Teoriji differenti dwar id-difiża tal-pjanti jipprovdu gwida teoretika importanti biex jispjegaw il-mudelli tal-metaboliżmu speċjalizzat tal-pjanti, iżda t-tbassir ewlieni tagħhom għad irid jiġi ttestjat. Hawnhekk, użajna analiżi imparzjali tal-ispettrometrija tal-massa tandem (MS/MS) biex nesploraw sistematikament il-metaboloma ta' razez attenwati tat-tabakk minn pjanti individwali għal popolazzjonijiet u speċi relatati mill-qrib, u pproċessajna numru kbir ta' teoriji tal-karatteristiċi spettrometriċi tal-massa bbażati fuq spettri komposti fl-informazzjoni. Qafas biex jiġu ttestjati t-tbassir ewlieni tad-difiża ottimali (OD) u t-teoriji tal-mira li tiċċaqlaq (MT). Il-komponent tal-informazzjoni tal-metabolomika tal-pjanti huwa konsistenti mat-teorija OD, iżda jikkontradixxi t-tbassir ewlieni tat-teorija MT dwar id-dinamika metabolomika kkawżata mill-erbivori. Mill-iskala evoluzzjonarja mikro għal dik makro, is-sinjal tal-ġasmonat ġie identifikat bħala d-determinant ewlieni tal-OD, filwaqt li s-sinjal tal-etilene pprovda rfinar tar-rispons speċifiku għall-erbivori annotat min-netwerk molekulari MS/MS.
Metaboliti speċjali bi strutturi diversi huma l-parteċipanti ewlenin fl-adattament tal-pjanti għall-ambjent, speċjalment fid-difiża tal-għedewwa (1). Id-diversifikazzjoni tal-għaġeb tal-metaboliżmu speċjali li jinsab fil-pjanti stimulat għexieren ta’ snin ta’ riċerka fil-fond dwar il-ħafna aspetti tiegħu tal-funzjonijiet ekoloġiċi, u ffurmat lista twila ta’ teoriji tad-difiża tal-pjanti, li huma l-iżvilupp evoluzzjonarju u ekoloġiku tal-interazzjonijiet bejn il-pjanti u l-insetti. Ir-riċerka empirika tipprovdi gwida importanti (2). Madankollu, dawn it-teoriji tad-difiża tal-pjanti ma segwewx it-triq normattiva tar-raġunament deduttiv ipotetiku, fejn it-tbassir ewlieni kien fl-istess livell ta’ analiżi (3) u ġie ttestjat sperimentalment biex javvanza ċ-ċiklu li jmiss ta’ żvilupp teoretiku (4). Il-limitazzjonijiet tekniċi jirrestrinġu l-ġbir tad-dejta għal kategoriji metaboliċi speċifiċi u jeskludu analiżi komprensiva ta’ metaboliti speċjalizzati, u b’hekk jipprevjenu tqabbil bejn il-kategoriji li huma essenzjali għall-iżvilupp teoretiku (5). In-nuqqas ta’ dejta metabolomika komprensiva u munita komuni biex jitqabbel il-fluss tax-xogħol tal-ipproċessar tal-ispazju metaboliku bejn gruppi ta’ pjanti differenti jfixkel il-maturità xjentifika tal-qasam.
L-aħħar żviluppi fil-qasam tal-metabolomika tal-ispettrometrija tal-massa tandem (MS/MS) jistgħu jikkaratterizzaw b'mod komprensiv il-bidliet metaboliċi fi ħdan u bejn l-ispeċi ta' klad tas-sistema partikolari, u jistgħu jiġu kkombinati ma' metodi komputazzjonali biex jikkalkulaw ix-xebh strutturali bejn dawn it-taħlitiet kumplessi. Għarfien minn qabel tal-kimika (5). Il-kombinazzjoni ta' teknoloġiji avvanzati fl-analiżi u l-komputazzjoni tipprovdi qafas neċessarju għall-ittestjar fit-tul ta' ħafna tbassir magħmul mit-teoriji ekoloġiċi u evoluzzjonarji tad-diversità metabolika. Shannon (6) introduċa t-teorija tal-informazzjoni għall-ewwel darba fl-artiklu seminali tiegħu fl-1948, u b'hekk waqqaf il-pedamenti għall-analiżi matematika tal-informazzjoni, li ntużat f'ħafna oqsma oħra għajr l-applikazzjoni oriġinali tagħha. Fil-ġenomika, it-teorija tal-informazzjoni ġiet applikata b'suċċess biex tikkwantifika l-informazzjoni konservattiva tas-sekwenza (7). Fir-riċerka tat-traskrittomika, it-teorija tal-informazzjoni tanalizza l-bidliet ġenerali fit-traskrittoma (8). Fir-riċerka preċedenti, applikajna l-qafas statistiku tat-teorija tal-informazzjoni għall-metabolomika biex niddeskrivu l-kompetenza metabolika tal-livell tat-tessut fil-pjanti (9). Hawnhekk, aħna ngħaqqdu l-fluss tax-xogħol ibbażat fuq l-MS/MS mal-qafas statistiku tat-teorija tal-informazzjoni, ikkaratterizzat mid-diversità metabolika fil-munita komuni, biex inqabblu t-tbassir ewlieni tat-teorija tad-difiża tal-pjanti tal-metaboloma indotta mill-erbivori.
L-oqfsa teoretiċi tad-difiża tal-pjanti ġeneralment huma inklużivi b'mod reċiproku u jistgħu jinqasmu f'żewġ kategoriji: dawk li jippruvaw jispjegaw id-distribuzzjoni ta' metaboliti speċifiċi għall-pjanti bbażati fuq funzjonijiet ta' difiża, bħad-difiża ottimali (OD) (10), it-teorija tal-mira li tiċċaqlaq (MT) (11)) u d-dehra (12), filwaqt li oħrajn ifittxu spjegazzjonijiet mekkaniċi ta' kif il-bidliet fid-disponibbiltà tar-riżorsi jaffettwaw it-tkabbir tal-pjanti u l-akkumulazzjoni ta' metaboliti speċjalizzati, bħall-karbonju: ipoteżi tal-bilanċ tan-nutrijenti (13), ipoteżi tar-rata tat-tkabbir (14), u l-ipoteżi tal-ekwilibriju tat-tkabbir u d-differenzjazzjoni (15). Iż-żewġ settijiet ta' teoriji jinsabu f'livelli differenti ta' analiżi (4). Madankollu, żewġ teoriji li jinvolvu funzjonijiet difensivi fil-livell funzjonali jiddominaw il-konverżazzjoni dwar id-difiżi kostituttivi u induċibbli tal-pjanti: it-teorija tal-OD, li tassumi li l-pjanti jinvestu fid-difiżi kimiċi għaljin tagħhom biss meta jkun hemm bżonnhom, pereżempju, meta jinbelgħu. Meta annimal tal-ħaxix jattakka, għalhekk, skont il-possibbiltà ta' attakk fil-futur, jiġi assenjat il-kompost b'funzjoni difensiva (10); L-ipoteżi MT tipproponi li m'hemm l-ebda assi ta' bidla direzzjonali tal-metabolit, iżda l-metabolit jinbidel b'mod każwali, u b'hekk joħloq il-possibbiltà li jostakola l-"mira tal-moviment" metabolika tal-erbivori li jattakkaw. Fi kliem ieħor, dawn iż-żewġ teoriji jagħmlu tbassir oppost dwar ir-rimudellar metaboliku li jseħħ wara l-attakk tal-erbivori: ir-relazzjoni bejn l-akkumulazzjoni unidirezzjonali ta' metaboliti b'funzjoni difensiva (OD) u bidliet metaboliċi mhux diretti (MT) (11).
L-ipoteżijiet OD u MT jinvolvu mhux biss il-bidliet indotti fil-metaboloma, iżda wkoll il-konsegwenzi ekoloġiċi u evoluzzjonarji tal-akkumulazzjoni ta’ dawn il-metaboliti, bħall-ispejjeż u l-benefiċċji adattivi ta’ dawn il-bidliet metaboliċi f’ambjent ekoloġiku speċifiku (16). Għalkemm iż-żewġ ipoteżijiet jirrikonoxxu l-funzjoni difensiva ta’ metaboliti speċjalizzati, li jistgħu jkunu għaljin jew le, it-tbassir ewlieni li jiddistingwi l-ipoteżijiet OD u MT jinsab fid-direzzjonalità tal-bidliet metaboliċi indotti. It-tbassir tat-teorija OD irċieva l-aktar attenzjoni sperimentali s’issa. Dawn it-testijiet jinkludu l-istudju tal-funzjonijiet ta’ difiża diretti jew indiretti ta’ tessuti differenti ta’ komposti speċifiċi f’serer u kundizzjonijiet naturali, kif ukoll bidliet fl-istadju tal-iżvilupp tal-pjanti (17-19). Madankollu, s’issa, minħabba n-nuqqas ta’ fluss tax-xogħol u qafas statistiku għal analiżi komprensiva globali tad-diversità metabolika ta’ kwalunkwe organiżmu, id-differenza ewlenija fit-tbassir bejn iż-żewġ teoriji (jiġifieri, id-direzzjoni tal-bidliet metaboliċi) għad trid tiġi ttestjata. Hawnhekk, nipprovdu analiżi bħal din.
