la angngalle alamat email.
anne pakkuta'nang ni pakei untu' anuji punna ikatte tau battu siagang anjagai pa'sareang spam otomatis.
Teori informasi assarei mata uang universal untuk pa'bandingang metabolom khusus siagang prediksi teori pertahanan uji.
Teori informasi assarei mata uang universal untuk pa'bandingang metabolom khusus siagang prediksi teori pertahanan uji.
©2021 Asosiasi Amerika untuk Kemajuan Sains. sikontu ha'na nijaga. AAAS iami antu pa'samaturukang HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef siagang COUNTER. ScienceAdvances ISSN 2375-2548.