Teori pertahanan bungong yang beda geubi panduan teoritis penteng keu geu jelaskan pola metabolisme khusus bungong, tapi prediksi kunci jih teutap harus geu uji Di sinoe, kamoe geupakek analisis spektrometri massa tandem hana bias (MS/MS) keu secara sistematis geu eksplorasi metabolom strain tembakau yang leumoh dari bungong individu keu populasi dan spesies yang na kerabat erat, dan geu proses sejumlah rayeuk teori fitur spektrometri massa berdasarkan spektrum senyawa lam informasi. Kerangka keu geu uji prediksi kunci teori pertahanan optimal (OD) ngon target bergerak (MT). Komponen informasi metabolomik bungong konsisten ngen teori OD, tapi bertentangan ngen prediksi utama teori MT tentang dinamika metabolomik yang disebabkan oleh herbivora Dari skala evolusi mikro sampoe makro, sinyal jasmonat geuidentifikasi seubagoe penentu utama OD, sedangkan sinyal etilena geubri penyetelan halus respon spesifik herbivora nyang geucatat le jaringan molekuler MS/MS.
Metabolit khusus ngon struktur nyang meuragam nakeuh peserta utama lam adaptasi bungong ngon lingkungan, terutama lam pertahanan musoh (1). Diversifikasi yang luar biasa dari metabolisme khusus yang geu teume bak bungong kaleuh merangsang penelitian mendalam seulama meupadum dekade tentang le aspek fungsi ekologis jih, dan kaleuh geu bentuk daftar panyang teori pertahanan bungong Penelitian empiris geubri bimbingan nyang peunteng (2). Namun, teori pertahanan tanaman nyoe hana meuikot jalur normatif penalaran deduktif hipotetis, di pat prediksi kunci na bak tingkat analisis nyang sama (3) ngon geu uji secara eksperimental keu geupeumaju siklus perkembangan teoritis beurikot jih (4). Keterbatasan teknis geubatasi pengumpulan data keu kategori metabolisme terteunte ngon geukecualikan analisis komprehensif metabolit khusus, sehingga mencegah perbandingan antar kategori nyang penteng keu perkembangan teoritis (5). Kureung jih data metabolomik yang komprehensif ngen mata uang yang sama keu peubandeng alur kerja pemrosesan ruang metabolisme antara kelompok bungong yang beda menghambat kedewasaan ilmiah lapangan
Perkembangan terbaru lam bidang metabolomik spektrometri massa tandem (MS/MS) jeut secara komprehensif geucirikan perubahan metabolisme lam ngon antara spesies clade sistem terteunte, ngon jeut geu gabungkan ngon metode komputasi keu geuhitong kesamaan struktural antara campuran kompleks nyoe. Peungetahuan awai teuntang kimia (5). Kombinasi teknologi canggih lam analisis ngen komputasi geu sediakan kerangka kerja yang perle keu pengujian jangka panyang le prediksi yang geupeuget oleh teori ekologi ngen evolusi keragaman metabolisme. Shannon (6) meuturikan teori informasi keu phon that lam artikel mani gobnyan bak thon 1948, nyang meletakkan landasan untok analisis matematis informasi nyang kaleuh dipakek lam le bidang selaen penerapan asli jih. Lam genomik, teori informasi kaleuh berhase diterapkan untok meuko urutan informasi konservatif (7). Lam penelitian transkriptomik, teori informasi menganalisis keseluruhan perubahan transkriptom (8). Lam penelitian seugolom jih, kamoe meuterapkan kerangka statistik teori informasi keu metabolomik keu meugambakan keahlian metabolisme tingkat jaringan bak tumbuhan (9). Di sinoe, kamoe meugabongkan alur kerja berbasis MS/MS ngon kerangka statistik teori informasi, nyang geutanda ngon keragaman metabolisme lam mata uang umum, keu geubandeng prediksi kunci teori pertahanan tanaman metabolom nyang geu induksi le herbivora.
Kerangka teoritis pertahanan bungong biasa jih saleng inklusif dan jeut dibagi jeut keu dua kategori: yang mencoba menjelaskan distribusi metabolit spesifik bungong berdasarkan fungsi pertahanan, lagee pertahanan optimal (OD) (10), target bergerak (MT) (11) ) dan penampilan sedangkan sumber daya laen, ketersediaan nyan mempengaruhi pertumbuhan bungong ngon akumulasi metabolit khusus, lagee karbon: hipotesis keseimbangan nutrisi (13), hipotesis laju pertumbuhan (14 ), ngon hipotesis keseimbangan pertumbuhan ngon diferensiasi (15). Dua boh set teori nyan na bak tingkat analisis nyang beda (4). Namun, dua teori yang melibatkan fungsi pertahanan bak tingkat fungsional mendominasi percakapan tentang pertahanan konstitutif ngen induksi bungong: teori OD fungsi nyang geubri (10); hipotesis MT mengusulkan bahwa hana sumbu perubahan metabolit arah, tapi metabolit berubah secara acak, sehingga menciptakan kemungkenan Meuhalangi “target gerak” metabolisme dari menyerang herbivora. Deungon kata laen, dua teori nyoe peuget prediksi nyang berlawanan teuntang remodeling metabolisme nyang terjadi aleuh serangan herbivora: hubungan antara akumulasi metabolit searah deungon fungsi pertahanan (OD) ngon perubahan metabolisme non-terarah (MT) (11 ).
Hipotesis OD ngon MT hana mantong melibatkan perubahan nyang diinduksi lam metabolom, teutapi cit konsekuensi ekologis ngon evolusioner dari akumulasi metabolit nyoe, lagee biaya adaptif ngon manfaat dari perubahan metabolisme nyoe lam lingkungan ekologis terteunte (16). Meskipun kedua hipotesis nyan mengakui fungsi pertahanan metabolit khusus nyang mungken atawa hana meuhai, prediksi kunci nyang meubedakan hipotesis OD ngon MT na bak arah perubahan metabolisme nyang diinduksi. Prediksi teori OD kaleuh ji teurimong perhatian nyang paleng eksperimental seulama nyo. Tes nyoe mencakup studi fungsi pertahanan langsong atau hana langsong dari jaringan yang berbeda dari senyawa tertentu lam rumoh kaca dan kondisi alam, serta perubahan tahap perkembangan bungong (17-19). Namun, sejauh nyoe, karena kureung jih alur kerja ngon kerangka statistik keu analisis komprehensif global teuntang keanekaragaman metabolisme organisme manapun, prediksi perbedaan utama antara dua teori (yaitu arah perubahan metabolisme) teutap harus diuji. Disinoë, kamoë bri analisis lagèë njan.
Salah saboh karakteristik yang paleng signifikan dari metabolit spesifik bungong nyankeuh keragaman struktural yang ekstrem bak mandum tingkat dari bungong tunggal, populasi sampoe spesies yang saban (20). Le perubahan kuantitatif bak metabolit khusus jeut ta amati bak skala populasi, sedangkan perbedaan kualitatif yang teuga biasa jih geupeutheun bak tingkat spesies (20). Oleh karena nyan, keragaman metabolisme bungong nyan aspek utama dari keragaman fungsional, yang mencerminkan kemampuan beradaptasi keu relung yang berbeda, terutama relung yang na kemungkenan invasi yang berbeda oleh serangga khusus dan herbivora umum (21). Sejak artikel terobosan fraenkel (22) tentang alasan na metabolit spesifik bungong, interaksi ngen berbagai serangga kaleuh geu anggap sebagai tekanan seleksi penteng, dan interaksi nyoe geu peucaya kaleuh geu bentuk bungong selama evolusi. Jalur metabolisme (23) nyan. Perbedaan antar spesies lam keragaman metabolit khusus jeut chit mencerminkan keseimbangan fisiologis yang terkait ngen pertahanan bungong konstitutif ngen induksi terhadap strategi herbivora, karena dua spesies nyan sereng berkorelasi negatif saboh ngen yang laen (24). Meskipun mungken bermanfaat keu geupeutheun pertahanan nyang get sabe, perubahan metabolisme tepat watee nyang terkait ngen pertahanan geubri manfaat nyang jeulah lam memungkenkan bungong keu geualokasikan sumber daya nyang berharga keu investasi fisiologis laen (19, 24), ngon geuhindari kebutuhan simbiosis. Keurusakan jaminan (25). Seulaen nyan, reorganisasi metabolit khusus nyoe nyang diseubabkan oleh herbivora serangga jeut menyebabkan distribusi destruktif lam populasi (26), ngon jeut mencerminkan bacaan langsong perubahan alami nyang substansial lam sinyal asam jasmonik (JA), nyang jeut dipeutheun lam populasi. Sinyal JA nyang manyang ngon miyub nakeuh trade-off antara pertahanan teuhadap herbivora ngon persaingan ngon spesies terteunte (27). Seulaen nyan, jalur biosintesis metabolit khusus akan mengalami gadeh ngon transformasi nyang bagah selama evolusi, nyang menghasilkan distribusi metabolisme nyang hana jeulaih diantara spesies nyang berkerabat erat. Polimorfisme nyoe jeut ngen bagah ditetapkan sebagai respon terhadap perubahan pola herbivora (29), yang berarti bahwa fluktuasi komunitas herbivora adalah faktor utama yang mendorong heterogenitas metabolisme.
Disinoe, kamoe secara khusus kamoe peuseuleusoe masalah-masalah di miyup nyoe. (I) Pakriban cara serangga herbivora nyan geukonfigurasi ulang metabolom bak-bak kayèe? (Ii) Peue komponen informasi utama dari plastisitas metabolisme nyang jeuet diuko untok menguji prediksi teori pertahanan jangka panyang? (Iii) Peu keuh keu program ulang metabolom bungong ngen cara yang unik keu penyerang, meunye meunan, peu peran hormon bungong lam menyesuaikan respon metabolisme terteunte, dan metabolit pat yang berkontribusi keu spesifisitas spesies pertahanan? (Iv) Kareuna prediksi nyang geupeuget oleh le teori pertahanan jeut geupeuluah bak mandum tingkat jaringan biologis, kamoe meutanyong kiban konsisten respon metabolisme nyang diseubabkan dari perbandingan internal ngon perbandingan antar spesies? Keu nyoe, kamoe ka kamoe meurunoe secara sistematis metabolom ôn nikotin tembakau, nyang merupakan tanaman model ekologis ngon metabolisme khusus nyang kaya, ngon efektif keu larva dua boh herbivora asli, Lepidoptera Datura (Ms) ( That agresif, utama jih jipajoh) Bak Solanaceace of littoram a “genus”, ngon tanaman inang Solanaceae ngon inang laen dari genera ngon keluarga laen Makanan tanaman. Kamoe meu-analisa spektrum metabolomik MS/MS ngon meu-ekstraksi deskriptor statistik teori informasi keu meubandengkan teori OD ngon MT. Peuget peta spesifisitas keu peugah identitas metabolit kunci. Analisis nyan geupeuluwah keu populasi asli N. nasi ngon spesies tembakau nyang na kerabat erat keu geu analisa leubeh lanjot kovariansi antara pensinyalan hormon bungong ngon induksi OD.