Waħda mill-aktar karatteristiċi sinifikanti tal-metaboliti speċifiċi għall-pjanti hija d-diversità strutturali estrema tagħhom fil-livelli kollha minn pjanti singoli, popolazzjonijiet għal speċi simili (20). Ħafna bidliet kwantitattivi f'metaboliti speċjalizzati jistgħu jiġu osservati fuq l-iskala tal-popolazzjoni, filwaqt li differenzi kwalitattivi qawwija ġeneralment jinżammu fil-livell tal-ispeċi (20). Għalhekk, id-diversità metabolika tal-pjanti hija l-aspett ewlieni tad-diversità funzjonali, li tirrifletti l-adattabilità għal niċeċ differenti, speċjalment dawk in-niċeċ b'possibbiltajiet differenti ta' invażjoni minn insetti speċjali u erbivori komuni (21). Minn mindu ħareġ l-artiklu innovattiv ta' Fraenkel (22) dwar ir-raġunijiet għall-eżistenza ta' metaboliti speċifiċi għall-pjanti, l-interazzjonijiet ma' diversi insetti tqiesu bħala pressjonijiet importanti ta' selezzjoni, u dawn l-interazzjonijiet huma maħsuba li sawru l-pjanti matul l-evoluzzjoni. Mogħdija metabolika (23). Id-differenzi interspeċi fid-diversità ta' metaboliti speċjalizzati jistgħu jirriflettu wkoll il-bilanċ fiżjoloġiku assoċjat mad-difiża kostituttiva u induċibbli tal-pjanti kontra strateġiji erbivori, peress li ż-żewġ speċi spiss huma korrelati b'mod negattiv ma' xulxin (24). Għalkemm jista' jkun ta' benefiċċju li tinżamm difiża tajba f'kull ħin, bidliet metaboliċi f'waqthom assoċjati mad-difiża jipprovdu benefiċċji ċari billi jippermettu lill-pjanti jallokaw riżorsi siewja għal investimenti fiżjoloġiċi oħra (19, 24), u jevitaw il-ħtieġa għal simbjożi. Ħsara kollaterali (25). Barra minn hekk, dawn ir-riorganizzazzjonijiet ta' metaboliti speċjalizzati kkawżati minn insetti erbivori jistgħu jwasslu għal distribuzzjoni distruttiva fil-popolazzjoni (26), u jistgħu jirriflettu qari dirett ta' bidliet naturali sostanzjali fis-sinjal tal-aċidu jasmonik (JA), li jista' jinżamm fil-popolazzjoni. Sinjali JA għoljin u baxxi huma kompromessi bejn id-difiża kontra l-erbivori u l-kompetizzjoni ma' speċi speċifiċi (27). Barra minn hekk, mogħdijiet bijosintetiċi speċjalizzati tal-metaboliti se jgħaddu minn telf u trasformazzjoni rapida matul l-evoluzzjoni, li jirriżultaw f'distribuzzjoni metabolika irregolari fost speċi relatati mill-qrib (28). Dawn il-polimorfiżmi jistgħu jiġu stabbiliti malajr b'reazzjoni għal mudelli ta' erbivori li jinbidlu (29), li jfisser li l-varjazzjoni tal-komunitajiet erbivori hija fattur ewlieni li jmexxi l-eteroġeneità metabolika.
Hawnhekk, aħna solvejna speċifikament il-problemi li ġejjin. (I) Kif l-insett erbivoru jikkonfigura mill-ġdid il-metaboloma tal-pjanta? (Ii) X'inhuma l-komponenti ewlenin tal-informazzjoni tal-plastiċità metabolika li jistgħu jiġu kwantifikati biex jiġu ttestjati t-tbassir tat-teorija tad-difiża fit-tul? (Iii) Jekk il-metaboloma tal-pjanta għandhiex tiġi pprogrammata mill-ġdid b'mod uniku għall-attakkant, jekk iva, x'rwol għandu l-ormon tal-pjanti fit-tfassil ta' rispons metaboliku speċifiku, u liema metaboliti jikkontribwixxu għall-ispeċifiċità tad-difiża tal-ispeċi? (Iv) Peress li t-tbassir magħmul minn ħafna teoriji tad-difiża jista' jiġi estiż fil-livelli kollha tat-tessuti bijoloġiċi, staqsejna kemm huwa konsistenti r-rispons metaboliku kkawżat minn tqabbil intern għal tqabbil interspeċi? Għal dan il-għan, studjajna sistematikament il-metaboloma tal-weraq tan-nikotina tat-tabakk, li huwa pjanta mudell ekoloġika b'metaboliżmu speċjalizzat għani, u huwa effettiv kontra l-larva ta' żewġ erbivori indiġeni, Lepidoptera Datura (Ms) (aggressiva ħafna, prinċipalment tittiekel) Fuq Solanaceae u Spodoptera littoralis (Sl), id-dud tal-weraq tal-qoton huma tip ta' "ġeneru", bil-pjanti ospitanti ta' Solanaceae u ospiti oħra ta' ġeneri u familji oħra Plant food. Analizzajna l-ispettru metabolomiku MS/MS u estrajna deskritturi statistiċi tat-teorija tal-informazzjoni biex inqabblu t-teoriji OD u MT. Ħloqna mapep ta' speċifiċità biex niżvelaw l-identità tal-metaboliti ewlenin. L-analiżi ġiet estiża għall-popolazzjoni indiġena ta' N. nasi u speċi tat-tabakk relatati mill-qrib biex nanalizzaw aktar il-kovarjanza bejn is-sinjalar tal-ormoni tal-pjanti u l-induzzjoni OD.
Sabiex naqbdu mappa ġenerali dwar il-plastiċità u l-istruttura tal-metaboloma tal-werqa tat-tabakk erbivoru, użajna fluss tax-xogħol ta' analiżi u kalkolu żviluppat qabel biex niġbru u niddekonvolutaw b'mod komprensiv spettri MS/MS indipendenti minn dejta b'riżoluzzjoni għolja minn estratti tal-pjanti (9). Dan il-metodu mhux differenzjat (imsejjaħ MS/MS) jista' jibni spettri ta' komposti mhux żejda, li mbagħad jistgħu jintużaw għall-analiżi kollha fil-livell tal-kompost deskritti hawn. Dawn il-metaboliti tal-pjanti dekonvoluti huma ta' diversi tipi, li jikkonsistu minn mijiet sa eluf ta' metaboliti (madwar 500-1000-s/MS/MS hawn). Hawnhekk, nikkunsidraw il-plastiċità metabolika fil-qafas tat-teorija tal-informazzjoni, u nikkwantifikaw id-diversità u l-professjonaliżmu tal-metaboloma bbażati fuq l-entropija ta' Shannon tad-distribuzzjoni tal-frekwenza metabolika. Bl-użu tal-formula implimentata qabel (8), ikkalkulajna sett ta' indikaturi li jistgħu jintużaw biex jikkwantifikaw id-diversità tal-metaboloma (indikatur Hj), l-ispeċjalizzazzjoni tal-profil metaboliku (indikatur δj) u l-ispeċifiċità metabolika ta' metabolit wieħed (indikatur Si). Barra minn hekk, applikajna l-Indiċi tal-Plastiċità tad-Distanza Relattiva (RDPI) biex nikkwantifikaw l-induċibbiltà tal-metabolomi tal-erbivori (Figura 1A) (30). F'dan il-qafas statistiku, nittrattaw l-ispettru MS/MS bħala l-unità bażika tal-informazzjoni, u nipproċessaw l-abbundanza relattiva tal-MS/MS f'mappa tad-distribuzzjoni tal-frekwenza, u mbagħad nużaw l-entropija ta' Shannon biex nistmaw id-diversità tal-metabolomi minnha. L-ispeċjalizzazzjoni tal-metabolomi titkejjel bl-ispeċifiċità medja ta' spettru MS/MS wieħed. Għalhekk, iż-żieda fl-abbundanza ta' xi klassijiet MS/MS wara l-induzzjoni tal-erbivori tiġi trasformata f'induċibbiltà spettrali, RDPI u speċjalizzazzjoni, jiġifieri, iż-żieda fl-indiċi δj, għaliex jiġu prodotti metaboliti aktar speċjalizzati u jiġi prodott indiċi Si għoli. It-tnaqqis tal-indiċi tad-diversità Hj jirrifletti li jew in-numru ta' MS/MS iġġenerati jitnaqqas, jew id-distribuzzjoni tal-frekwenza tal-profil tinbidel f'direzzjoni inqas uniformi, filwaqt li tnaqqas l-inċertezza ġenerali tagħha. Permezz tal-kalkolu tal-indiċi Si, huwa possibbli li jiġi enfasizzat liema MS/MS huma indotti minn ċerti erbivori, għall-kuntrarju, liema MS/MS ma jirrispondix għall-induzzjoni, li huwa indikatur ewlieni biex jiddistingwi t-tbassir MT u OD.
(A) Deskrizzjonijiet statistiċi użati għall-induċibilità tad-dejta (RDPI) tal-MS/MS erbivori (H1 sa Hx), id-diversità (indiċi Hj), l-ispeċjalizzazzjoni (indiċi δj) u l-ispeċifiċità tal-metaboliti (indiċi Si). Żieda fil-grad ta' speċjalizzazzjoni (δj) tindika li, bħala medja, se jiġu prodotti aktar metaboliti speċifiċi erbivori, filwaqt li tnaqqis fid-diversità (Hj) jindika tnaqqis fil-produzzjoni ta' metaboliti jew distribuzzjoni irregolari tal-metaboliti fil-mappa tad-distribuzzjoni. Il-valur Si jivvaluta jekk il-metabolit huwiex speċifiku għal kundizzjoni partikolari (hawn, erbivoru) jew bil-maqlub miżmum fl-istess livell. (B) Dijagramma kunċettwali tat-tbassir tat-teorija tad-difiża bl-użu tal-assi tat-teorija tal-informazzjoni. It-teorija OD tbassar li l-attakk tal-erbivori se jżid il-metaboliti tad-difiża, u b'hekk iżid id-δj. Fl-istess ħin, l-Hj tonqos għaliex il-profil jiġi organizzat mill-ġdid lejn it-tnaqqis fl-inċertezza tal-informazzjoni metabolika. It-teorija MT tbassar li l-attakk tal-erbivori se jikkawża bidliet mhux direzzjonali fil-metaboloma, u b'hekk iżid l-Hj bħala indikatur ta' żieda fl-inċertezza tal-informazzjoni metabolika u jikkawża distribuzzjoni każwali ta' Si. Ipproponejna wkoll mudell imħallat, l-aħjar MT, fejn xi metaboliti b'valuri difensivi ogħla se jiżdiedu b'mod partikolari (valur għoli ta' Si), filwaqt li oħrajn juru risponsi każwali (valur aktar baxx ta' Si).
Bl-użu tad-deskrizzjonijiet tat-teorija tal-informazzjoni, ninterpretaw it-teorija OD biex inbassru li l-bidliet speċjali fil-metaboliti indotti mill-erbivori fi stat kostituttiv mhux indott iwasslu għal (i) żieda fl-ispeċifiċità metabolika (indiċi Si) li tmexxi l-ispeċifiċità metabonomika (indiċi δj). Iż-żieda ta') ċerti gruppi speċjali ta' metaboliti b'valur ta' difiża ogħla, u (ii) it-tnaqqis fid-diversità tal-metabolomi (indiċi Hj) minħabba l-bidla fid-distribuzzjoni tal-frekwenza metabolika għal aktar distribuzzjoni tal-ġisem tal-leptin. Fil-livell ta' metabolit wieħed, hija mistennija distribuzzjoni ordnata tas-Si, fejn il-metabolit iżid il-valur tas-Si skont il-valur ta' difiża tiegħu (Figura 1B). F'dan ir-rigward, nispjegaw it-teorija MT biex inbassru li l-eċitazzjoni twassal għal (i) bidliet mhux direzzjonali fil-metaboliti li jirriżultaw fi tnaqqis fl-indiċi δj, u (ii) żieda fl-indiċi Hj minħabba żieda fl-inċertezza metabolika. Jew każwalità, li tista' tiġi kwantifikata mill-entropija ta' Shannon fil-forma ta' diversità ġeneralizzata. Fir-rigward tal-kompożizzjoni metabolika, it-teorija MT tbassar id-distribuzzjoni każwali tas-Si. Meta nqisu li ċerti metaboliti huma taħt kundizzjonijiet speċifiċi taħt kundizzjonijiet speċifiċi, u kundizzjonijiet oħra mhumiex taħt kundizzjonijiet speċifiċi, u l-valur tad-difiża tagħhom jiddependi fuq l-ambjent, ipproponejna wkoll mudell ta' difiża mħallta, fejn δj u Hj huma mqassma fi tnejn tul Si. Żieda fid-direzzjonijiet kollha, ċerti gruppi ta' metaboliti biss, li għandhom valuri ta' difiża ogħla, se jżidu Si b'mod partikolari, filwaqt li oħrajn se jkollhom distribuzzjoni każwali (Figura 1B).
Sabiex nittestjaw it-tbassir tat-teorija tad-difiża ridefinita fuq l-assi tad-deskrizzjoni tat-teorija tal-informazzjoni, ġibna larva erbivora esperta (Ms) jew ġeneralista (Sl) fuq il-weraq ta' Nepenthes pallens (Figura 2A). Bl-użu tal-analiżi MS/MS, irkuprajna 599 spettru MS/MS mhux żejda (fajl tad-dejta S1) minn estratti tal-metanol tat-tessut tal-weraq miġbur wara l-għalf tal-caterpillar. L-użu tal-indiċi RDPI, Hj, u δj biex nivviżwalizzaw ir-rikonfigurazzjoni tal-kontenut tal-informazzjoni fil-fajls tal-konfigurazzjoni MS/MS jikxef xejriet interessanti (Figura 2B). Ix-xejra ġenerali hija li, kif deskritt mid-deskrizzjoni tal-informazzjoni, hekk kif il-caterpillars ikomplu jieklu l-weraq, il-grad ta' riorganizzazzjoni metabolika kollha jiżdied maż-żmien: 72 siegħa wara li l-erbivor jiekol, l-RDPI jiżdied b'mod sinifikanti. Meta mqabbel mal-kontroll mhux imħassar, Hj tnaqqas b'mod sinifikanti, li kien dovut għall-grad akbar ta' speċjalizzazzjoni tal-profil metaboliku, li ġie kwantifikat mill-indiċi δj. Din ix-xejra apparenti hija konsistenti mat-tbassir tat-teorija OD, iżda mhijiex konsistenti mat-tbassir ewlieni tat-teorija MT, li temmen li bidliet każwali (mhux direzzjonali) fil-livelli tal-metaboliti jintużaw bħala kamuflaġġ difensiv (Figura 1B). Għalkemm il-kontenut tal-eliċitur tas-sekrezzjoni orali (OS) u l-imġiba tal-għalf ta' dawn iż-żewġ erbivori huma differenti, l-għalf dirett tagħhom irriżulta f'bidliet simili fid-direzzjonijiet ta' Hj u δj matul il-perjodi tal-ħsad ta' 24 siegħa u 72 siegħa. L-unika differenza seħħet fis-72 siegħa ta' RDPI. Meta mqabbel ma' dak ikkawżat mill-għalf Ms, il-metaboliżmu ġenerali indott mill-għalf Sl kien ogħla.
(A) Disinn sperimentali: erbivori komuni tal-ħnieżer (S1) jew esperti (Ms) jingħataw weraq desalinati ta' pjanti buqar, filwaqt li għal erbivorju simulat, l-OS ta' Ms (W + OSMs) jintuża biex jimmaniġġja t-titqib tal-ferita fil-pożizzjonijiet standardizzati tal-weraq. Larva S1 (W + OSSl) jew ilma (W + W). Il-kontroll (C) hija werqa bla ħsara. (B) Indiċi ta' induċibbiltà (RDPI mqabbel mat-tabella ta' kontroll), diversità (indiċi Hj) u speċjalizzazzjoni (indiċi δj) ikkalkulati għall-mappa speċjali tal-metaboliti (599 MS/MS; fajl tad-dejta S1). L-asterisks jindikaw differenzi sinifikanti bejn l-għalf dirett mill-erbivori u l-grupp ta' kontroll (test-t tal-Istudenti b'test-t imqabbad, *P<0.05 u ***P<0.001). ns, mhux importanti. (Ċ) Indiċi tar-riżoluzzjoni tal-ħin tal-ispettru ewlieni (kaxxa blu, aċidu amminiku, aċidu organiku u zokkor; fajl tad-dejta S2) u tal-metabolit speċjali (kaxxa ħamra 443 MS/MS; fajl tad-dejta S1) wara trattament erbivoriku simulat. Il-medda tal-kulur tirreferi għall-intervall ta' kunfidenza ta' 95%. L-asterisk jindika d-differenza sinifikanti bejn it-trattament u l-kontroll [analiżi kwadratika tal-varjanza (ANOVA), segwita mid-differenza onestament sinifikanti ta' Tukey (HSD) għal tqabbil multiplu post hoc, *P<0.05, **P<0.01 U *** P <0.001]. (D) Speċjalizzazzjoni ta' plottijiet ta' tixrid u profili speċjali ta' metaboliti (kampjuni ripetuti b'trattamenti differenti).
Biex nesploraw jekk ir-rimudellar ikkaġunat mill-erbivori fil-livell tal-metaboloma huwiex rifless fil-bidliet fil-livell ta' metaboliti individwali, l-ewwel iffukajna fuq il-metaboliti li ġew studjati qabel fil-weraq ta' Nepenthes pallens b'reżistenza ppruvata għall-erbivori. L-amidi fenoliċi huma konjugati ta' idrossiċinnamamide-polyamine li jakkumulaw matul il-proċess erbivoriku tal-insetti u huma magħrufa li jnaqqsu l-prestazzjoni tal-insetti (32). Fittixna l-prekursuri tal-MS/MS korrispondenti u pplottjajna l-kurvi kinetiċi kumulattivi tagħhom (Figura S1). Mhux ta' b'xejn, id-derivattivi tal-fenol li mhumiex involuti direttament fid-difiża kontra l-erbivori, bħall-aċidu kloroġeniku (CGA) u r-rutina, huma regolati 'l isfel wara l-erbivori. B'kuntrast, l-erbivori jistgħu jagħmlu l-amidi tal-fenol potenti ħafna. L-għalf kontinwu taż-żewġ erbivori rriżulta fi kważi l-istess spettru ta' eċċitazzjoni tal-fenolamidi, u dan ix-xejra kien speċjalment ovvju għas-sintesi de novo tal-fenolamidi. L-istess fenomenu se jiġi osservat meta jiġi esplorat il-mogħdija 17-hydroxygeranyl nonanediol diterpene glycosides (17-HGL-DTGs), li tipproduċi numru kbir ta' diterpeni aċikliċi b'funzjonijiet effettivi kontra l-erbivori (33), li minnhom Ms Feeding with Sl wassal għal profil ta' espressjoni simili (Figura S1)).
L-iżvantaġġ possibbli tal-esperimenti ta' tmigħ dirett mill-erbivori huwa d-differenza fir-rata tal-konsum tal-weraq u l-ħin tat-tmigħ tal-erbivori, li jagħmilha diffiċli biex jiġu eliminati l-effetti speċifiċi għall-erbivori kkawżati minn feriti u erbivori. Sabiex insolvu aħjar l-ispeċifiċità tal-ispeċi erbivora tar-rispons metaboliku tal-weraq indott, simulajna t-tmigħ tal-larva Ms u Sl billi applikajna immedjatament l-OS miġbur frisk (OSM u OSS1) għat-titqib standard W ta' pożizzjonijiet konsistenti tal-weraq. Din il-proċedura tissejjaħ trattament W + OS, u tistandardizza l-induzzjoni billi tikkalkula preċiżament il-ħin tal-bidu tar-rispons imqanqal mill-erbivor mingħajr ma tikkawża effetti konfużi ta' differenzi fir-rata jew il-kwantità tat-telf tat-tessut (Figura 2A) (34). Bl-użu tal-pipeline tal-analiżi u l-kalkolu MS/MS, irkuprajna 443 spettru MS/MS (fajl tad-dejta S1), li kienu jikkoinċidu mal-ispettri mmuntati qabel minn esperimenti ta' tmigħ dirett. L-analiżi tat-teorija tal-informazzjoni ta' dan is-sett ta' dejta MS/MS uriet li l-ipprogrammar mill-ġdid ta' metabolomi speċjalizzati fil-weraq billi jiġu simulati l-erbivori wera inċitazzjonijiet speċifiċi għall-OS (Figura 2C). B'mod partikolari, meta mqabbel mat-trattament OSS1, l-OSM ikkawża titjib fl-ispeċjalizzazzjoni tal-metabolomi wara 4 sigħat. Ta' min jinnota li meta mqabbel mad-dejta sperimentali dwar l-għalf dirett tal-erbivori, il-kinetika metabolika viżwalizzata fi spazju bidimensjonali bl-użu ta' Hj u δj bħala koordinati u d-direzzjonalità tal-ispeċjalizzazzjoni tal-metabolomi b'reazzjoni għat-trattament simulat tal-erbivori maż-żmien żdiedet b'mod konsistenti (Figura 2D). Fl-istess ħin, ikkwantifikajna l-kontenut ta' aċidi amminiċi, aċidi organiċi u zokkor (fajl tad-dejta S2) biex ninvestigaw jekk din iż-żieda mmirata fl-għarfien espert tal-metabolomi hijiex dovuta għar-rikonfigurazzjoni tal-metaboliżmu ċentrali tal-karbonju b'reazzjoni għall-erbivori simulati (Figura S2). Biex nispjegaw aħjar dan ix-xejra, immonitorjajna aktar il-kinetika tal-akkumulazzjoni metabolika tal-mogħdijiet tal-fenolamide u 17-HGL-DTG li ġew diskussi qabel. L-induzzjoni speċifika għall-OS tal-erbivori hija trasformata f'xejra ta' riarranġament differenzjali fil-metaboliżmu tal-fenolamide (Figura S3). L-amidi fenoliċi li fihom gruppi ta' coumarin u caffeoyl huma preferenzjalment indotti minn OSS1, filwaqt li l-OSMs jattivaw induzzjoni speċifika ta' konjugati ta' ferulyl. Għall-mogħdija 17-HGL-DTG, ġiet skoperta induzzjoni differenzjali ta' OS permezz ta' prodotti ta' malonilazzjoni downstream u dimalonilazzjoni (Figura S3).