Untuk jeut tacok peta keseluruhan tentang plastisitas dan struktur metabolom ôn tembakau herbivora, kamoe pakek analisis dan alur kerja perhitungan yang ka dikembangkan seugolom jih untuk secara komprehensif mengumpulkan dan dekonvolusi data resolusi tinggi spektrum MS/MS independen dari ekstrak tanaman ( 9 ). Metode hana diferensiasi nyo (dikheun MS/MS) jeut dibangun spektrum senyawa non-redundansi, yeng ludoe jeut dipakek untuk mandum analisis tingkat senyawa yeng dijeulahkan di sino. Metabolit-metabolit tumbuhan nyang ka dekonvolusi nyoe na macam-macam jeunèh, nyang meuasoë meureutôh sampoë meuribèë metabolit (kira-kira 500-1000-s/MS/MS disinoë). Di sinoe, kamoe meuanggap plastisitas metabolisme lam kerangka teori informasi, ngon meukoe keragaman ngon profesionalisme metabolom berdasarkan entropi Shannon dari distribusi frekuensi metabolisme. Deungon geungui rumus (8) nyang ka geulaksanakan seugolom jih, kamoe meuhitong saboh rangkaian indikator nyang jeuet geungui keu geu uko keragaman metabolom (indikator Hj), spesialisasi profil metabolisme (indikator δj) ngon spesifisitas metabolisme saboh metabolit (indikator Si) . Seulaen nyan, kamoe meuterapkan Indeks Plastisitas Jarak Relatif (RDPI) untuk meukoe induksi metabolom herbivora (Gambar 1A) (30). Lam kerangka statistik nyoe, kamoe meuperlakukan spektrum MS/MS seubagoe unit informasi dasar, dan meuproses kelimpahan relatif MS/MS jeut keu peta distribusi frekuensi, dan lheuh nyan meupakek entropi Shannon untuk memperkirakan keragaman metabolom dari nyan. Spesialisasi metabolom geu uko ngen spesifitas rata-rata spektrum MS/MS tunggal. Kareuna nyan, peningkatan kelimpahan padum-padum boh glah MS/MS lheuh induksi herbivora geuubah jeut keu induksi spektral, RDPI ngon spesialisasi, yaitu peningkatan indeks δj, kareuna metabolit nyang leubeh khusus dipeuhase ngon indeks Si nyang tinggi dipeuhase. Penurunan indeks keragaman Hj mencerminkan bahwa jumlah MS/MS nyang dihasilkan meukureng, atawa distribusi frekuensi profil meuubah lam arah nyang kureung seragam, seureuta meukureng ketidakpastian jih secara keseluruhan. Meulalui perhitungan indeks Si, jeut ta sorot MS/MS pat nyang di induksi le herbivora tertentu, sebalik jih, MS/MS pat nyang hana menanggapi induksi, nyang jeut keu indikator kunci untuk tapeubeda prediksi MT ngon OD.
(A) Deskriptor statistik nyang geungui keu herbivora (H1 sampoe Hx) induksi data MS/MS (RDPI), keragaman (indeks Hj), spesialisasi (indeks δj) ngon spesifisitas metabolit (indeks Si). Peningkatan tingkat spesialisasi (δj) menunjukkan bahwa, rata-rata, leubeh le metabolit spesifik herbivora nyang akan diproduksi, sedangkan penurunan keragaman (Hj) menunjukkan penurunan produksi metabolit atawa distribusi metabolit nyang hana rata lam peta distribusi. Nilai Si menilai peu metabolit nyan spesifik keu kondisi terteunte (di sinoe, herbivora) atawa sebalek jih dipeutheun bak tingkat nyang sama. (B) Diagram konseptual prediksi teori pertahanan nyang dipakek sumbu teori informasi. Teori OD geu prediksi bahwa serangan herbivora akan meningkatkan metabolit pertahanan, sehingga meningkatkan δj. Bak watee nyang sama, Hj menuron keureuna profil jih diorganisasi ulang menuju ketidakpastian informasi metabolisme nyang menuron. Teori MT geu prediksi bahwa serangan herbivora akan menyebabkan perubahan non-arah lam metabolom, sehingga meningkatkan Hj seubagoe indikator meningkatkan ketidakpastian informasi metabolisme ngon menyebabkan distribusi acak Si. Kamoe pih mengusulkan model campuran, MT nyang paleng get, dipat padum-padum boh metabolit deungon nilai pertahanan yang leubeh tinggi akan secara khusus meningkat (nilai Si yang tinggi), sedangkan yang laen menunjukkan respon acak (nilai Si yang leubeh rendah).
Deungon menggunakan deskriptor teori informasi, kamoe menafsirkan teori OD untok memprediksi bahwa perubahan metabolit khusus nyang diinduksi herbivora lam keadaan konstitutif nyang hana diinduksi akan menyebabkan (i) peningkatan spesifisitas metabolisme (indeks Si) mendorong spesifisitas metabolisme (indeks δj) Peningkatan) kelompok metabolit khusus terteunte ngon nilai pertahanan nyang leubeh tinggi. indeks) kareuna perubahan distribusi frekuensi metabolisme keu leubeh le distribusi tuboh leptin. Bak tingkat saboh metabolit, distribusi Si nyang meuatoe geuharapkan, dipat metabolit nyan akan geupeuék nilai Si meunurot nilai pertahanan jih (Gambar 1B). Bak seupanyang gareh nyoe, kamoe menjeulahkan teori MT untok memprediksi bahwa eksitasi akan menyebabkan (i) perubahan non-arah lam metabolit nyang menghasekan penurunan indeks δj, ngon (ii) peningkatan indeks Hj kareuna peningkatan ketidakpastian metabolisme. Atawa keacakan nyang jeuet diuko le entropi Shannon lam bentuk keragaman nyang umum. Adapun komposisi metabolisme, teori MT akan memprediksi distribusi acak Si. Meunyoe ta peutimang bahwa metabolit terteunte na diyub kondisi terteunte lam kondisi terteunte, ngon kondisi laen jih hana diyub kondisi terteunte, ngon nilai pertahanan jih bergantung bak lingkungan, kamoe cit mengusulkan model pertahanan campuran, dipat δj ngon Hj terdistribusi lam dua di sepanyang Si Peningkatan lam mandum arah, seudangkan metabolit terteunte nyang akan meningkatkan nilai pertahanan laen. pembagian (Gambar 1B).
Untuk geu uji prediksi teori pertahanan nyang ka geu definisikan lom bak sumbu deskriptor teori informasi, kamoe meu peu ek larva herbivora ahli (Ms) atawa generalis (Sl) bak oen Nepenthes pallens (Gambar 2A). Deungon geungui analisis MS/MS, kamoe meuteumee 599 spektrum MS/MS nyang hana redundan (file data S1) dari ekstrak metanol jaringan ôn nyang geukumpôi lheuëh geubri makan ulat. Meunyo tangui indeks RDPI, Hj, ngon δj keu ta visualisasikan rekonfigurasi asoe informasi lam file konfigurasi MS/MS, pola-pola nyang menarik (Gambar 2B). Tren keseluruhan nakeuh, lagee nyang geujelaskan le deskriptor informasi, kareuna ulat nyan sabe jipajoh ôn, tingkat mandum reorganisasi metabolisme meutamah dari watee u watee: 72 jeum lheuh herbivora jipajoh, RDPI meutamah signifikan. Dibandingkan deungon kontrol nyang hana rusak, Hj secara signifikan berkurang, nyang diseubabkan oleh peningkatan tingkat spesialisasi profil metabolisme, nyang diuko deungon indeks δj. Tren nyang jeulaih nyoe konsisten ngon prediksi teori OD, teutapi hana konsisten ngon prediksi utama teori MT, nyang peucaya bahwa perubahan acak (non-arah) lam tingkat metabolit dipakek seubagoe kamuflase pertahanan (Gambar 1B). Meskipun kandungan elicitor sekresi oral (OS) ngon perilaku peunajoh dari dua herbivora nyoe beda, peunajoh langsong awaknyan meuhasekan perubahan nyang saban bak arah Hj ngon δj seulama periode panen 24 jeum ngon 72 jeum. Saboh-saboh jih beda nyang teuka bak 72 jam RDPI. Dibandingkan ngon nyang diseubabkan le peunajoh Ms, keseluruhan metabolisme nyang dipicu le peunajoh Sl leubeh tinggi.
(A) Desain eksperimental: herbivora boh umum (S1) atawa ahli (Ms) geubri makan ngon ôn-ôn nyang ka geu-desalinasi nibak tanaman kendi, seudangkan keu herbivora simulasi, OS Ms (W + OSMs) geungui keu geutangani tusukan luka posisi ôn-ôn standar. S1 (W + OSSl) larva atawa ie (W + W). Kontrol (C) nakeuh ôn nyang hana rusak. (B) Induksibilitas (RDPI dibandengkan ngon grafik kontrol), indeks keragaman (indeks Hj) ngon spesialisasi (indeks δj) nyang dihitong keu peta metabolit khusus (599 MS/MS; file data S1). Bintang menunjukkan perbedaan signifikan antara peunajoh herbivora langsong ngon kelompok kontrol (Uji t siswa ngon uji t nyang meupasang, *P<0,05 ngon ***P<0,001). ns, hana peunteng. (C) Indeks resolusi watee utama (kotak biru, asam amino, asam organik ngon gula; file data S2) ngon spektrum metabolit khusus (kotak mirah 443 MS/MS; file data S1) lheuh perlakuan herbivora simulasi. Pita warna nyan mengacu bak interval keyakinan 95%. Bintang nyan menunjukkan perbedaan signifikan antara perawatan ngon kontrol [analisis varians kuadrat (ANOVA), diikuti oleh perbedaan signifikan jujur ​​Tukey (HSD) untuk perbandingan berganda post hoc, * P <0,05, ** P <0,01 Dan *** P <0,001]. (D) Spesialisasi plot hamburan ngon profil metabolit khusus (sampel nyang meu ulang-ulang ngon perlakuan nyang beda).
Untuk geu eksplorasi peue remodeling yang geu induksi le herbivora bak tingkat metabolom nyan tercermin bak perubahan tingkat metabolit individu, phon that kamoe fokus bak metabolit yang segolom jih geu peulajari bak oen Nepenthes pallens ngen resistensi herbivora yang ka terbukti. Amida fenolik nakeuh konjugat hidroksisinamamida-poliamin nyang mengumpulkan watee proses herbivora serangga ngon dituri jeut keu peukureung kinerja serangga (32). Kamoe meumita prekursor MS/MS nyang sesuai dan meugamba kurva kinetik kumulatif jih (Gambar S1). Hana hireun, turunan fenol yang hana terlibat secara langsong lam pertahanan teuhadap herbivora, lagee asam klorogenat (CGA) ngen rutin, geu atoe aleuh herbivora. Sebalik jih, herbivora jeut geupeuget amida fenol yang that poten. Peunajoh nyang sabe-sabe bak dua herbivora nyan geu peuhase spektrum eksitasi fenolamida nyang karap saban, ngon pola nyoe that jeulah keu sintesis de novo fenolamida. Fenomena nyang saban akan geuamati watee geujak jeulajah jalur glikosida diterpen 17-hidroksigeranil nonanediol (17-HGL-DTGs), nyang geupeuhase sejumlah rayeuk diterpen asiklik ngon fungsi anti-herbivora nyang efektif (33), nyang Ms Feeding geuprofilkan ngon ekspresi Sl Gambar1 nyang saban).