Sussegwentement, studjajna l-plastiċità tat-traskrittoma indotta mill-OS bl-użu tas-sett tad-dejta tal-mikroarray tal-kors tal-ħin, li jissimula l-użu tal-OSMs biex jittrattaw il-weraq tal-pjanti tar-rosetta fl-erbivori. Il-kinetika tal-kampjunar bażikament tikkoinċidi mal-kinetika użata f'dan l-istudju metabolomiku (35). Meta mqabbla mar-rikonfigurazzjoni tal-metaboloma fejn il-plastiċità metabolika tiżdied b'mod partikolari maż-żmien, nosservaw tifqigħat ta' traskrizzjoni temporanja fil-weraq indotti minn Ms, fejn l-induċibbiltà tat-traskrittoma (RDPI) u l-ispeċjalizzazzjoni (δj) huma ta' 1. Kien hemm żieda sinifikanti fis-sigħat, u d-diversità (Hj) f'dan il-punt taż-żmien, l-espressjoni ta' BMP1 tnaqqset b'mod sinifikanti, segwita mir-rilassament tal-ispeċjalizzazzjoni tat-traskrittoma (Figura S4). Familji ta' ġeni metaboliċi (bħal P450, glycosyltransferase, u BAHD acyltransferase) jipparteċipaw fil-proċess tal-assemblaġġ ta' metaboliti speċjali minn unitajiet strutturali derivati ​​mill-metaboliżmu primarju, wara l-mudell bikri ta' speċjalizzazzjoni għolja msemmi hawn fuq. Bħala studju ta' każ, ġiet analizzata l-mogħdija tal-fenilalanina. L-analiżi kkonfermat li l-ġeni ewlenin fil-metaboliżmu tal-fenolamide huma indotti ħafna mill-OS fl-erbivori meta mqabbla mal-pjanti mhux attirati, u huma allinjati mill-qrib fix-xejriet ta' espressjoni tagħhom. Il-fattur ta' traskrizzjoni MYB8 u l-ġeni strutturali PAL1, PAL2, C4H u 4CL 'il fuq minn din il-mogħdija wrew bidu bikri tat-traskrizzjoni. L-acyltransferases li għandhom rwol fl-assemblaġġ finali tal-fenolamide, bħal AT1, DH29, u CV86, juru xejra ta' upregulation fit-tul (Figura S4). L-osservazzjonijiet ta' hawn fuq jindikaw li l-bidu bikri tal-ispeċjalizzazzjoni tat-traskrittoma u t-titjib aktar tard tal-ispeċjalizzazzjoni metabolomika huma mod akkoppjat, li jista' jkun dovut għas-sistema regolatorja sinkronika li tibda rispons ta' difiża qawwi.
Ir-rikonfigurazzjoni fis-sinjalar tal-ormoni tal-pjanti taġixxi bħala saff regolatorju li jintegra informazzjoni erbivora biex jipprogramma mill-ġdid il-fiżjoloġija tal-pjanti. Wara s-simulazzjoni tal-erbivori, kejjilna d-dinamika kumulattiva tal-kategoriji ewlenin tal-ormoni tal-pjanti u viżwalizzajna l-ko-espressjoni temporali bejniethom [Koeffiċjent ta' korrelazzjoni ta' Pearson (PCC)> 0.4] (Figura 3A). Kif mistenni, l-ormoni tal-pjanti relatati mal-bijosintesi huma marbuta fin-netwerk ta' ko-espressjoni tal-ormoni tal-pjanti. Barra minn hekk, l-ispeċifiċità metabolika (indiċi Si) hija mmappjata ma' dan in-netwerk biex tenfasizza l-ormoni tal-pjanti indotti minn trattamenti differenti. Żewġ oqsma ewlenin ta' rispons speċifiku erbivoru huma mfassla: waħda tinsab fil-grupp JA, fejn JA (il-forma bijoloġikament attiva tiegħu JA-Ile) u derivattivi oħra ta' JA juru l-ogħla punteġġ Si; l-oħra hija l-etilene (ET). Il-ġibberellina wriet biss żieda moderata fl-ispeċifiċità tal-erbivori, filwaqt li ormoni oħra tal-pjanti, bħal ċitokinina, auxina, u aċidu absċisiku, kellhom speċifiċità ta' induzzjoni baxxa għall-erbivori. Meta mqabbel mal-użu ta' W + W biss, l-amplifikazzjoni tal-valur massimu tad-derivattivi JA permezz tal-applikazzjoni OS (W + OS) tista' bażikament tiġi trasformata f'indikatur speċifiku qawwi tal-JAs. B'mod mhux mistenni, OSM u OSS1 b'kontenut differenti ta' eliċitur huma magħrufa li jikkawżaw akkumulazzjoni simili ta' JA u JA-Ile. B'kuntrast ma' OSS1, OSM huwa indott speċifikament u b'mod qawwi minn OSMs, filwaqt li OSS1 ma jamplifikax ir-rispons tal-feriti bażali (Figura 3B).
(A) Analiżi tan-netwerk ta' ko-espressjoni bbażata fuq il-kalkolu PCC tas-simulazzjoni kinetika tal-akkumulazzjoni tal-ormoni tal-pjanti indotti mill-erbivori. In-nodu jirrappreżenta ormon tal-pjanta wieħed, u d-daqs tan-nodu jirrappreżenta l-indiċi Si speċifiku għall-ormon tal-pjanta bejn it-trattamenti. (B) Akkumulazzjoni ta' JA, JA-Ile u ET fil-weraq ikkawżata minn trattamenti differenti indikati b'kuluri differenti: berquq, W + OSM; blu, W + OSSl; iswed, W + W; griż, C (kontroll). L-asteriski jindikaw differenzi sinifikanti bejn it-trattament u l-kontroll (ANOVA b'żewġ direzzjonijiet segwita minn paragun multiplu post hoc ta' Tukey HSD, *** P <0.001). Analiżi tat-teorija tal-informazzjoni ta' (C)697 MS/MS (fajl tad-dejta S1) fil-bijosintesi ta' JA u spettru ta' perċezzjoni indebolita (irAOC u irCOI1) u (D)585 MS/MS (fajl tad-dejta S1) f'ETR1 b'sinjal ET indebolit. Żewġ trattamenti simulati ta' erbivori qanqlu linji ta' pjanti u pjanti ta' kontroll ta' vettura vojta (EV). L-asteriski jindikaw differenzi sinifikanti bejn it-trattament W+OS u l-kontroll mingħajr ħsara (ANOVA b'żewġ direzzjonijiet segwita minn tqabbil multiplu post hoc ta' Tukey HSD, *P<0.05, **P<0.01 u ***P<0.001). (E) Graffs imxerrda ta' oppożizzjoni mxerrda għall-ispeċjalizzazzjoni. Il-kuluri jirrappreżentaw razez differenti ġenetikament modifikati; is-simboli jirrappreżentaw metodi ta' trattament differenti: trijangolu, W + OSS1; rettangolu, W + OSM; ċirku C
Sussegwentement, nużaw razza ġenetikament modifikata ta' Nepenthes attenwata (irCOI1 u sETR1) fil-passi ewlenin tal-bijosintesi ta' JA u ET (irAOC u irACO) u l-perċezzjoni (irCOI1 u sETR1) biex nanalizzaw il-metaboliżmu ta' dawn iż-żewġ ormoni tal-pjanti fuq l-erbivori. Il-kontribut relattiv tar-riprogrammar. Konsistenti ma' esperimenti preċedenti, ikkonfermajna l-induzzjoni ta' erbivoru-OS fi pjanti trasportaturi vojta (EV) (Figura 3, C sa D) u t-tnaqqis ġenerali fl-indiċi Hj ikkawżat minn OSM, filwaqt li l-indiċi δj żdied. Ir-rispons huwa aktar evidenti mir-rispons attivat minn OSS1. Grafika b'żewġ linji li tuża Hj u δj bħala koordinati turi d-deregolamentazzjoni speċifika (Figura 3E). L-aktar xejra ovvja hija li f'razez li m'għandhomx sinjal JA, id-diversità tal-metabolomi u l-bidliet fl-ispeċjalizzazzjoni kkawżati mill-erbivori huma kważi kompletament eliminati (Figura 3C). B'kuntrast, il-perċezzjoni siekta tal-ET fil-pjanti sETR1, għalkemm l-effett ġenerali fuq il-bidliet fil-metaboliżmu erbivoru huwa ħafna aktar baxx minn dak tas-sinjalar JA, itaffi d-differenza fl-indiċi Hj u δj bejn l-eċċitazzjonijiet OSM u OSS1 (Figura 3D u Figura S5). Dan jindika li minbarra l-funzjoni ewlenija tat-trasduzzjoni tas-sinjal JA, it-trasduzzjoni tas-sinjal ET isservi wkoll bħala rfinar tar-rispons metaboliku speċifiku għall-ispeċi tal-erbivori. Konsistenti ma' din il-funzjoni ta' rfinar, ma kien hemm l-ebda bidla fl-induċibilità ġenerali tal-metaboloma fil-pjanti sETR1. Min-naħa l-oħra, meta mqabbla mal-pjanti sETR1, il-pjanti irACO induċew amplitudnijiet ġenerali simili ta' bidliet metaboliċi kkawżati mill-erbivori, iżda wrew punteġġi Hj u δj sinifikament differenti bejn l-isfidi OSM u OSS1 (Figura S5).
Sabiex nidentifikaw metaboliti speċjalizzati li għandhom kontribuzzjonijiet importanti għar-rispons speċifiku għall-ispeċi tal-erbivori u nirfinaw il-produzzjoni tagħhom permezz ta' sinjali ET, użajna l-metodu strutturali MS/MS żviluppat qabel. Dan il-metodu jiddependi fuq il-metodu bi-clustering biex jerġa' jiġi inferit il-familja metabolika minn frammenti MS/MS [prodott dot normalizzat (NDP)] u punteġġ ta' similarità bbażat fuq telf newtrali (NL). Is-sett ta' dejta MS/MS mibni permezz tal-analiżi ta' linji transġeniċi ET ipproduċa 585 MS/MS (fajl tad-dejta S1), li ġie solvut billi ġew raggruppati f'seba' moduli MS/MS ewlenin (M) (Figura 4A). Uħud minn dawn il-moduli huma ppakkjati b'metaboliti speċjali kkaratterizzati qabel: pereżempju, M1, M2, M3, M4 u M7 huma rikki f'diversi derivattivi tal-fenol (M1), glikosidi flavonojdi (M2), zokkor aċiliku (M3 u M4), u 17-HGL-DTG (M7). Barra minn hekk, l-informazzjoni speċifika metabolika (indiċi Si) ta' metabolit wieħed f'kull modulu hija kkalkulata, u d-distribuzzjoni tas-Si tiegħu tista' tidher b'mod intuwittiv. Fil-qosor, l-ispettri MS/MS li juru speċifiċità għolja ta' erbivorija u ġenotip huma kkaratterizzati minn valuri għoljin ta' Si, u l-istatistika tal-kurtożi tindika d-distribuzzjoni tal-pil fuq il-kantuniera tal-lemin tad-denb. Distribuzzjoni kollojdali dgħif bħal din ġiet skoperta f'M1, fejn il-fenol amide wera l-ogħla frazzjoni ta' Si (Figura 4B). Is-17-HGL-DTG induċibbli erbivoru msemmi qabel f'M7 wera punteġġ moderat ta' Si, li jindika grad moderat ta' regolazzjoni differenzjali bejn iż-żewġ tipi ta' OS. B'kuntrast, il-biċċa l-kbira tal-metaboliti speċjalizzati prodotti b'mod kostituttiv, bħar-rutina, is-CGA, u z-zokkor aċiliku, huma fost l-aktar punteġġi baxxi ta' Si. Sabiex tiġi esplorata aħjar il-kumplessità strutturali u d-distribuzzjoni tas-Si bejn metaboliti speċjali, inbena netwerk molekulari għal kull modulu (Figura 4B). Tbassir importanti tat-teorija OD (miġbur fil-qosor fil-Figura 1B) huwa li r-riorganizzazzjoni ta' metaboliti speċjali wara l-erbivorju għandha twassal għal bidliet f'direzzjoni waħda fil-metaboliti b'valur għoli ta' difiża, speċjalment billi tiżdied l-ispeċifiċità tagħhom (kuntrarjament għad-distribuzzjoni każwali) Modalità) Metabolit difensiv imbassar mit-teorija MT. Il-biċċa l-kbira tad-derivattivi tal-fenol akkumulati f'M1 huma funzjonalment relatati mat-tnaqqis fil-prestazzjoni tal-insetti (32). Meta qabbilna l-valuri Si fil-metaboliti M1 bejn il-weraq indotti u l-weraq kostitwenti tal-pjanti ta' kontroll EV f'24 siegħa, osservajna li l-ispeċifiċità metabolika ta' ħafna metaboliti wara insetti erbivorji għandha xejra ta' żieda sinifikanti (Figura 4C). Iż-żieda speċifika fil-valur Si ġiet skoperta biss fil-fenolamidi difensivi, iżda l-ebda żieda fil-valur Si ma ġiet skoperta f'fenoli oħra u metaboliti mhux magħrufa li jeżistu f'dan il-modulu. Dan huwa mudell speċjalizzat, li huwa relatat mat-teorija OD. It-tbassir ewlieni tal-bidliet metaboliċi kkawżati mill-erbivori huwa konsistenti. Sabiex nittestaw jekk din il-partikolarità tal-ispettru tal-fenolamide ġietx indotta minn ET speċifiku għall-OS, ipplottjajna l-indiċi Si tal-metabolit u kkawżajna valur ta' espressjoni differenzjali bejn OSM u OSS1 fil-ġenotipi EV u sETR1 (Figura 4D). F'sETR1, id-differenza indotta mill-fenamide bejn OSM u OSS1 tnaqqset ħafna. Il-metodu ta' bi-clustering ġie applikat ukoll għad-dejta MS/MS miġbura f'razez b'JA insuffiċjenti biex jiġu dedotti l-moduli MS/MS ewlenin relatati mal-ispeċjalizzazzjoni metabolika regolata mill-JA (Figura S6).
(A) Ir-riżultati tal-clustering ta' 585 MS/MS ibbażati fuq framment kondiviż (similarità NDP) u telf newtrali kondiviż (similarità NL) jirriżultaw fil-modulu (M) li jkun konsistenti mal-familja ta' komposti magħrufa, jew permezz ta' kompożizzjoni tal-Metabolit mhux magħrufa jew metabolizzata ħażin. Ħdejn kull modulu, tintwera d-distribuzzjoni speċifika tal-metabolit (MS/MS) (Si). (B) Netwerk molekulari modulari: In-nodi jirrappreżentaw MS/MS u t-truf, punteġġi NDP (aħmar) u NL (blu) MS/MS (cut-off, > 0.6). L-indiċi tal-ispeċifiċità tal-metabolit gradat (Si) ikkulurit ibbażat fuq il-modulu (xellug) u mmappjat man-netwerk molekulari (lemin). (Ċ) Modulu M1 tal-impjant EV fi stat kostituttiv (kontroll) u indott (erbivoru simulat) wara 24 siegħa: dijagramma tan-netwerk molekulari (il-valur Si huwa d-daqs tan-nodu, il-fenolamide difensiv huwa enfasizzat bil-blu). (D) Id-dijagramma tan-netwerk molekulari M1 tal-linja tal-ispettru sETR1 b'perċezzjoni indebolita ta' EV u ET: il-kompost fenoliku rappreżentat min-nodu taċ-ċirku aħdar, u d-differenza sinifikanti (valur P) bejn it-trattamenti W + OSM u W + OSS1 bħala d-daqs tan-Nodu. CP, N-caffeoyl-tyrosine; CS, N-caffeoyl-spermidine; FP, N-ferulic acid ester-uric acid; FS, N-ferulyl-spermidine; CoP, N', N “-Coumarolyl-tyrosine; DCS, N', N”-dicaffeoyl-spermidine; CFS, N', N”-caffeoyl, feruloyl-spermidine; Lycium barbarum fil-wolfberry Son; Nick. O-AS, O-acyl sugar.
Estendejna aktar l-analiżi minn ġenotip wieħed attenwat ta' Nepenthes għal popolazzjonijiet naturali, fejn bidliet intraspeċifiċi qawwija fil-livelli erbivori ta' JA u livelli speċifiċi ta' metaboliti ġew deskritti qabel f'popolazzjonijiet naturali (26). Uża dan is-sett ta' dejta biex tkopri 43 ġermoplażma. Dawn il-ġermoplażmi jikkonsistu minn 123 speċi ta' pjanti minn N. pallens. Dawn il-pjanti ttieħdu minn żrieragħ miġbura f'ħabitats indiġeni differenti f'Utah, Nevada, Arizona, u California (Figura S7), ikkalkulajna d-diversità tal-metabolomi (hawn imsejħa livell ta' popolazzjoni) β diversità) u l-ispeċjalizzazzjoni kkawżata mill-OSM. Konsistenti ma' studji preċedenti, osservajna firxa wiesgħa ta' bidliet metaboliċi tul l-assi Hj u δj, li jindikaw li l-ġermoplażmi għandhom differenzi sinifikanti fil-plastiċità tar-risponsi metaboliċi tagħhom għall-erbivori (Figura S7). Din l-organizzazzjoni tfakkar f'osservazzjonijiet preċedenti dwar il-firxa dinamika tal-bidliet fil-JA kkawżati mill-erbivori, u żammet valur għoli ħafna f'popolazzjoni waħda (26, 36). Bl-użu ta' JA u JA-Ile biex nittestjaw il-korrelazzjoni tal-livell ġenerali bejn Hj u δj, sibna li hemm korrelazzjoni pożittiva sinifikanti bejn JA u l-indiċi tad-diversità u l-ispeċjalizzazzjoni tal-metaboloma β (Figura S7). Dan jissuġġerixxi li l-eteroġeneità indotta mill-erbivori fl-induzzjoni ta' JAs skoperta fil-livell tal-popolazzjoni tista' tkun dovuta għal polimorfiżmi metaboliċi ewlenin ikkawżati mis-selezzjoni minn insetti erbivori.
Studji preċedenti wrew li t-tipi ta’ tabakk ivarjaw ħafna fit-tip u d-dipendenza relattiva fuq id-difiżi metaboliċi indotti u kostituttivi. Huwa maħsub li dawn il-bidliet fit-trasduzzjoni tas-sinjali u l-kapaċitajiet ta’ difiża kontra l-erbivori huma regolati mill-pressjoni tal-popolazzjoni tal-insetti, iċ-ċiklu tal-ħajja tal-pjanti, u l-ispejjeż tal-produzzjoni tad-difiża fin-niċċa fejn tikber speċi partikolari. Studjajna l-konsistenza tar-rimudellar tal-metaboloma tal-weraq indott minn erbivori ta’ sitt speċi ta’ Nicotiana indiġeni għall-Amerika ta’ Fuq u l-Amerika t’Isfel. Dawn l-ispeċi huma relatati mill-qrib ma’ Nepenthes tal-Amerika ta’ Fuq, jiġifieri Nicolas Bociflo. La, N. nicotinis, Nicotiana n. ħaxix attenwat, Nicotiana tabacum, tabakk lineari, tabakk (Nicotiana spegazzinii) u tabakk tal-weraq tat-tabakk (Nicotiana obtusifolia) (Figura 5A) (37). Sitta minn dawn l-ispeċi, inkluża l-ispeċi kkaratterizzata sew N. please, huma pjanti annwali tal-klad tal-petunja, u obtusifolia N. huma pjanti perenni tal-klad oħt Trigonophyllae (38). Sussegwentement, l-induzzjoni ta' W + W, W + OSM u W + OSS1 twettqet fuq dawn is-seba' speċi biex jiġi studjat ir-riarranġament metaboliku fil-livell tal-ispeċi tal-għalf tal-insetti.
(A) Siġra filogenetika bootstrap ibbażata fuq il-probabbiltà massima [għas-sintesi tal-glutamina nukleari (38)] u d-distribuzzjoni ġeografika ta' seba' speċi ta' Nicotiana relatati mill-qrib (kuluri differenti) (37). (B) Plott ta' tixrid tad-diversità speċjalizzata għall-profili metaboliċi ta' seba' speċi ta' Nicotiana (939 MS/MS; fajl tad-dejta S1). Fil-livell tal-ispeċi, id-diversità tal-metabolomi hija korrelata b'mod negattiv mal-grad ta' speċjalizzazzjoni. L-analiżi tal-korrelazzjoni fil-livell tal-ispeċi bejn id-diversità metabolika u l-ispeċjalizzazzjoni u l-akkumulazzjoni ta' JA hija murija fil-Figura 2. S9. Kulur, tipi differenti; trijangolu, W + OSS1; rettangolu, W + OSM; (Ċ) Id-dinamika ta' Nicotiana JA u JA-Ile hija kklassifikata skont l-amplitudni tal-eċitazzjoni OS (ANOVA b'żewġ direzzjonijiet u tqabbil post-multiplu ta' Tukey HSD, * P <0.05, ** P <0.01 u * ** Għal tqabbil ta' W + OS u W + W, P <0.001). Plott ta' kaxxa tad-diversità (D) u l-ispeċjalizzazzjoni (E) ta' kull speċi wara s-simulazzjoni ta' JA erbivora u metil (MeJA). L-asterisk jindika d-differenza sinifikanti bejn W + OS u W + W jew lanolin flimkien ma' W (Lan + W) jew Lan flimkien ma' MeJA (Lan + MeJa) u l-kontroll Lan (analiżi tal-varjanza f'żewġ direzzjonijiet, segwita minn tqabbil multiplu post hoc ta' Tukey's HSD, *P<0.05, **P<0.01 u ***P<0.001).