Kemungkenan kekurangan dari eksperimen peunajoh herbivora langsong nakeuh perbedaan tingkat konsumsi oen ngon watee peunajoh herbivora, nyang jeut keu payah untuk geupeugadeh efek spesifik herbivora nyang diseubabkan le luka ngon herbivora. Untuk leubeh get tapeuseuleusoe spesifitas spesies herbivora dari respon metabolisme ôn nyang geu induksi, kamoe meusimulasikan peunajoh larva Ms ngon Sl ngon cara segera neuterapkan OS nyang baroe dikumpoi (OSM ngon OSS1) keu tusukan standar W dari posisi ôn nyang konsisten. Prosedur nyoe geukheun perawatan W + OS, dan geu standarkan induksi deungon cara tepat watee mulai respon nyang dipeuteubiet le herbivora tanpa menyebabkan efek membingungkan dari perbedaan laju atawa jumlah kehilangan jaringan (Gambar 2A) (34). Deungon geungui pipeline analisis MS/MS ngon perhitungan, kamoe meuteumee 443 spektrum MS/MS (file data S1), nyang tumpang tindeh ngon spektrum nyang seugolom jih ka geurakit dari eksperimen pakan langsong. Analisis teori informasi dari kumpulan data MS/MS nyoe menunjukkan bahwa pemrograman ulang metabolom khusus oen ngen simulasi herbivora menunjukkan induksi spesifik OS (Gambar 2C). Secara khusus, dibandengkan ngon perawatan OSS1, OSM menyebabkan peningkatan spesialisasi metabolom bak 4 jam. Perlu diperhatikan bahwa dibandengkan ngen set data eksperimental peunajoh herbivora langsong, kinetika metabolisme yang divisualisasikan lam ruang dua dimensi menggunakan Hj dan δj sebagai koordinat dan arah spesialisasi metabolom sebagai respon terhadap perlakuan herbivora simulasi dari watee keu watee Meningkat konsisten (Gambar 2D). Bak watee nyang saban, kamoe meukira kandungan asam amino, asam organik ngon gula (file data S2) keu meunyelidiki peue keuh peningkatan keahlian metabolom nyang ditargetkan nyoe diseubabkan le rekonfigurasi metabolisme karbon pusat seubagoe tanggapan ateuh herbivora simulasi ( Gambar S2 ). Untuk leubeh get menjelaskan pola nyoe, kamoe memantau leubeh lanjot kinetika akumulasi metabolisme dari jalur fenolamida dan 17-HGL-DTG nyang ka dibahas seugolom jih. Induksi spesifik OS bak herbivora geu ubah jeut keu pola penataan ulang diferensial lam metabolisme fenolamida (Gambar S3). Amida fenolik nyang mengandong moieties kumarin ngon kafeoil leubeh get diinduksi uleh OSS1, seudangkan OSM memicu induksi spesifik konjugat ferulil. Untuk jalur 17-HGL-DTG, induksi OS diferensial oleh produk malonilasi hilir dan dimalonilasi dideteksi (Gambar S3).
Seulanjot jih, kamoe meurunoe plastisitas transkriptom nyang ji induksi le OS ngon ji pakek set data microarray perjalanan watee, nyang ji simulasikan penggunaan OSM keu ji peulaku oen oen tanaman rosette bak herbivora. Kinetika pengambilan sampel bak dasar jih tumpang tindeh ngon kinetika nyang dipakek lam studi metabolomik nyoe (35). Dibandingkan ngon rekonfigurasi metabolom dipat plastisitas metabolisme khusus jih meningkat dari watee u watee, kamoe meuamati ledakan transkripsi transien bak oen-oen nyang diinduksi oleh Ms, dipat induksi transkriptom (RDPI) ngon spesialisasi (δj) na bak 1 Na peningkatan signifikan lam jam, ngon keragaman (Hj) secara signifikan meuikot ekspresi relax nyoe, the BMP1. nibak spesialisasi transkriptom (Gambar S4). Keluarga gen metabolisme (lagee P450, glikosiltransferase, ngon asiltransferase BAHD) berpartisipasi lam proses merakit metabolit kusuih dari unit struktural nyang berasal dari metabolisme primer, mengikuti model spesialisasi tinggi awai nyang disebutkan dilee. Seubagoe studi kasus, jalur fenilalanin geuanalisis. Analisis nyan geu konfirmasi bahwa gen inti lam metabolisme fenolamida that geu induksi OS bak herbivora dibandengkan ngen bungong yang hana tertarik, dan sejajar that lam pola ekspresi jih. Faktor transkripsi MYB8 ngon gen struktural PAL1, PAL2, C4H ngon 4CL bak hulu jalur nyoe geutunyok awal transkripsi. Asiltransferase nyang berperan lam perakitan akhe fenolamida, lagee AT1, DH29, ngon CV86, menunjukkan pola upregulasi nyang berkepanjangan (Gambar S4). Pengamatan di ateuh geu tunjukkan bahwa dimulai awai spesialisasi transkriptom ngon peningkatan spesialisasi metabolomik selanjut jih adalah mode nyang meugabong, nyang mungken disebabkan oleh sistem pengaturan sinkron nyang geu mulai respon pertahanan nyang kuat.
Rekonfigurasi lam pensinyalan hormon bungong bertindak sebage lapisan pengatur yang mengintegrasikan informasi herbivora keu memprogram ulang fisiologi bungong Lheueh simulasi herbivora, kamoe meu uko dinamika kumulatif kategori hormon tanaman kunci dan meuvisualisasikan ko-ekspresi temporal antara awaknyan [Koefisien korelasi Pearson (PCC)> 0,4] (Gambar 3A). Lage yang geu harapkan, hormon bungong yang na hubungan ngen biosintesis nyan na hubungan lam jaringan ko-ekspresi hormon bungong. Seulaen nyan, spesifisitas metabolisme (indeks Si) dipeutakan keu jaringan nyoe keu menyorot hormon bungong yang diinduksi oleh perawatan yang berbeda. Dua bidang utama dari respon spesifik herbivora nyang digamba: saboh na lam kluster JA, dipat JA (bentuk aktif biologis jih JA-Ile) ngon turunan JA laen jih jipeuleumah skor Si nyang paleng manyang; nyang laén nakeuh etilena (ET). Gibberellin hanya geu peutunyok peningkatan moderat bak spesifisitas herbivora, sedangkan hormon bungong laen, lagee sitokinin, auksin, ngen asam absisit, na spesifisitas induksi yang rendah keu herbivora. Dibandingkan deungon geupake W + W mantong, amplifikasi nilai puncak turunan JA melalui aplikasi OS (W + OS) bak dasar jih jeut geuubah jeut keu indikator spesifik JA nyang teuga. Hana teuduga, OSM ngon OSS1 ngon kandungan elicitor nyang beda dituri menyebabkan akumulasi JA ngon JA-Ile nyang saban. Berbeda ngon OSS1, OSM secara spesifik dan teuga di induksi le OSM, sedangkan OSS1 hana memperkuat respon luka basal (Gambar 3B).
(A) Analisis jaringan ko-ekspresi berdasarkan perhitungan PCC simulasi kinetika akumulasi hormon tanaman yang diinduksi oleh herbivora. Simpul nyan mewakili saboh hormon bungong, dan ukuran simpul nyan mewakili indeks Si yang spesifik keu hormon bungong antara perawatan. (B) Akumulasi JA, JA-Ile dan ET lam ôn nyang diseubabkan lé perlakuan nyang meulaén-laén nyang geutunyok lé warna nyang meulaén-laén: boh aprikot, W + OSM; biru, W + OSSl; itam, W + W; abu-abu, C (kontrol) . Bintang menunjukkan perbedaan signifikan antara perawatan dan kontrol (ANOVA dua arah diikuti oleh perbandingan berganda post hoc Tukey HSD, *** P <0,001). Analisis teori informasi (C)697 MS/MS (file data S1) lam biosintesis JA ngon spektrum persepsi nyang rusak (irAOC ngon irCOI1) ngon (D)585 MS/MS (file data S1) lam ETR1 ngon sinyal ET nyang rusak Dua rencana kontrol gareh herbivora simulasi ngon rencana vekel nyang dipicu. Bintang menunjukkan perbedaan signifikan antara perlakuan W+OS dan kontrol yang hana rusak (ANOVA dua arah yang diikuti oleh perbandingan berganda post hoc Tukey HSD, *P<0,05, **P<0,01 dan ***P<0,001). (E) Grafik nyang meuceu-ceu dari oposisi nyang meuceu-ceu teuhadap spesialisasi. Warna-warna nyan mewakili strain nyang ji modifikasi seucara genetik nyang beda; simbol-simbol nyan mewakili cara pengobatan nyang berbeda: lhee sagoe, W + OSS1; sagoe panyang, W + OSM; bulat C
Selanjut jih, kamoe pakek galur Nepenthes yang kaleuh geu modifikasi secara genetik (irCOI1 dan sETR1) lam langkah-langkah kunci biosintesis JA dan ET (irAOC dan irACO) dan persepsi (irCOI1 dan sETR1) keu geu analisa metabolisme dua hormon bungong nyoe bak kontribusi pemrograman ulang herbivora yang relatif. Konsisten ngon eksperimen seugolom jih, kamoe meukonfirmasi induksi herbivora-OS bak tanaman pembawa kosong (EV) (Gambar 3, C sampoe D) ngon penurunan keseluruhan indeks Hj nyang diseubabkan le OSM, seudangkan indeks δj meutamah. Respon nyan leubeh deuh nibak respon nyang dipicu le OSS1. Grafik dua gareh nyang geungui Hj ngon δj seubagoe koordinat geupeuleumah deregulasi nyang spesifik (Gambar 3E). Tren nyang paleng jeulah nakeuh bak strain nyang hana sinyal JA, keragaman metabolom ngon perubahan spesialisasi nyang diseubabkan le herbivora karap mandum geuhilangkan (Gambar 3C). Sebalik jih, persepsi ET nyang hana su bak bungong sETR1, meskipun efek keseluruhan bak perubahan metabolisme herbivora jioh leubeh miyup daripada pensinyalan JA, geupeuleumoh perbedaan indeks Hj ngon δj antara eksitasi OSM ngon OSS1 (Gambar 3D ngon Gambar S5). . Nyoe menunjukkan bahwa selain fungsi inti transduksi sinyal JA, transduksi sinyal ET pih berfungsi sebage penyetelan halus respon metabolisme spesifik spesies herbivora. Konsisten ngen fungsi penyetelan halus nyoe, hana perubahan induksi metabolom secara keseluruhan bak tanaman sETR1. Di sisi laen, dibandengkan ngen tanaman sETR1, tanaman irACO menginduksi amplitudo keseluruhan perubahan metabolisme yang sama yang disebabkan oleh herbivora, tapi menunjukkan skor Hj dan δj yang signifikan berbeda antara tantangan OSM dan OSS1 (Gambar S5).