Bl-użu tal-metodu ta' raggruppament doppju, identifikajna 9 moduli ta' 939 MS/MS (fajl tad-dejta S1). Il-kompożizzjoni tal-MS/MS ikkonfigurat mill-ġdid minn trattamenti differenti tvarja ħafna fost moduli differenti bejn l-ispeċi (Figura S8). Il-viżwalizzazzjoni ta' Hj (imsejħa hawn bħala γ-diversità fil-livell tal-ispeċi) u δj tiżvela li speċi differenti jaggregaw fi gruppi differenti ħafna fl-ispazju metaboliku, fejn id-diviżjoni fil-livell tal-ispeċi ġeneralment hija aktar prominenti mill-eċitazzjoni. Bl-eċċezzjoni ta' N. linear u N. obliquus, dawn juru firxa dinamika wiesgħa ta' effetti ta' induzzjoni (Figura 5B). B'kuntrast, speċi bħal N. purpurea u N. obtusifolia għandhom rispons metaboliku inqas ovvju għat-trattament, iżda l-metaboloma hija aktar diversa. Id-distribuzzjoni speċifika għall-ispeċi tar-rispons metaboliku indott irriżultat f'korrelazzjoni negattiva sinifikanti bejn l-ispeċjalizzazzjoni u d-diversità gamma (PCC = -0.46, P = 4.9×10-8). Bidliet indotti mill-OS fil-livelli ta' JAs huma korrelati b'mod pożittiv mal-ispeċjalizzazzjoni tal-metaboloma, u korrelati b'mod negattiv mad-diversità gamma metabolika murija minn kull speċi (Figura 5B u Figura S9). Ta' min jinnota li l-ispeċi msejħa b'mod kollokjali bħala speċi ta' "rispons għas-sinjal" fil-Figura 5C, bħal Nepenthes nematodes, Nepenthes nepenthes, Nepenthes acute, u Nepenthes attenuated, ikkawżaw sinjali sinifikanti fi 30 minuta. It-tifqigħat reċenti ta' JA u JA-Ile speċifiċi għall-OS, filwaqt li batterji oħra msejħa "mhux reattivi għas-sinjal", bħal Nepenthes mills, Nepenthes powdery u N. obtusifolia juru biss induzzjoni ta' JA-Ile Edge mingħajr ebda speċifiċità ta' OS (Figura 5C). Fil-livell metaboliku, kif imsemmi hawn fuq, għal Nepenthes attenwata, is-sustanzi li jirrispondu għas-sinjal urew speċifiċità ta' OS u żiedu b'mod sinifikanti δj, filwaqt li naqqsu Hj. Dan l-effett ta' priming speċifiku għall-OS ma ġiex skopert fi speċi kklassifikati bħala speċi mhux reattivi għas-sinjal (Figura 5, D u E). Metaboliti speċifiċi għall-OS huma kondiviżi aktar ta' spiss bejn speċi li jirrispondu għas-sinjali, u dawn ir-raggruppamenti ta' sinjali jingħaqdu ma' speċi b'risposti ta' sinjali aktar dgħajfa, filwaqt li speċi b'risposti ta' sinjali aktar dgħajfa juru inqas interdipendenza (Figura S8). Dan ir-riżultat jindika li l-induzzjoni speċifika għall-OS tal-JAs u r-rikonfigurazzjoni speċifika għall-OS tal-metaboloma downstream huma akkoppjati fil-livell tal-ispeċi.
Sussegwentement, użajna pejst tal-lanolin li fih metil JA (MeJA) biex nittrattaw il-pjanti biex ninvestigaw jekk dawn il-modi ta' akkoppjar humiex ristretti mid-disponibbiltà ta' JA applikata minn JA eżoġena, li se tkun fiċ-ċitoplasma tal-pjanti. Id-deesterifikazzjoni rapida hija JA. Sibna l-istess xejra tal-bidla gradwali minn speċi li jirrispondu għas-sinjali għal speċi li ma jirrispondux għas-sinjali kkawżata mill-provvista kontinwa ta' JA (Figura 5, D u E). Fil-qosor, it-trattament b'MeJA pprogramma mill-ġdid bil-qawwa l-metabolomi tan-nematodi lineari, N. obliquus, N. aquaticus, N. pallens, u N. mikimotoi, li rriżulta f'żieda sinifikanti f'δj u tnaqqis f'Hj. N. purpurea wriet biss żieda f'δj, iżda mhux Hj. N. obtusifolia, li qabel intwera li jakkumula livelli estremament baxxi ta' JAs, tirrispondi wkoll ħażin għat-trattament b'MeJA f'termini ta' rikonfigurazzjoni tal-metabolomi. Dawn ir-riżultati jindikaw li l-produzzjoni ta' JA jew it-trasduzzjoni tas-sinjali hija fiżjoloġikament ristretta fi speċi li ma jirrispondux għas-sinjali. Biex nittestjaw din l-ipoteżi, studjajna l-erba' speċi (N. pallens, N. mills, N. pink u N. microphylla) indotti minn W + W, W + OSMs u W + OSS1 Transcriptome (39). Konsistenti max-xejra tar-rimudellar tal-metabolomi, l-ispeċi huma separati sew fl-ispazju tat-transcriptome, fosthom N. attenuated wera l-ogħla RDPI indott mill-OS, filwaqt li N. gracilis kellu l-inqas (Figura 6A). Madankollu, instab li d-diversità tat-transcriptome indotta minn N. oblonga kienet l-aktar baxxa fost l-erba' speċi, kuntrarjament għall-ogħla diversità metabonomika ta' N. oblonga murija qabel f'seba' speċi. Studji preċedenti wrew li sett ta' ġeni relatati ma' sinjali ta' difiża bikrija, inklużi sinjali JA, jispjega l-ispeċifiċità tar-risponsi ta' difiża bikrija indotti minn eliċituri relatati mal-erbivori fl-ispeċi Nicotiana (39). It-tqabbil tal-mogħdijiet tas-sinjalar JA bejn dawn l-erba' speċi żvela xejra interessanti (Figura 6B). Il-biċċa l-kbira tal-ġeni f'dan il-passaġġ, bħal AOC, OPR3, ACX u COI1, urew livelli relattivament għoljin ta' induzzjoni f'dawn l-erba' speċi. Madankollu, ġene ewlieni, JAR4, jikkonverti JA fil-forma bijoloġikament attiva tiegħu ta' traskrizzjonijiet akkumulati ta' JA-Ile, u l-livell ta' traskrizzjoni tiegħu huwa baxx ħafna, speċjalment f'N. mills, Nepenthes pieris u N. microphylla. Barra minn hekk, it-traskrizzjoni ta' ġene ieħor AOS biss ma ġietx skoperta f'N. bifidum. Dawn il-bidliet fl-espressjoni tal-ġeni jistgħu jkunu responsabbli għall-fenotipi estremi kkaġunati mill-produzzjoni baxxa ta' JA fi speċi anerġiċi tas-sinjal u l-induzzjoni ta' N. gracilis.
(A) Analiżi tat-teorija tal-informazzjoni tal-ipprogrammar mill-ġdid ta' risponsi traskrizzjonali bikrija ta' erba' speċi ta' tabakk relatati mill-qrib li ttieħdu kampjuni 30 minuta wara l-induzzjoni erbivora. L-RDPI huwa kkalkulat billi jitqabblu l-weraq indotti mill-OS erbivoru mal-kontroll tal-ferita. Il-kuluri jindikaw speċi differenti, u s-simboli jindikaw metodi ta' trattament differenti. (B) Analiżi tal-espressjoni tal-ġeni fil-mogħdijiet tas-sinjalar JA fost erba' speċi. Il-mogħdija JA simplifikata hija murija ħdejn il-plott tal-kaxxa. Kuluri differenti jindikaw metodi ta' pproċessar differenti. L-asterisk jindika li hemm differenza sinifikanti bejn it-trattament W + OS u l-kontroll W + W (għat-test-t tal-Istudent għal differenzi f'pari, *P<0.05, **P<0.01 u ***P<0.001). OPDA, aċidu 12-oxophytodienojku; OPC-8: aċidu 0,3-oxo-2(2′(Z)-pentenyl)-cyclopentane-1-octanoiku.
Fl-aħħar parti, studjajna kif ir-rimudellar speċifiku għall-ispeċi tal-insetti tal-metaboloma ta' speċi differenti ta' pjanti jista' jkun reżistenti għall-erbivori. Riċerka preċedenti enfasizzat il-ġeneru Nicotiana. Ir-reżistenza tagħhom għall-Ms u l-larva tvarja ħafna (40). Hawnhekk, studjajna l-konnessjoni bejn dan il-mudell u l-plastiċità metabolika tagħhom. Bl-użu tal-erba' speċi tat-tabakk imsemmija hawn fuq, u billi ttestjajna l-korrelazzjoni bejn id-diversità u l-ispeċjalizzazzjoni tal-metaboloma kkawżata mill-erbivori u r-reżistenza tal-pjanti għall-Ms u s-Sl, sibna li r-reżistenza, id-diversità u l-ispeċjalizzazzjoni għall-Sl ġeneralista kollha huma korrelati b'mod pożittiv, filwaqt li l-korrelazzjoni bejn ir-reżistenza għan-nisa esperti u l-ispeċjalizzazzjoni hija dgħajfa, u l-korrelazzjoni mad-diversità mhijiex sinifikanti (Figura S10). Fir-rigward tar-reżistenza S1, kemm l-N. chinensis attenwat kif ukoll l-N. gracilis, li qabel intwerew li juru kemm livelli ta' trasduzzjoni tas-sinjal JA kif ukoll plastiċità tal-metaboloma, kellhom risponsi differenti ħafna għall-induzzjoni tal-erbivori, u wrew ukoll reżistenza għolja simili. Sess.