Untuk geuidentifikasi metabolit khusus nyang na kontribusi peunteng keu respon spesifik spesies herbivora ngon geusetel produksi jih melalui sinyal ET, kamoe geupakek metode MS/MS struktural nyang ka geukembangkan seugolom jih. Metode nyoe meuandalkan metode bi-clustering untuk menyimpulkan kembali keluarga metabolisme dari fragmen MS/MS [produk titik normal (NDP)] dan nilai kesamaan berdasarkan kehilangan netral (NL). Himpunan data MS/MS nyang ji bangun lewat analisis gareh transgenik ET ji peuhase 585 MS/MS (file data S1), nyang ji peuseuleusoe ngen ji kelompokkan jeut keu tujoh modul MS/MS utama (M) (Gambar 4A). Padum-padum boh modul nyoe padat ngon metabolit khusus nyang ka geucirikan seugolom jih: miseu jih, M1, M2, M3, M4 ngon M7 kaya ngon berbagai turunan fenol (M1), glikosida flavonoid (M2), gula asil (M3 Dan M4), ngon 17-HGL-DTG (7M). Seulaen nyan, informasi spesifik metabolisme (indeks Si) dari saboh metabolit lam tiep-tiep modul dihitong, ngon distribusi Si jih jeuet dikalon seucara intuitif. Singkat jih, spektrum MS/MS nyang geupeuleumah spesifisitas herbivora ngon genotipe nyang tinggi geutandai ngon nilai Si nyang tinggi, ngon statistik kurtosis geupeuleumah distribusi bulu bak sagoe iku uneun. Salah saboh distribusi koloid ramping lagee nyan jiteumee bak M1, di pat fenol amida jipeuleumah fraksi Si nyang paleng manyang (Gambar 4B). 17-HGL-DTG induksi herbivora nyang ka geuseubot seugolom jih bak M7 geupeuleumah skor Si nyang moderat, nyang geupeuleumah tingkat regulasi diferensial nyang moderat antara dua boh jenis OS. Seubalek jih, sebagian rayeuk metabolit kusuih nyang diproduksi seucara konstitutif lagee rutin, CGA, ngon saka asil nakeuh salah saboh nilai Si nyang paleng miyub. Untuk leubeh get mengeksplorasi kompleksitas struktural ngon distribusi Si antara metabolit khusus, jaringan molekuler dibangun keu tiep modul (Gambar 4B). Prediksi peunteng dari teori OD (dirangkum lam gambar 1B) nakeuh bahwa reorganisasi metabolit khusus aleuh herbivora harus menyebabkan perubahan saboh arah bak metabolit deungon nilai pertahanan yang tinggi, terutama deungon meningkatkan spesifisitas jih (seubalek jih distribusi acak) Mode) Metabolit pertahanan yang diprediksi oleh teori MT. Seubagian rayeuk turunan fenol nyang meutamah lam M1 secara fungsional na hubungan ngon penurunan kinerja serangga (32). Bak tapeubandeng nilai Si lam metabolit M1 antara ôn induksi ngon ôn konstituen tanaman kontrol EV bak 24 jeum, kamoe meuamati bahwa spesifisitas metabolisme le metabolit lheuh serangga herbivora na tren peningkatan nyang signifikan (Gambar 4C). Peningkatan spesifik nilai Si nyang dideteksi hanya bak fenolamida defensif, tapi hana peningkatan nilai Si nyang dideteksi bak fenol laen ngon metabolit nyang hana dituri nyang eksis bersama lam modul nyoe. Nyo adalah model khusus, yeng na hubungan deungen teori OD. Prediksi utama perubahan metabolisme yang disebabkan oleh herbivora konsisten. Untuk geutes peu keukhususan spektrum fenolamida nyoe geu induksi le ET spesifik OS, kamoe meu plot indeks metabolit Si dan menyebabkan nilai ekspresi diferensial antara OSM ngon OSS1 lam genotipe EV ngon sETR1 (Gambar 4D ). Lam sETR1, perbedaan nyang dipicu le phenamide antara OSM ngon OSS1 that meukureng. Metode bi-clustering pih geuterapkan keu data MS/MS nyang geukumpoi lam strain ngon JA nyang hana sep keu geusimpulkan modul MS/MS utama nyang berhubungan ngon spesialisasi metabolisme nyang diatur JA (Gambar S6).
(A) Hase clustering 585 MS/MS berdasarkan fragmen bersama (kesamaan NDP) dan kehilangan netral bersama (kesamaan NL) menghasilkan modul (M) konsisten ngon keluarga senyawa nyang dituri, atawa le komposisi Metabolit nyang hana dituri atawa hana get dimetabolisme. Di bineh tiep-tiep modul, geupeuleumah distribusi (Si) spesifik metabolit (MS/MS). (B) Jaringan molekuler modular: Simpul mewakili MS/MS dan tepi, NDP (mirah) dan NL (biru) nilai MS/MS (cut-off,> 0,6). Indeks spesifitas metabolit nyang geubri tingkat (Si) geuwarnai berdasarkan modul (wi) ngon geupetakan keu jaringan molekuler (uneun). (C) Modul M1 dari tanaman EV lam keadaan konstitutif (kontrol) ngon induksi (herbivora simulasi) bak 24 jeum: diagram jaringan molekuler (nilai Si nakeuh ukuran simpul, fenolamida pertahanan disorot ngon warna biru). (D) Diagram jaringan molekuler M1 dari gareh spektrum sETR1 ngon persepsi EV ngon ET nyang rusak: senyawa fenolik nyang diwakili le node bulat ijo, ngon perbedaan signifikan (nilai P) antara perlakuan W + OSM ngon W + OSS1 seubagoe ukuran Node. CP, N-kafeoil-tirosin nyang na; CS, N-kafeoil-spermidin; FP, asam N-ferulat ester-asam urat; FS, N-ferulil-spermidin; CoP, N', N "-Kumarolil-tirosin; DCS, N', N"-Dikafeoil-Spermidin; CFS, N', N”-kafeoil, feruloil-spermidin; Lisium barbarum lam Putra serigala; Nick. O-AS, gula O-asil.
Kamoe leubeh lanjot meupeuluah analisis dari saboh genotip Nepenthes yang leumoh keu populasi alami, dimana perubahan intraspesifik yang teuga bak tingkat JA herbivora dan tingkat metabolit spesifik kaleuh dijelaskan segolom jih bak populasi alami (26). Gunakan data nyoe keu 43 boh germplasma. Germplasma nyoe terdiri dari 123 jenis bungong dari N. pallens Tanaman nyoe geucok dari benih nyang geukumpoi bak habitat asli nyang beda di Utah, Nevada, Arizona, ngon California (Gambar S7), kamoe meuhitong keragaman metabolom (disinoe geukheun tingkat populasi) keragaman β) ngon spesialisasi nyang diseubabkan le OSM. Konsisten ngon penelitian seugolom jih, kamoe meuamati berbagai perubahan metabolisme di sepanyang sumbu Hj ngon δj, menunjukkan bahwa germplasma na perbedaan signifikan lam plastisitas respon metabolisme jih keu herbivora (Gambar S7). Organisasi nyoe keuingat keu pengamatan seugolom jih teuntang rentang dinamis perubahan JAs nyang diseubabkan le herbivora, dan ka geupeutheun nilai nyang that tinggi lam saboh populasi (26, 36). Deungon geupake JA ngon JA-Ile keu geutes korelasi tingkat keseluruhan antara Hj ngon δj, kamoe meuteumee bahwa na korelasi positif nyang signifikan antara JA ngon indeks keragaman ngon spesialisasi metabolom β (Gambar S7). Nyoe menunjukkan bahwa heterogenitas yang diinduksi oleh herbivora lam induksi JAs yang dideteksi bak tingkat populasi mungken disebabkan oleh polimorfisme metabolisme kunci yang disebabkan oleh seleksi dari herbivora serangga.
Penelitian segolom jih kaleuh menunjukkan bahwa jenis tembakau that berbeda lam jenis ngon ketergantungan relatif bak pertahanan metabolisme induksi ngon konstitutif. Geu peucaya bahwa perubahan transduksi sinyal anti-herbivora ngen kemampuan pertahanan nyoe geu atoe oleh tekanan populasi serangga, siklus udep bungong, ngen biaya produksi pertahanan bak relung pat spesies terteunte timoh. Kamoe meurunoe konsistensi pemodelan metabolom oen yang geu induksi oleh herbivora dari nam spesies Nicotiana yang asli dari amerika utara ngen amerika selatan. Jeunèh jeunèh nyoë meuhubông that ngon Nepenthes Amirika Utara, nyakni Nicolas Bociflo. La, N. nikotin, Nikotiana n. naleuëng nyang ka leumoh, Nicotiana tabacum, tembakau linier, tembakau (Nicotiana spegazzinii) ngon tembakau ôn tembakau (Nicotiana obtusifolia) (Gambar 5A) (37). Nam boh spesies nyoe, termasuk spesies yang geucirikan get N. silahkan, nyan bungong thon dari clade petunia, dan obtusifolia N. nyan bungong keras dari clade adek Trigonophyllae (38). Setelah nyan, induksi W + W, W + OSM dan W + OSS1 dipeuget bak tujoh spesies nyoe keu dipeulajari penataan ulang metabolisme tingkat spesies bak peunajoh serangga.
(A) Saboh bak filogenetik bootstrap berdasarkan kemungkinan maksimum [untuk sintesis glutamin nuklir (38)] dan distribusi geografis tujoh spesies Nicotiana nyang na hubungan erat (warna nyang beda) (37). (B) Plot hamburan keragaman khusus keu profil metabolisme tujoh spesies Nicotiana (939 MS/MS; file data S1). Bak tingkat spesies, keragaman metabolom berkorelasi negatif ngen tingkat spesialisasi. Analisis korelasi tingkat spesies antara keragaman metabolisme ngon spesialisasi ngon akumulasi JA geupeuleumah bak Gambar 2. S9. Warna, meulaén-laén jeunèh; lhee sagoe, W + OSS1; sagoe panyang, W + OSM; (C) Dinamika Nicotiana JA ngon JA-Ile geubri peringkat meunurot amplitudo eksitasi OS (ANOVA dua arah ngon Tukey HSD pasca-perbandingan, * P <0,05, ** P <0,01 ngon * ** Untuk perbandingan W + OS ngon W + W, P <0,001). Plot kotak dari (D) keragaman dan (E) spesialisasi dari tiep-tiep spesies lheuh mensimulasikan herbivora dan metil JA (MeJA). Bintang nyan menunjukkan perbedaan signifikan antara W + OS dan W + W atau lanolin ditambah W (Lan + W) atau Lan ditambah MeJA (Lan + MeJa) dan kontrol Lan (analisis varians dua arah, diikuti oleh perbandingan berganda post hoc HSD Tukey , *P<0,05, **P<0,01 dan).