Fl-aħħar sittin sena, it-teorija tad-difiża tal-pjanti pprovdiet qafas teoretiku, li fuqu r-riċerkaturi bassru numru konsiderevoli ta' evoluzzjoni u funzjonijiet ta' metaboliti speċjalizzati tal-pjanti. Ħafna minn dawn it-teoriji ma jsegwux il-proċedura normali ta' inferenzi qawwija (41). Huma jipproponu tbassir ewlieni (3) fl-istess livell ta' analiżi. Meta l-ittestjar tat-tbassir ewlieni jippermetti li jiġu analizzati teoriji speċifiċi, dan jagħmel il-qasam miexi 'l quddiem. Ikun appoġġjat, iżda jiġu miċħuda oħrajn (42). Minflok, it-teorija l-ġdida tagħmel tbassir f'livelli differenti ta' analiżi u żżid saff ġdid ta' kunsiderazzjonijiet deskrittivi (42). Madankollu, iż-żewġ teoriji proposti fil-livell funzjonali, MT u OD, jistgħu jiġu spjegati faċilment bħala tbassir importanti ta' bidliet metaboliċi speċjalizzati kkawżati minn erbivori: It-teorija OD temmen li l-bidliet fl-"ispazju" metaboliku speċjalizzat huma direzzjonali ħafna. It-teorija MT temmen li dawn il-bidliet se jkunu mhux direzzjonali u jinsabu b'mod każwali fl-ispazju metaboliku, u għandhom it-tendenza li jkollhom metaboliti ta' valur ta' difiża għoli. Eżamijiet preċedenti tat-tbassir OD u MT ġew ittestjati bl-użu ta' sett dejjaq ta' komposti ta' "difiża" a priori. Dawn it-testijiet iċċentrati fuq il-metaboliti jipprekludu l-abbiltà li jiġu analizzati l-firxa u t-trajettorja tar-rikonfigurazzjoni tal-metaboloma waqt l-erbivoriżmu, u ma jippermettux li l-ittestjar fi ħdan qafas statistiku konsistenti jirrikjedi tbassir ewlieni li jista' jiġi kkunsidrat bħala wieħed sħiħ. Kwantifika l-bidliet fil-metaboloma tal-pjanti. Hawnhekk, użajna t-teknoloġija innovattiva fil-metabolomika bbażata fuq MS komputazzjonali u wettaqna analiżi MS ta' dekonvoluzzjoni fil-munita ġenerali tad-deskritturi tat-teorija tal-informazzjoni biex nittestjaw id-distinzjoni bejn it-tnejn proposti fil-livell tal-metabolomika globali. It-tbassir ewlieni ta' din it-teorija. It-teorija tal-informazzjoni ġiet applikata f'ħafna oqsma, speċjalment fil-kuntest tar-riċerka dwar il-bijodiversità u l-fluss tan-nutrijenti (43). Madankollu, safejn nafu aħna, din hija l-ewwel applikazzjoni użata biex tiddeskrivi l-ispazju tal-informazzjoni metabolika tal-pjanti u ssolvi problemi ekoloġiċi relatati ma' bidliet metaboliċi temporanji b'reazzjoni għal sinjali ambjentali. B'mod partikolari, il-kapaċità ta' dan il-metodu tinsab fil-kapaċità tiegħu li jqabbel mudelli fi ħdan u bejn speċi ta' pjanti biex jeżamina kif l-erbivori evolvew minn speċi differenti għal mudelli makroevoluttivi interspeċi f'livelli differenti ta' evoluzzjoni. Metaboliżmu.
L-analiżi tal-komponenti prinċipali (PCA) tikkonverti sett ta' dejta multivarjata fi spazju ta' tnaqqis tad-dimensjonalità sabiex ix-xejra ewlenija tad-dejta tkun tista' tiġi spjegata, għalhekk ġeneralment tintuża bħala teknika esploratorja biex jiġi analizzat is-sett tad-dejta, bħal metaboloma ta' dekonvoluzzjoni. Madankollu, it-tnaqqis tad-dimensjonalità jitlef parti mill-kontenut tal-informazzjoni fis-sett tad-dejta, u l-PCA ma tistax tipprovdi informazzjoni kwantitattiva dwar karatteristiċi li huma partikolarment rilevanti għat-teorija ekoloġika, bħal: kif l-erbivori jikkonfiguraw mill-ġdid id-diversità f'oqsma speċjalizzati (pereżempju, rikkezza, distribuzzjoni) u abbundanza) metaboliti? Liema metaboliti huma preditturi tal-istat indott ta' erbivoru partikolari? Mill-perspettiva tal-ispeċifiċità, id-diversità u l-induċibilità, il-kontenut tal-informazzjoni tal-profil tal-metabolit speċifiku għall-werqa jiġi dekompost, u jinstab li l-ikel tal-erbivori jista' jattiva metaboliżmu speċifiku. B'mod mhux mistenni, osservajna li, kif deskritt fl-indikaturi tat-teorija tal-informazzjoni implimentati, is-sitwazzjoni metabolika li tirriżulta għandha sovrappożizzjoni kbira wara l-attakki taż-żewġ erbivori (il-ġeneralista Sl li jitma' billejl) u l-espert tas-Solanaceae Ms. Għalkemm l-imġiba u l-konċentrazzjoni tal-ikel tagħhom huma sinifikament differenti. Inizjatur ta' konjugat ta' aċidu xaħmi-aċidu amminiku (FAC) f'OS (31). Bl-użu ta' OS erbivoru biex jikkura feriti ta' titqib standardizzati, it-trattament simulat ta' erbivori wera wkoll xejra simili. Din il-proċedura standardizzata għas-simulazzjoni tar-rispons tal-pjanti għall-attakki tal-erbivori telimina l-fatturi konfużi kkawżati minn bidliet fl-imġiba tal-ikel tal-erbivori, li jwasslu għal gradi varji ta' ħsara f'ħinijiet differenti (34). Il-FAC, li huwa magħruf li huwa l-kawża ewlenija tal-OSM, inaqqas il-JAS u risponsi oħra tal-ormoni tal-pjanti f'OSS1, filwaqt li l-OSS1 inaqqas mijiet ta' drabi (31). Madankollu, l-OSS1 ikkawża livelli simili ta' akkumulazzjoni ta' JA meta mqabbel mal-OSM. Ġie muri qabel li r-rispons tal-JA f'Nepenthes attenwat huwa sensittiv ħafna għall-OSM, fejn il-FAC jista' jżomm l-attività tiegħu anke jekk dilwit 1:1000 bl-ilma (44). Għalhekk, meta mqabbel mal-OSM, għalkemm il-FAC f'OSS1 huwa baxx ħafna, huwa biżżejjed biex jikkaġuna tifqigħa suffiċjenti ta' JA. Studji preċedenti wrew li proteini simili għall-porini (45) u oligosakkaridi (46) jistgħu jintużaw bħala indikazzjonijiet molekulari biex jattivaw risponsi ta' difiża tal-pjanti f'OSS1. Madankollu, għadu mhux ċar jekk dawn l-eliċituri f'OSS1 humiex responsabbli għall-akkumulazzjoni ta' JA osservata fl-istudju attwali.
Għalkemm hemm ftit studji li jiddeskrivu l-marki tas-swaba' metaboliċi differenzjali kkawżati mill-applikazzjoni ta' erbivori differenti jew JA jew SA eżoġeni (aċidu saliċiliku) (47), ħadd ma interrompa l-perturbazzjoni speċifika għall-ispeċi tal-erbivori fin-netwerk tal-ħaxix tal-pjanti u l-effetti tagħha fuq l-informazzjoni personali speċifika. L-impatt ġenerali tal-metaboliżmu huwa studjat sistematikament. Din l-analiżi kkonfermat aktar li l-konnessjoni tan-netwerk intern tal-ormoni ma' ormoni oħra tal-pjanti għajr il-JAs tifforma l-ispeċifiċità tar-riorganizzazzjoni metabolika kkawżata mill-erbivori. B'mod partikolari, skoprejna li l-ET ikkawżat mill-OSM kien sinifikament akbar minn dak ikkawżat mill-OSS1. Din il-modalità hija konsistenti ma' aktar kontenut ta' FAC fl-OSM, li hija kundizzjoni meħtieġa u suffiċjenti biex tiġi attivata tifqigħa tal-ET (48). Fil-kuntest tal-interazzjoni bejn il-pjanti u l-erbivori, il-funzjoni tas-sinjalar tal-ET fuq id-dinamika tal-metaboliti speċifiċi għall-pjanti għadha sporadika u timmira biss lejn grupp wieħed ta' komposti. Barra minn hekk, ħafna studji użaw applikazzjoni eżoġena tal-ET jew il-prekursuri tiegħu jew diversi inibituri biex jistudjaw ir-regolazzjoni tal-ET, li fosthom dawn l-applikazzjonijiet kimiċi eżoġeni jipproduċu ħafna effetti sekondarji mhux speċifiċi. Sa fejn nafu aħna, dan l-istudju jirrappreżenta l-ewwel eżami sistematiku fuq skala kbira tar-rwol tal-ET fl-użu tal-ET biex jipproduċi u jipperċepixxi pjanti transġeniċi indeboliti biex jikkoordina d-dinamika tal-metabolomi tal-pjanti. L-induzzjoni tal-ET speċifika għall-erbivori tista' fl-aħħar mill-aħħar timmodula r-rispons tal-metabolomi. L-aktar sinifikanti hija l-manipulazzjoni transġenika tal-ġeni tal-bijosintesi tal-ET (ACO) u l-perċezzjoni (ETR1) li żvelat l-akkumulazzjoni de novo speċifika għall-erbivori tal-fenolamidi. Intwera qabel li l-ET jista' jirfina l-akkumulazzjoni tan-nikotina indotta minn JA billi jirregola l-putrescine N-methyltransferase (49). Madankollu, minn perspettiva mekkanika, mhux ċar kif l-ET jirfina l-induzzjoni tal-fenamide. Minbarra l-funzjoni tat-trażduzzjoni tas-sinjal tal-ET, il-fluss metaboliku jista' wkoll jiġi mgħaqqad ma' S-adenosyl-1-methionine biex jirregola l-investiment fl-amidi tal-poliaminofenol. S-adenosyl-1-methionine huwa l-ET u l-intermedju komuni tal-mogħdija bijosintetika tal-poliamina. Il-mekkaniżmu li bih is-sinjal tal-ET jirregola l-livell tal-fenolamide jeħtieġ aktar studju.
Għal żmien twil, minħabba n-numru kbir ta' metaboliti speċjali ta' struttura mhux magħrufa, l-attenzjoni intensa għal kategoriji metaboliċi speċifiċi ma setgħetx tivvaluta b'mod strett il-bidliet temporali tad-diversità metabolika wara interazzjonijiet bijoloġiċi. Fil-preżent, ibbażat fuq l-analiżi tat-teorija tal-informazzjoni, ir-riżultat ewlieni tal-akkwist tal-ispettru MS/MS ibbażat fuq metaboliti imparzjali huwa li l-erbivori li jieklu jew jissimulaw erbivori jkomplu jnaqqsu d-diversità metabolika ġenerali tal-metaboloma tal-werqa filwaqt li jżidu l-grad ta' speċjalizzazzjoni tiegħu. Din iż-żieda temporanja fl-ispeċifiċità tal-metaboloma kkawżata mill-erbivori hija assoċjata ma' żieda sinerġistika fl-ispeċifiċità tat-traskrittoma. Il-karatteristika li tikkontribwixxi l-aktar għal din l-ispeċjalizzazzjoni akbar tal-metaboloma (li għandha valur Si ogħla) hija l-metabolit speċjali bil-funzjoni erbivora kkaratterizzata qabel. Dan il-mudell huwa konsistenti mat-tbassir tat-teorija OD, iżda t-tbassir tal-MT relatat mar-randomità tal-ipprogrammar mill-ġdid tal-metaboloma mhuwiex konsistenti. Madankollu, din id-dejta hija wkoll konsistenti mat-tbassir tal-mudell imħallat (l-aħjar MT; Figura 1B), għaliex metaboliti oħra mhux karatterizzati b'funzjonijiet ta' difiża mhux magħrufa xorta jistgħu jsegwu distribuzzjoni każwali tas-Si.