Deungon cara kluster ganda, kamoe meuidentifikasi 9 modul 939 MS/MS (file data S1). Komposisi MS/MS nyang geukonfigurasi ulang le perlakuan nyang beda that bervariasi di antara modul nyang beda antar spesies (Gambar S8). Meugambakan Hj (disebut di sinoe sebagai γ-diversitas tingkat spesies) ngen δj mengungkapkan bahwa spesies yang berbeda mengagregasi jeut keu kelompok yang that berbeda bak ruang metabolisme, dipat pembelahan tingkat spesies biasa jih leubeh menonjol daripada eksitasi. Deungon pengecualian N. linear ngon N. obliquus, awaknyan jipeuleumah rentang efek induksi dinamis nyang luah (Gambar 5B). Sebalik jih, spesies lagee N. purpurea ngen N. obtusifolia na respon metabolisme yang kureung jeulah terhadap pengobatan, tapi metabolom jih leubeh beragam. Distribusi spesifik spesies bak respon metabolisme nyang geu induksi geu peuhase hubungan negatif nyang signifikan antara spesialisasi ngon keragaman gamma (PCC = -0,46, P = 4,9×10-8). Perubahan yang diinduksi oleh OS bak tingkat JAs berkorelasi positif ngen spesialisasi metabolom, dan berkorelasi negatif ngen keragaman gamma metabolisme yang dipeudeuh oleh maseng-maseng spesies (Gambar 5B dan Gambar S9). Perlu diperhatikan bahwa spesies yang secara bahasa sehari-hari disebut sebagai spesies “respon sinyal” lam Gambar 5C, lagee nematoda Nepenthes, Nepenthes Nepenthes, Nepenthes akut, dan Nepenthes yang leumoh, menyebabkan tanda-tanda yang signifikan bak 30 menit. Wabah JA ngon JA-Ile nyang spesifik OS baroe-baroe nyoe, seudangkan bakteri laen nyang geukheun “sinyal hana tanggap”, lagee pabrek Nepenthes, Nepenthes bubuk ngon N. Bak tingkat metabolisme, lagee nyang ka geukheun di ateuh, keu Nepenthes nyang ka leumoh, zat nyang responsif sinyal geupeuleumah spesifitas OS ngon signifikan meningkatkan δj, seureuta geupeukureung Hj. Efek priming spesifik OS nyoe hana jiteumee bak spesies nyang jiklasifikasikan seubagoe spesies non-reaktif sinyal (Gambar 5, D ngon E). Metabolit spesifik OS leubeh seureng dibagi antara spesies yang responsif sinyal, dan kelompok sinyal nyoe berkelompok ngen spesies ngen respon sinyal yang leubeh leumoh, sedangkan spesies ngen respon sinyal yang leubeh leumoh menunjukkan saleng ketergantungan yang leubeh kureung (Gambar S8). Hase nyoe menunjukkan bahwa induksi spesifik OS JAs ngen rekonfigurasi spesifik OS metabolom hilir digabongkan bak tingkat spesies.
Seulaen nyan, kamoe pakek pasta lanolin nyang mengandung metil JA (MeJA) untuk meurawat tanaman untuk menyelidiki peu mode-mode penggabungan nyoe dibatasi le ketersediaan JA nyang diterapkan le JA eksogen, nyang akan na lam sitoplasma tanaman. Deesterifikasi nyang bagah nakeuh JA. Kamoe meuteumee tren nyang saban dari perubahan bertahap dari spesies nyang responsif sinyal keu spesies nyang hana responsif sinyal nyang diseubabkan le pasokan JA nyang sabe-sabe (Gambar 5, D dan E). Singkat jih, perawatan MeJA that geu program ulang metabolom nematoda linier, N. obliquus, N. aquaticus, N. pallens, ngon N. mikimotoi, nyang geu peuhase peningkatan δj nyang signifikan ngon penurunan Hj. N. purpurea hanya menunjukkan peningkatan δj, tapi hana Hj. N. obtusifolia, nyang seugolom jih ka terbukti mengumpulkan tingkat JA nyang that miyup, pih hana get menanggapi perawatan MeJA lam hal rekonfigurasi metabolom. Hase nyoe menunjukkan bahwa produksi JA atau transduksi sinyal secara fisiologis terbatas bak spesies yang hana merespon sinyal. Keu geu uji hipotesis nyoe, kamoe meurunoe peuet boh spesies (N. pallens, N. pabrek, N. pink ngon N. mikrofila) nyang geu induksi le W + W, W + OSMs ngon W + OSS1 Transkriptom (39). Konsisten ngen pola remodeling metabolom, spesies nyan teupisah ngen get lam ruang transkriptom, di antara jih N. attenuated menunjukkan RDPI yang paleng manyang yang diinduksi oleh OS, sedangkan N. gracilis yang paleng rendah (Gambar 6A). Namun, geu teume bahwa keragaman transkriptom yang geu induksi oleh N. oblonga nyan yang paleng miyup diantara peut spesies, bertentangan ngen keragaman metabonomik N. oblonga yang paleng manyang yang segolom jih geu peutunyok bak tujoh spesies. Studi segolom jih kaleuh geu peutunyok bahwa seperangkat gen nyang berhubungan ngen sinyal pertahanan awai, termasuk sinyal JA, menjelaskan spesifisitas respon pertahanan awai nyang geu induksi oleh elicitor nyang berhubungan ngen herbivora bak spesies Nicotiana (39). Meubandeng jalur pensinyalan JA antara peut spesies nyoe meungkap pola nyang menarik (Gambar 6B). Sebagian besar gen bak jalur nyoe, lagee AOC, OPR3, ACX ngen COI1, geu peutunyok tingkat induksi yang relatif tinggi bak peut spesies nyoe. Namun, gen kunci, JAR4, geu ubah JA jeut keu bentuk aktif biologis transkrip nyang geu akumulasikan JA-Ile, ngon tingkat transkripsi jih that miyup, terutama bak N. mills, Nepenthes pieris ngon N. microphylla. Seulaen nyan, hanya transkrip gen AOS laen nyang hana ji deteksi bak N. bifidum. Perubahan ekspresi gen nyoe mungken bertanggung jawab ateuh fenotip ekstrim yang geu induksi oleh produksi JA yang rendah bak spesies anergik sinyal ngen induksi N. gracilis.
(A) Analisis teori informasi dari pemrograman ulang respon transkripsi awai dari peut spesies tembakau nyang na kerabat erat nyang geucok sampel 30 minet aleuh induksi herbivora. RDPI geuhitong ngon cara geubandingkan ôn nyang geu induksi lé OS herbivora ngon kontrol luka. Warna-warna nyan geutunyok spesies nyang meulaén, ngon simbol-simbol nyan geutunyok cara peuubat nyang meulaén. (B) Analisis ekspresi gen bak jalur pensinyalan JA bak peut spesies. Jalur JA nyang ka geupeusederhana nyan geupeuleumah bak binèh plot kotak. Warna nyang meulaén-laén nyan tanda cara peugot nyang meulaén-laén. Bintang nyan menunjukkan bahwa na perbedaan signifikan antara perlakuan W + OS ngon kontrol W + W (untuk t-test Student untuk perbedaan pasangan, *P<0,05, **P<0,01 dan ***P<0,001). OPDA, asam 12-oksofitodienoat; OPC-8: asam 0,3-okso-2(2′(Z)-pentenil)-siklopentan-1-oktanoat.
Bak bagian akhe, kamoe meurunoe kiban cara remodeling spesifik serangga bak metabolom spesies bungong nyang berbeda jeut tahan terhadap herbivora. Penelitian seugolom jih geu teukankan genus Nicotiana. Resistensi awaknyan keu Ms ngon larva that meubeda (40). Di sinoe, kamoe meurunoe hubungan antara model nyoe ngon plastisitas metabolisme awak nyan. Meunyo tangui peuet boh spesies tembakau di ateuh, ngon ta uji korelasi antara keragaman ngon spesialisasi metabolom nyang diseubabkan le herbivora ngon resistensi tanaman keu Ms ngon Sl, kamoe meuteumee resistensi, keragaman ngon spesialisasi keu generalis Sl Mandum nyan berkorelasi positif, sedangkan korelasi antara keragaman ahli ladies hana ngon, Gambar S10). Mengenai resistensi S1, N. chinensis ngen N. gracilis yang ka leumoh, yang segolom jih geu peudeuh tingkat transduksi sinyal JA ngen plastisitas metabolom, na respon yang that beda terhadap induksi herbivora, dan awaknyan pih geu peutunyok resistensi yang tinggi yang sama. Seks.
Lam nam ploh thon teurakhe, teori pertahanan bungong kaleuh geubi kerangka teoritis, berdasarkan nyan para peneliti kaleuh geu prediksi sejumlah rayeuk evolusi ngen fungsi metabolit khusus bungong. Seubagian rayek teori nyo hana meuikot prosedur normal kesimpulan nyang teuga (41). Awak nyan ji usulkan prediksi kunci (3) bak tingkat analisis nyang sama. Wate pengujian prediksi kunci memungkenkan teori terteunte keu ji analisis, nyo akan geupeuget lapangan nyan maju. Beu jidukung, tapi jitulak gob (42). Sebalek jih, teori baroe ji peuget prediksi bak tingkat analisis nyang beda ngon ji tamah lapisan baroe pertimbangan deskriptif (42). Namun, dua teori nyang diusulkan bak tingkat fungsional, MT ngon OD, jeuet dijelaskan deungon mudah seubagoe prediksi peunteng dari perubahan metabolisme khusus nyang diseubabkan uleh herbivora: Teori OD peucaya bahawa perubahan "ruang" metabolisme khusus that berarah. Teori MT peucaya bahawa perubahan nyoe akan hana berarah ngon na secara acak bak ruang metabolisme, ngon cenderung na metabolit nilai pertahanan nyang tinggi. Peumeuriksan seugolom jih prediksi OD ngon MT kaleuh ji uji ngon ji pakek set sempit senyawa "pertahanan" apriori. Tes metabolit-sentris nyoe geucegah kemampuan keu menganalisis luah ngen lintasan rekonfigurasi metabolom selama herbivora Di sinoe, kamoe meupakek teknologi inovatif lam metabolomik berdasarkan MS komputasi ngon geupeugot analisis MS dekonvolusi lam mata uang umum deskriptor teori informasi keu geutes perbedaan antara dua nyang geuusulkan bak tingkat metabolomik global. Prediksi kunci dari teori nyo. Teori informasi kaleuh diterapkan lam le bidang, terutama lam konteks keanekaragaman hayati ngon penelitian aliran nutrisi (43). Namun, seujioh nyang tanyoe teupeu, nyoe keuh aplikasi phon nyang geu pakek keu geu gamba ruang informasi metabolisme bungong ngon geupeuleuh masalah ekologi nyang meukaet ngon perubahan metabolisme siat seubagoe respon terhadap isyarat lingkungan. Secara khusus, kemampuan metode nyoe terletak bak kemampuan jih keu geu bandingkan pola lam ngen antara spesies bungong keu geu periksa kiban herbivora kaleuh berevolusi dari spesies yang beda keu pola makroevolusi antar spesies bak tingkat evolusi yang beda Metabolisme nyan.
Analisis komponen utama (PCA) meuubah himpunan data multivariat jeut keu ruang reduksi dimensi sampoe tren utama data jeut dipeujeulah, sehingga biasa jih dipakek seubagoe teknik eksplorasi untok menganalisis himpunan data, lagee metabolom dekonvolusi. Namun, reduksi dimensi akan gadeh sebagian dari asoe informasi lam himpunan data, dan PCA hanjeut geubri informasi kuantitatif tentang karakteristik yang that relevan ngen teori ekologi, lagee: kiban herbivora geukonfigurasi ulang keragaman lam bidang khusus (misal jih, kekayaan, distribusi) dan kelimpahan) metabolit? Metabolit pat yang jeut keu prediktor keadaan induksi herbivora terteunte? Bak perspektif spesifisitas, keragaman ngen induksi, asoe informasi profil metabolit spesifik oen ka terurai, dan diteume bahwa makanan herbivora jeut mengaktifkan metabolisme spesifik. Hana teusangka-sangka, kamoe meuamati bahwa, lagee nyang dipeugah lam indikator teori informasi nyang dipeulaku, situasi metabolisme nyang dihasekan na tumpang tindeh nyang rayeuk lheuh serangan dua boh herbivora (generalis Sl nyang dijok makan malam) ngon ahli Solanaceae Ms. Pemula konjugat asam lemak-asam amino (FAC) lam OS (31). Deungon geupake OS herbivora keu geu peu ubat luka tusukan standar, pengobatan herbivora simulasi pih geu peutunyok tren nyang saban. Prosedur standar nyoe keu simulasi respon bungong keu serangan herbivora geupeugadeh faktor-faktor nyang meuganggu nyang diseubabkan le perubahan perilaku makan herbivora, nyang menyebabkan berbagai tingkat kerusakan bak watee nyang berbeda (34). FAC, nyang jiteupeu seubagoe peunyebab utama OSM, ji peukureung JAS ngon respon hormon tanaman laen lam OSS1, seudangkan OSS1 ji peukureung meureutoh kali (31). Namun, OSS1 menyebabkan tingkat akumulasi JA nyang sama dibandengkan ngon OSM. Seugolom jih ka geutunyok bahwa respon JA bak Nepenthes nyang ka leumoh that sensitif keu OSM, dipat FAC jeuet geupeutheun aktivitas jih bah pih geuencerkan 1:1000 ngon ie (44). Kareuna nyan, meunyo tabandeng ngon OSM, bah pih FAC lam OSS1 that miyup, tapi cukop untuk induksi wabah JA nyang cukop. Studi segolom jih kaleuh geu peutunyok bahwa protein lagee porin (45) ngen oligosakarida (46) jeut geu gunakan sebage petunjuk molekuler keu memicu respon pertahanan bungong bak OSS1. Namun, mantong hana jeulaih peu elicitor nyoe lam OSS1 bertanggung jawab ateuh akumulasi JA nyang diamati lam penelitian saat nyoe.
Meskipun na bacut penelitian yang menggambarkan sidik jari metabolisme diferensial yang disebabkan oleh penerapan herbivora yang berbeda atau JA atau SA eksogen (asam salisilat) (47), hana yang kaleuh mengganggu gangguan spesifik spesies herbivora lam jaringan naleung bungong dan efek jih bak sistem metabolisme secara keseluruhan secara keseluruhan. informasi pribadi. Analisis nyoe leubeh lanjot geu konfirmasi bahwa hubungan jaringan hormon internal ngen hormon bungong laen selaen JA geu bentuk spesifisitas reorganisasi metabolisme yang disebabkan oleh herbivora. Secara khusus, kamoe meudeteksi bahwa ET nyang diseubabkan le OSM secara signifikan leubeh rayeuk dari nyang diseubabkan le OSS1. Modus nyoe konsisten ngon leubeh le asoe FAC lam OSM, nyang merupakan syarat nyang peureulee dan cukop untuk memicu ET burst (48). Lam konteks interaksi antara bungong ngen herbivora, fungsi pensinyalan ET bak dinamika metabolit spesifik bungong manteng sporadis dan hanya geutargetkan saboh kelompok senyawa Seulaen nyan, sebagian rayeuk penelitian ka geu pakek aplikasi eksogen ET atawa precursor jih atawa berbagai inhibitor keu geu pelajari regulasi ET, di antara jih aplikasi kimia eksogen nyo akan geu peuhase le efek samping non-spesifik. Keu peungetahuan kamoe, penelitian nyoe mewakili pemeriksaan sistematis skala rayeuk phon peran ET lam penggunaan ET keu ji produksi ngon ji persepsikan tanaman transgenik nyang rusak keu ji koordinasikan dinamika metabolom tanaman. Induksi ET spesifik herbivora bak akhe jih jeut memodulasi respon metabolom. Nyang paleng signifikan adalah manipulasi transgenik gen biosintesis ET (ACO) ngon persepsi (ETR1) nyang ji peugah akumulasi de novo spesifik herbivora fenolamida. Seugolom jih ka geutunyok bahwa ET jeuet geupeusempurna akumulasi nikotin nyang geu induksi le JA deungon geu atoe N-metiltransferase putrescine (49). Namun, dari sudut pandang mekanis, hana jeulah kiban cara ET menyetel induksi phenamide. Seulaen fungsi transduksi sinyal ET, fluks metabolisme cit jeuet dialih keu S-adenosil-1-metionin untok mengatue investasi lam poliaminofenol amida. S-adenosil-1-metionin adalah ET ngon perantara umum dari jalur biosintesis poliamin. Mekanisme nyang sinyal ET mengatue tingkat fenolamida perle dipeulajari leubeh lanjot.
Selama trep, karena le that metabolit khusus ngen struktur yang hana dituri, perhatian yang intens keu kategori metabolisme terteunte hana jeut menilai secara ketat perubahan temporal keanekaragaman metabolisme aleuh interaksi biologis. Bak saat nyoe, berdasarkan analisis teori informasi, hasee utama dari akuisisi spektrum MS/MS berdasarkan metabolit yang hana bias adalah bahwa herbivora yang geupajoh atau geusimulasikan herbivora sabe geupeukureung keragaman metabolisme keseluruhan metabolom oen sambil meningkatkan tingkat spesialisasi jih. Peningkatan spesifisitas metabolom sementara nyoe nyang disebabkan oleh herbivora nyan na hubungan ngen peningkatan sinergis spesifisitas transkriptom. Fitur yang paleng le berkontribusi bak spesialisasi metabolom yang leubeh rayeuk nyoe (na nilai Si yang leubeh tinggi) adalah metabolit khusus ngen fungsi herbivora yang segolom jih dicirikan. Model nyoe konsisten ngon prediksi teori OD, tapi prediksi MT nyang berhubungan ngon keacakan pemrograman ulang metabolom hana konsisten. Namun, data nyoe cit konsisten ngon prediksi model campuran (MT nyang paleng get; Gambar 1B), keureuna metabolit laen nyang hana dicirikan ngon fungsi pertahanan nyang hana dituri mungken mantong meuikot distribusi Si acak.
Pola yang perle diperhatikan yang leubeh lanjot ditangkap oleh penelitian nyoe adalah bahwa dari tingkat evolusi mikro (populasi tanaman tunggal ngen tembakau) keu skala evolusi yang leubeh rayeuk (spesies tembakau yang berkerabat erat), tingkat organisasi evolusi yang berbeda na lam "pertahanan yang paleng get" Na perbedaan yang signifikan lam kemampuan herbivora. Moore dkk. (20) ngon Kessler ngon Kalske (1) secara independen geuusulkan keu geuubah lhee tingkat fungsional keanekaragaman hayati nyang awai jih geubedakan le Whittaker (50) jeut keu perubahan temporal konstitutif ngon induksi dari keanekaragaman kimia; penulis nyoe hana geurangkum Prosedur untuk pengumpulan data metabolom skala rayeuk pih hana geugambarkan cara menghitung keragaman metabolisme dari data nyoe. Lam penelitian nyoe, penyesuaian ubeut bak klasifikasi fungsional Whittaker akan geupertimbangkan keragaman α-metabolik sebagai keragaman spektrum MS/MS bak bungong terteunte, dan keragaman β-metabolisme sebagai metabolisme intraspesifik dasar dari kelompok populasi Ruang, dan keragaman γ-metabolisme akan merupakan perpanjangan dari kesamaan spesial.
Sinyal JA nyan penteng keu berbagai respon metabolisme herbivora. Namun, kureung jih pengujian kuantitatif nyang ketat dari kontribusi regulasi intraspesifik biosintesis JA keu keragaman metabolom, ngon peu sinyal JA nyan situs umum keu diversifikasi metabolisme nyang diinduksi oleh stres bak skala makroevolusi nyang leubeh tinggi mantong payah dipahami. Kamoe meu amati bahwa sifeut herbivora herbivora Nepenthes geu induksi spesialisasi metabolom ngen variasi spesialisasi metabolom lam populasi spesies Nicotiana ngen di antara spesies Nicotiana yang na kerabat erat secara sistematis berkorelasi positif ngen pensinyalan JA. Seulaen nyan, watee sinyal JA ka rusak, spesifisitas metabolisme nyang dipicu le herbivora genotipe tunggal akan dibatalkan (Gambar 3, C dan E). Kareuna perubahan spektrum metabolisme populasi Nepenthes nyang leumoh secara alami sebagian rayeuk kuantitatif, perubahan keragaman ngon spesifisitas metabolisme lam analisis nyoe sebagian rayeuk disebabkan oleh eksitasi nyang teuga dari kategori senyawa nyang kaya metabolit. Glah senyawa nyoe mendominasi bagian dari profil metabolom ngon menyebabkan korelasi positif ngon sinyal JA.
Kareuna mekanisme biokimia dari spesies tembakau nyang na hubungan erat ngon jih that beda, metabolit secara khusus geuidentifikasi lam aspek kualitatif, sehingga leubeh analitis. Pemrosesan teori informasi bak profil metabolisme nyang ji drop mengungkapkan bahwa induksi herbivora memperburuk perdagangan antara keragaman gamma metabolisme ngon spesialisasi. Sinyal JA meu'en peran sentral lam trade-off nyoe. Peningkatan spesialisasi metabolom konsisten ngon prediksi OD utama ngon berkorelasi positif ngon sinyal JA, seudangkan sinyal JA berkorelasi negatif ngon keragaman gamma metabolisme. Model-model nyoe geutunyok bahwa kapasitas OD bungong terutama geu peutente oleh plastisitas JA, peukeuh bak skala mikroevolusi atawa bak skala evolusi yang leubeh rayeuk. Eksperimen aplikasi JA eksogen yang geuhindari cacat biosintesis JA leubeh lanjot geu peugah bahwa spesies tembakau yang na kerabat erat jeut geu bedakan jeut keu spesies yang responsif sinyal ngen non-responsif sinyal, saban lagee mode JA ngen plastisitas metabolom yang geu induksi oleh herbivora. Spesies non-responsif sinyal hanjeut merespons karena hana kemampuan awaknyan keu menghasilkan JA endogen dan karena nyan tundok bak keterbatasan fisiologis. Hal nyoe mungken disebabkan oleh mutasi bak beberapa gen kunci bak jalur pensinyalan JA (AOS dan JAR4 bak N. crescens) dari. Hase nyoe menyorotkan bahwa pola makroevolusi antar spesies nyoe mungken terutama itulak oleh perubahan persepsi ngen responsivitas hormon internal.
Seulaen interaksi antara bungong ngen herbivora, eksplorasi keanekaragaman metabolisme nyan na hubungan ngen mandum kemajuan teoritis penteng lam penelitian adaptasi biologis ngen lingkungan ngen evolusi sifeut fenotipik yang kompleks. Deungon na peningkatan jumlah data nyang diperoleh le instrumen MS modern, pengujian hipotesis bak keragaman metabolisme jinoe jeut melampaui perbedaan metabolit individu/kategori ngon geupeuget analisis global keu geubuka pola nyang hana terduga. Lam proses analisis skala rayek, metafora peunteng adalah gagasan untuk meupahami peuta yeng meumakna yeng jeut dipakek untuk meueksplorasi data. Oleh karena nyan, hasee peunteng dari kombinasi saat nyoe dari metabolomik MS/MS yang hana bias ngen teori informasi adalah bahwa nyan menyediakan metrik sederhana yang jeut dipakek keu membangun peta keu menjelajahi keragaman metabolisme bak skala taksonomi yang berbeda. Nyan keuh syarat dasar dari cara nyoe. Kajian teuntang evolusi mikro/makro ngon ekologi masyarakat.
Bak tingkat evolusi makro, inti dari teori ko-evolusi bungong-serangga dari Ehrlich ngen Raven (51) nyan keu prediksi bahwa variasi keragaman metabolisme antar spesies nyan keuh peunyebab diversifikasi gareh keturunan bungong Namun, lam limong ploh thon seujak dipeuteubit karya mani nyo, hipotesis nyo ka jareung diuji (52). Nyoe sebagian rayeuk disebabkan oleh karakteristik filogenetik dari karakteristik metabolisme yang sebandeng bak gareh keturunan bungong jarak jioh. Kelangkaan nyan jeut geupake keu jangkar metode analisis target. Alur kerja MS/MS saat nyoe nyang diproses le teori informasi geu uko kesamaan struktural MS/MS dari metabolit nyang hana dituri (hana seleksi metabolit sigolom jih) dan geu ubah MS/MS nyoe jeut keu saboh set MS/MS, sehingga lam metabolisme profesional Model makro-evolusi nyoe geu bandingkan lam skala klasifikasi. Indikator statistik nyang sederhana. Proses jih hi ngen analisis filogenetik, yang jeut geu pakek penyelarasan urutan keu geu uko tingkat diversifikasi ato evolusi karakter tanpa prediksi sigolom jih
Bak tingkat biokimia, hipotesis penyaringan Firn ngon Jones (53) menunjokkan bahawa keragaman metabolisme geupeutheun bak tingkat nyang berbida untok menyediakan bahan mentah untok menjalankan aktivitas biologis metabolit nyang segolom jih hana terkait atawa digantoh. Metode teori informasi geubi kerangka dipat transisi evolusi spesifik metabolit nyoe yang terjadi selama spesialisasi metabolit jeut geu uko sebagai bagian dari proses penyaringan evolusi yang geu usulkan: adaptasi aktif secara biologis dari spesifisitas yang miyub keu spesifisitas yang tinggi Metabolit yang dihambat bak lingkungan terteuntee.
Seucara mandum Hal nyoe sebagian rayeuk disebabkan oleh keterbatasan teknis bak geu uko mandum metabolom. Meskipun metode nyang digerakkan le hipotesis that meuguna lam memilih mekanisme kausal laen jih, kemampuan awak nyan untok memajukan pemahaman tanyo teuntang jaringan biokimia leubeh teubatah daripada metode komputasi nyang saat nyoe na lam sains intensif data kontemporer. Kareuna nyan, teori-teori nyang hana jeuet diprediksi jioh dilua lingkup data nyang na, sehingga rumus hipotetis/siklus uji kemajuan lam bideung penelitian hana jeuet dipeugadeh (4). Kamoe meuramalkan bahwa alur keureuja komputasi metabolomik nyang dipeuturi di sinoe jeuet meupeugot lom minat bak isu-isu baroe-baroe nyoe (kiban) ngon akhe (pakon) keragaman metabolisme, ngon berkontribusi keu era baroe ilme data nyang dipandu seucara teoritis. Era nyan geugliep lom teori-teori peunteng nyang geu inspirasi generasi-generasi seugolom jih.
Peunajoh herbivora langsong geupeugot ngon geupeulara larva instar keudua atawa larva Sl bak saboh ôn tanaman pitcher meuwarna pucat nibak saboh tanaman nyang meukeumang mawar, ngon 10 boh replika tanaman per tanaman. Larva serangga nyan geujeumpa ngon geujeumpa, dan jaringan ôn nyang mantong na geukumpoi 24 ngon 72 jeum lheuh infeksi ngon bagah geubeku, ngon metabolit geu ekstraksi.
Simulasikan perlakuan herbivora deungon cara nyang that sinkron. Cara jih nakeuh ngon cara geungui roda pola kaye keu geuboh lhee boh bareh duri bak tiep-tiep blah rusok teungoh lhee boh ôn bak nyang ka meuluah seupeunoh jih bak tahap pertumbuhan garland kaye, dan langsong geuboh 1:5 Diluted Ms. Atawa geungui jaroe nyang meusarung tangan keu geuboh S1 wound u dalam. Panen dan olah saboh ôn lagèe nyang ka geubri gamba di ateueh. Pakèk cara nyang ka geubri gamba dilee keu geu ekstrak metabolit primer ngon hormon tanaman (54).
Untuk aplikasi JA eksogen, lhee boh ôn tangkai nibak maseng-maseng nam boh tanaman nyang meukeumang mawar nibak maseng-maseng spesies geurawat ngon 20μl pasta lanolin nyang mengandung 150μg MeJA (Lan + MeJA), ngon 20μl lanolin ditambah ngon pengobatan luka (Lan + la.000). Oen-oen jih ji panen 72 jeum lheuh ji peulaku, ji peu beku lam nitrogen cair, dan ji keubah bak suhu -80°C sampoe ji pakek.
Peut boh gareh transgenik JA ngon ET, yaitu irAOC (36), irCOI1 (55), irACO ngon sETR1 (48), kaleuh ji identifikasi lam kelompok penelitian kamoe. irAOC that geupeuleumah penurunan kadar JA ngon JA-Ile, seudangkan irCOI1 hana sensitif keu JA. Dibandeng ngon EV, akumulasi JA-Ile meutamah. Meunan cit irACO akan geupeukureung produksi ET, dan meunyo tabandeng ngon EV, sETR1, nyang hana sensitif keu ET, akan geupeuék produksi ET.
Spektrometer laser fotoakustik (sensor ET wate nyata Sensor Sense ETD-300) dipakek untuk dipeuget pengukuran ET seucara hana invasif. Langsong lheuh geurawat, siteungoh dari ôn-ôn kayèe nyan geukoh dan geupinah u dalam botol kaca nyang meutop 4 ml, dan teumpat ulèe geubi meukumpôi lam watèe 5 jeuem. Lam watee geu uko, tiep-tiep botol geu siram ngon aliran udara murni 2 liter/jam seulama 8 minet, nyang seugolom jih ka geu lewat katalis nyang ka geu seudia le Sensor Sense untuk geu peugadeh CO2 ngon ie.
Data mikroarray awai jih ji terbitkan bak (35) ngon ji simpan di Pusat Nasional Informasi Bioteknologi (NCBI) Basis Data Komprehensif Ekspresi Gen (nomor akses GSE30287). Data nyang sesuai ngon ôn nyang diseubabkan lé perlakuan W + OSMs ngon kontrol nyang hana rusak geu ekstrak keu penelitian nyoe. Intensitas mentah jih nakeuh log2. Sigolom analisis statistik, gareh dasar diubah ngen dinormalisasi keu persentil keu-75 jih dipakek paket perangkat lunak R.
Data urutan RNA asli (RNA-seq) dari spesies Nicotiana geucok dari Arsip Bacaan Singkat NCBI (SRA), nomor proyek nyan PRJNA301787, yang geulaporkan oleh Zhou et al. (39) dan talanjutkan lagee nyang ka tapeugah lam (56). Data mentah nyang geuproses le W + W, W + OSM ngon W + OSS1 nyang sesuai ngon spesies Nicotiana geupiléh keu geuanalisis lam penelitian nyoe, ngon geuproses ngon cara lagee nyoe: Phon, bacaan RNA-seq mentah geuubah jeut keu format FASTQ. HISAT2 geuubah FASTQ jeut keu SAM, dan SAMtools geuubah file SAM jeut keu file BAM nyang ka geu-urut. StringTie geu gunakan keu geu hitong ekspresi gen, ngon metode ekspresi jih adalah bahwa na fragmen per seribe fragmen basa per juta fragmen transkripsi nyang geu urutkan.
Kolom kromatografi Acclaim (150 mm x 2,1 mm; ukuran partikel 2,2μm) nyang geungui lam analisis ngon kolom jaga 4 mm x 4 mm terdiri dari bahan nyang saban. Gradien biner berikut digunakan dalam sistem Kromatografi Cairan Kinerja Tinggi Ultra Dionex UltiMate 3000 (UHPLC): 0 sampoe 0,5 minet, isokratik 90% A [ie deionisasi, 0,1% (v/v) asetonitril (v/v) asetonitril dan 0,05% asam B,1 0,05% asam formik); 0,5 sampoë 23,5 minèt, fase gradien nakeuh 10% A ngon 90% B; 23,5 sampoe 25 minet, isokratik 10% A ngon 90% B. Laju aliran jih 400μl/min. Untuk mandum analisis MS, suntikkan eluen kolom lam analisa quadrupole dan watee penerbangan (qTOF) nyang dilengkapi ngon sumber elektrospray nyang beroperasi lam mode ionisasi positif (tegangan kapiler, 4500 V; teubiet kapiler 130 V ; Suhu pengeringan liter airmin d10).
Peulaku analisis fragmen MS/MS (selanjut jih disebut MS/MS) nyang hana relevan atawa hana jeut dibedakan dari data untuk meurumpok informasi struktural teuntang profil metabolisme nyang jeut dideteksi secara keseluruhan. Konsep metode MS/MS hana meubida-bida nyan meugantung bak fakta bahwa quadrupole na jeundela isolasi massa nyang that rayeuk [kareuna nyan, peutimang mandum sinyal rasio massa-keu-muatan (m/z) seubagoe fragmen]. Keu alasan nyoe, kareuna instrumen Impact II hana jeuet jipeugot kemiringan CE, padum-padum boh analisis independen jipeuget ngon jipeuguna peningkatan nilai energi tabrakan dissosiasi nyang jipeugot le tabrakan (CE). Singkat jih, phon that analisa sampel ngon ionisasi UHPLC-elektrospray/qTOF-MS ngon cara spektrometri massa tunggal (kondisi fragmentasi rendah nyang dihasekan le fragmentasi lam sumber), pemindaian dari m/z 50 sampoe 1500 bak frekuensi pengulangan 5 Hz. Gunakan nitrogen seubagoe gas tabrakan keu analisis MS/MS, ngon peugot pengukuran independen bak peut boh teugangan disosiasi nyang meubeda nyang dipeugot le tabrakan: 20, 30, 40, ngon 50 eV. Sipanyang proses pengukuran, quadrupole na jeundela isolasi massa nyang paleng rayeuk, dari m/z 50 sampoe 1500. Watee m/z tuboh ukeu ngon percobaan luah isolasi geuset keu 200, rentang massa otomatis geuaktifkan le perangkat lunak operasi instrumen ngon 0 Da. Scan keu fragmen massa lagee lam mode massa tunggal. Geungui natrium format (50 ml isopropanol, 200 μl asam formik ngon 1 ml larutan ie NaOH 1M) keu kalibrasi massa. Deungon geungui algoritma kalibrasi presisi tinggi Bruker, file data geukalibrasi lheuh geujalankan spektrum rata-rata lam periode watee tertentu. Gunakan fungsi ekspor dari perangkat lunak Analisis Data v4.0 (Brook Dalton, Bremen, Jerman) untuk neuubah file data mentah jeut keu format NetCDF. Himpunan data MS/MS ka geusimpan lam pangkalan data metabolomik teubuka MetaboLights (www.ebi.ac.uk) ngon nomor akses. MTB1471 nyan.
Rakitan MS/MS jeuet direalisasikan melalui analisis korelasi antara sinyal kualitas MS1 ngon MS/MS keu energi tabrakan miyueb ngon tinggi ngon aturan nyang baroe dipeulaku. Skrip R geungui keu geurealisasikan analisis korelasi distribusi prekursor keu produk, ngon skrip C# geungui keu geupeujak aturan.
Untuk tapeukureng kesalahan positif palsu nyang diseubabkan le riyoh latar dan korelasi palsu nyang diseubabkan le deteksi fitur m/z tertentu lam padum-padum boh sampel mantong, kamoe meupakek fungsi “puncak nyang diisi” dari paket R XCMS (untuk koreksi intensitas riyoh latar) Harus dipakek untuk menggantikan “peunde peak” (na nyang dipeugot). Bak watee fungsi puncak peunoh dipakek, mantong le nilai intensitas “0′′ lam himpunan data nyang akan mempengaruhi perhitungan korelasi.Kemudian, kamoe membandingkan hasil pengolahan data nyang diperoleh watee fungsi puncak peunoh dipakek dan watee fungsi puncak peunoh hana dipakek, dan menghitung nilai bunyi latar belakang a dikoreksi re and the0. nilai intensitas deungon nilai latar nyang dihitong Kamoe pih hanya meuanggap fitur-fitur nyang intensitas jih leubeh nibak lhee goe nilai latar dan meuanggap seubagoe “puncak nyang beutoi.” Untuk perhitungan PCC, hanya sinyal m/z dari precursor sampel (MS1) dan himpunan data fragmen deungon setidak jih lapan puncak yang beutoi yang dipertimbangkan.
Meunyo intensitas fitur kualitas precursor lam mandum sampel secara signifikan berkorelasi ngon intensitas nyang meukureng dari fitur kualitas nyang sama nyang mengalami energi tabrakan nyang miyub atawa tinggi, ngon fitur nyan hana dibri label seubagoe puncak isotop le CAMERA, nyan jeut didefinisikan leubeh lanjot. Kemudian, deungon menghitong mandum kemungkenan pasangan precursor-produk lam watee 3 s (jeundela watee retensi perkiraan untok retensi puncak), analisis korelasi dipeuget. Hanya watee nilai m/z leubeh miyup dari nilai prekursor dan fragmentasi MS/MS terjadi bak lokasi sampel nyang sama lam himpunan data ngon prekursor dari pat jih berasal, maka dianggap fragmen.
Berdasarkan dua aturan sederhana nyoe, kamoe mengecualikan fragmen-fragmen nyang ditentukan deungon nilai m/z nyang leubeh rayeuk dari m/z prekursor nyang diidentifikasi, dan berdasarkan posisi sampel dipat prekursor nyan deuh dan fragmen nyang ditentukan. Mungken cit untuk tapeugot fitur kualitas nyang dihasekan le le fragmen lam sumber nyang dihasekan lam mode MS1 seubagoe prekursor calon, sampoe meuhasekan senyawa MS/MS nyang redundan. Untuk tapeukureng redundansi data nyoe, meunyoe kesamaan NDP spektrum leubeh dari 0,6, dan awaknyan na lam kromatogram “pcgroup” nyang dianotasi le CAMERA, tanyoe akan tapeugabong awaknyan. Akhe jih, kamoe meugabongkan mandum peut hase CE nyang meukaet ngon prekursor ngon fragmen jeut keu spektrum komposit dekonvolusi akhe deungon memilih puncak intensitas paleng manyang di antara mandum puncak calon deungon nilai m/z nyang sama bak energi tabrakan nyang berbeda. Langkah-langkah pemrosesan seulanjot jih didasaikan bak konsep spektrum komposit ngen dipeutimang kondisi CE yeng meubeda yeng dipeurele untuk memaksimalkan probabilitas fragmentasi, kareuna padim boh fragmen hanya jeut dideteksi di yup energi tabrakan tertentu.
RDPI (30) geungui keu geuhitong induksi profil metabolisme. Keanekaragaman spektrum metabolisme (indeks Hj) berasal dari kelimpahan prekursor MS/MS nyang menggunakan entropi Shannon dari distribusi frekuensi MS/MS nyang menggunakan persamaan berikut nyang dijelaskan oleh Martínez et al. (8). Hj = −∑i = 1mPijlog2(Pij) dimana Pij sesuai dengan frekuensi relatif MS/MS ke-i dalam sampel ke-j (j = 1, 2,..., m) (i = 1, 2, ..., m) t).
Spesifisitas metabolisme (indeks Si) geukheun seubagoe identitas ekspresi MS/MS nyang geubri lam hubongan ngon frekuensi antara sampel nyang teungoh geupertimbangkan. Spesifisitas MS/MS dihitong seubagoe Si = 1t (∑j = 1tPijPilog2PijPi)
Gunakan rumus berikut untuk mengukur indeks δj spesifik metabolom dari setiap sampel j, dan rata-rata spesifitas MS/MS δj = ∑i = 1mPijSi .
Spektrum MS/MS dipeujajar lam pasangan, dan kesamaan dihitong berdasarkan dua boh nilai. Phon, geungui NDP standar (cit geuturi seubagoe metode korelasi kosinus), geungui persamaan berikut untuk geubri nilai kesamaan segmen antara spektrum NDP = (∑iS1 & S2WS1, iWS2, i) 2∑iWS1, i2∑iWS2, i2 dimana S1 dan S2 Sesuai, dan iWS2 Sesuai, untuk spektrum sebagai,1. i mewakili bobot berdasarkan intensitas puncak bahwa perbedaan puncak umum keu-i antara dua spektrum kureung dari 0,01 Da. Bobot jih dihitong lagee nyoe: W = [intensitas puncak] m [kualitas] n, m = 0,5, n = 2, lagee nyang disarankan le MassBank.
Metode peunilaian nyang keudua dipeulaku, nyang melibatkan analisis NL nyang dibagi antara MS/MS. Keu tujuan nyoe, kamoe meupakek 52 daftar NL nyang seureng meurumpok seulama proses fragmentasi MS secara tandem, dan NL nyang leubeh spesifik (file data S1) nyang ka lheuh geubri catatan seugolom jih keu spektrum MS/MS metabolit sekunder dari spesies Nepenthes nyang ka leumoh ( 9, 26). Peugot vektor biner 1 ngon 0 keu tiep-tiep MS/MS, nyang sesuai ngon arus ngon hana na padum-padum boh NL maseng-maseng. Berdasarkan kesamaan jarak Euclidean, nilai kesamaan NL dihitong untuk seutiap pasangan vektor NL biner.
Untuk tapeuget clustering ganda, kamoe pakek paket R DiffCoEx, nyang didasarkan bak perpanjangan Analisis Ko-ekspresi Gen Tertimbang (WGCNA). Deungon geungui matriks skor NDP ngon NL dari spektrum MS/MS, kamoe geungui DiffCoEx keu geuhitong matriks korelasi komparatif. Peusapat biner geupeugot ngon cara geupeuteutap parameter “cutreeDynamic” keu metode = “hibrida”, CutHeight = 0,9999, deepSplit = T, dan minClusterSize = 10. Kode sumber R dari DiffCoEx geu-download dari file tambahan 1 le Tesson dkk. (57); Paket perangkat lunak R WGCNA nyang dipeureulee jeut neu teumeung bak https://horvath.genetics.ucla.edu/html.
Untuk geupeugot analisis jaringan molekuler MS/MS, kamoe meuhitong konektivitas spektral nyang meupasang berdasarkan tipe kesamaan NDP ngon NL, ngon geupakeek perangkat lunak Cytoscape keu geuvisualisasikan topologi jaringan ngon geupakeek tata letak organik lam aplikasi ekstensi algoritma tata letak CyFilescape yFiles.
Gunakan R versi 3.0.1 untuk peugot analisis statistik ateuh data. Signifikansi statistik dinilai deungon dipakek analisis varians dua arah (ANOVA), di ikot le tes post-hoc perbedaan signifikan jujur ​​(HSD) Tukey. Untok ta analisa perbedaan antara perlakuan herbivora ngon kontrol, distribusi dua ekor dari dua boh kelompok sampel ngen varians nyang sama ta analisa ngon ta pakek tes t Student.
Keu bahan tambahan keu tulesan nyoe, neukalön bak http://advances.sciencemag.org/cgi.
Nyoë nakeuh saboh artikel akses teubuka nyang geusebarkan dimiyub syarat-syarat Lisensi Atribusi-Non-Komersial Creative Commons, nyang meumungkén keu geungui, geusebarkan ngon geupeureproduksi lam media peu mantong, asai geungui akhé kon keu keuntongan komersial ngon premis jih nakeuh bahwa karya asli nyan beutôi. Rujokan.
Catatan: Kamoe hanya meulakee droeneuh neubri alamat email droeneuh supaya ureung nyang droeneuh rekomendasikan keu laman nyan jiteupeu bahwa droeneuh neumeuheut awak nyan kalon email nyan dan bahwa email nyan kon spam. Kamoe hana akan meureukam alamat email sapeu.
Soalan nyoe geungui keu geutes peuë droëneuh nakeuh ureuëng tamong ngon geucegah otomatis neukirém spam.
Teori informasi menyediakan mata uang universal untok pembandengan metabolom kusuih ngon prediksi teori pertahanan tes.
Teori informasi menyediakan mata uang universal untok pembandengan metabolom kusuih ngon prediksi teori pertahanan tes.
©2021 Asosiasi Amerika keu Kemajuan Sains. mandum hak geukeubah. AAAS nakeuh mitra dari HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef dan COUNTER. Kemajuan Sains ISSN 2375-2548.