Xejra notevoli li nqabdet aktar minn din ir-riċerka hija li mil-livell tal-mikro-evoluzzjoni (pjanta waħda u popolazzjoni tat-tabakk) għal skala evoluzzjonarja akbar (speċi tat-tabakk relatati mill-qrib), livelli differenti ta' organizzazzjoni evoluzzjonarja huma fl-"aħjar difiża". Hemm differenzi sinifikanti fl-abbiltajiet tal-erbivori. Moore et al. (20) u Kessler u Kalske (1) ipproponew b'mod indipendenti li jikkonvertu t-tliet livelli funzjonali tal-bijodiversità li oriġinarjament kienu distinti minn Whittaker (50) fil-bidliet temporali kostituttivi u indotti tad-diversità kimika; dawn l-awturi la ġabru fil-qosor il-proċeduri għall-ġbir ta' dejta dwar il-metabolomi fuq skala kbira lanqas ma jiddeskrivu kif għandha tiġi kkalkulata d-diversità metabolika minn din id-dejta. F'dan l-istudju, aġġustamenti żgħar għall-klassifikazzjoni funzjonali ta' Whittaker se jikkunsidraw id-diversità α-metabolika bħala d-diversità tal-ispettri MS/MS f'pjanta partikolari, u d-diversità β-metabolika bħala l-metaboliżmu intraspeċifiku bażiku ta' grupp ta' popolazzjonijiet. L-ispazju, u d-diversità γ-metabolika se tkun estensjoni tal-analiżi ta' speċi simili.
Is-sinjal JA huwa essenzjali għal firxa wiesgħa ta' risponsi metaboliċi tal-erbivori. Madankollu, hemm nuqqas ta' ttestjar kwantitattiv rigoruż tal-kontribut tar-regolazzjoni intraspeċifika tal-bijosintesi tal-JA għad-diversità tal-metabolomi, u jekk is-sinjal JA huwiex sit ġenerali għal diversifikazzjoni metabolika indotta mill-istress fuq skala makroevoluzzjonarja ogħla għadu diffiċli biex jiġi identifikat. Osservajna li n-natura erbivora ta' Nepenthes erbivora tinduċi speċjalizzazzjoni tal-metabolomi u l-varjazzjoni tal-ispeċjalizzazzjoni tal-metabolomi fil-popolazzjoni tal-ispeċi Nicotiana u fost l-ispeċi Nicotiana relatati mill-qrib hija sistematikament korrelata b'mod pożittiv mas-sinjalar JA. Barra minn hekk, meta s-sinjal JA jkun indebolit, l-ispeċifiċità metabolika indotta minn erbivoru ta' ġenotip wieħed tiġi kkanċellata (Figura 3, C u E). Peress li l-bidliet fl-ispettru metaboliku tal-popolazzjonijiet ta' Nepenthes attenwati b'mod naturali huma l-aktar kwantitattivi, il-bidliet fid-diversità u l-ispeċifiċità β metabolika f'din l-analiżi jistgħu jkunu kkawżati fil-biċċa l-kbira mill-eċċitazzjoni qawwija ta' kategoriji ta' komposti rikki fil-metaboliti. Dawn il-klassijiet ta' komposti jiddominaw parti mill-profil tal-metabolomi u jwasslu għal korrelazzjoni pożittiva mas-sinjali JA.
Minħabba li l-mekkaniżmi bijokimiċi tal-ispeċi tat-tabakk relatati mill-qrib magħha huma differenti ħafna, il-metaboliti huma identifikati speċifikament fl-aspett kwalitattiv, għalhekk huwa aktar analitiku. L-ipproċessar tat-teorija tal-informazzjoni tal-profil metaboliku maqbud juri li l-induzzjoni erbivora taggrava l-kompromess bejn id-diversità gamma metabolika u l-ispeċjalizzazzjoni. Is-sinjal JA għandu rwol ċentrali f'dan il-kompromess. Iż-żieda fl-ispeċjalizzazzjoni tal-metaboloma hija konsistenti mat-tbassir ewlieni tal-OD u hija korrelata b'mod pożittiv mas-sinjal JA, filwaqt li s-sinjal JA huwa korrelata b'mod negattiv mad-diversità gamma metabolika. Dawn il-mudelli jindikaw li l-kapaċità OD tal-pjanti hija prinċipalment determinata mill-plastiċità tal-JA, kemm jekk fuq skala mikroevoluttiva kif ukoll fuq skala evoluzzjonarja akbar. Esperimenti eżoġeni tal-applikazzjoni tal-JA li jevitaw id-difetti tal-bijosintesi tal-JA juru wkoll li l-ispeċi tat-tabakk relatati mill-qrib jistgħu jiġu distinti fi speċi li jirrispondu għas-sinjal u speċi li ma jirrispondux għas-sinjal, bħall-mod tagħhom ta' JA u l-plastiċità tal-metaboloma indotta mill-erbivori. L-ispeċi li ma jirrispondux għas-sinjal ma jistgħux jirrispondu minħabba l-inkapaċità tagħhom li jipproduċu JA endoġenu u għalhekk huma soġġetti għal limitazzjonijiet fiżjoloġiċi. Dan jista' jkun ikkawżat minn mutazzjonijiet f'xi ġeni ewlenin fil-mogħdija tas-sinjalar JA (AOS u JAR4 f'N. crescens). Dan ir-riżultat jenfasizza li dawn ix-xejriet makroevoluzzjonarji interspeċi jistgħu jkunu prinċipalment immexxija minn bidliet fil-perċezzjoni u r-rispons tal-ormoni interni.
Minbarra l-interazzjoni bejn il-pjanti u l-erbivori, l-esplorazzjoni tad-diversità metabolika hija relatata mal-avvanzi teoretiċi importanti kollha fir-riċerka tal-adattament bijoloġiku għall-ambjent u l-evoluzzjoni ta' karatteristiċi fenotipiċi kumplessi. Biż-żieda fl-ammont ta' dejta miksuba minn strumenti MS moderni, l-ittestjar tal-ipoteżi dwar id-diversità metabolika issa jista' jmur lil hinn mid-differenzi individwali/tal-metaboliti tal-kategorija u jwettaq analiżi globali biex jiżvela xejriet mhux mistennija. Fil-proċess ta' analiżi fuq skala kbira, metafora importanti hija l-idea li jiġu konċepiti mapep sinifikanti li jistgħu jintużaw biex tiġi esplorata d-dejta. Għalhekk, riżultat importanti tal-kombinazzjoni attwali ta' metabolomika MS/MS imparzjali u teorija tal-informazzjoni huwa li tipprovdi metrika sempliċi li tista' tintuża biex jinbnew mapep biex wieħed jibbrawżja d-diversità metabolika fuq skali tassonomiċi differenti. Dan huwa r-rekwiżit bażiku ta' dan il-metodu. L-istudju tal-evoluzzjoni mikro/makro u l-ekoloġija tal-komunità.
Fil-livell makro-evoluttiv, il-qalba tat-teorija tal-ko-evoluzzjoni bejn il-pjanti u l-insetti ta' Ehrlich u Raven (51) hija li tbassar li l-varjazzjoni tad-diversità metabolika interspeċi hija l-kawża tad-diversifikazzjoni tal-linji tal-pjanti. Madankollu, fil-ħamsin sena mill-pubblikazzjoni ta' dan ix-xogħol seminali, din l-ipoteżi rarament ġiet ittestjata (52). Dan huwa fil-biċċa l-kbira minħabba l-karatteristiċi filogenetiċi ta' karatteristiċi metaboliċi komparabbli tul linji tal-pjanti fuq distanza twila. Ir-rarità tista' tintuża biex jiġu ankrati metodi ta' analiżi tal-mira. Il-fluss tax-xogħol MS/MS attwali pproċessat mit-teorija tal-informazzjoni jikkwantifika x-xebh strutturali MS/MS ta' metaboliti mhux magħrufa (mingħajr għażla minn qabel tal-metaboliti) u jikkonverti dawn l-MS/MSs f'sett ta' MS/MS, u b'hekk fil-metaboliżmu professjonali dawn il-mudelli makro-evoluttivi huma mqabbla fi skala ta' klassifikazzjoni. Indikaturi statistiċi sempliċi. Il-proċess huwa simili għall-analiżi filogenetika, li tista' tuża allinjament tas-sekwenza biex tikkwantifika r-rata ta' diversifikazzjoni jew l-evoluzzjoni tal-karattri mingħajr tbassir minn qabel.
Fil-livell bijokimiku, l-ipoteżi tal-iskrinjar ta' Firn u Jones (53) turi li d-diversità metabolika tinżamm f'livelli differenti biex tipprovdi materja prima biex teżerċita l-attivitajiet bijoloġiċi ta' metaboliti li qabel ma kinux relatati jew sostitwiti. Il-metodi tat-teorija tal-informazzjoni jipprovdu qafas fejn dawn it-tranżizzjonijiet evoluzzjonarji speċifiċi għall-metaboliti li jseħħu waqt l-ispeċjalizzazzjoni tal-metaboliti jistgħu jiġu kwantifikati bħala parti mill-proċess ta' skrinjar evoluzzjonarju propost: adattament bijoloġikament attiv minn speċifiċità baxxa għal speċifiċità għolja Metaboliti inibiti ta' ambjent partikolari.
Kollox ma’ kollox, fil-bidu tal-bijoloġija molekulari, ġew żviluppati teoriji importanti dwar id-difiża tal-pjanti, u metodi mmexxija minn ipoteżi deduttivi huma ġeneralment meqjusa bħala l-uniku mezz ta’ progress xjentifiku. Dan huwa fil-parti l-kbira minħabba l-limitazzjonijiet tekniċi tal-kejl tal-metaboloma kollu. Għalkemm il-metodi mmexxija minn ipoteżi huma partikolarment utli fl-għażla ta’ mekkaniżmi kawżali oħra, il-kapaċità tagħhom li javvanzaw il-fehim tagħna tan-netwerks bijokimiċi hija aktar limitata mill-metodi komputazzjonali disponibbli bħalissa fix-xjenza kontemporanja intensiva fid-dejta. Għalhekk, teoriji li ma jistgħux jiġu mbassra huma ferm lil hinn mill-ambitu tad-dejta disponibbli, għalhekk il-formula/ċiklu tat-test ipotetiku tal-progress fil-qasam tar-riċerka ma jistax jiġi abolit (4). Aħna naraw li l-fluss tax-xogħol komputazzjonali tal-metabolomika introdott hawnhekk jista’ jqajjem mill-ġdid l-interess fil-kwistjonijiet reċenti (kif) u finali (għaliex) tad-diversità metabolika, u jikkontribwixxi għal era ġdida ta’ xjenza tad-dejta ggwidata teoretikament. L-era eżaminat mill-ġdid it-teoriji importanti li ispiraw il-ġenerazzjonijiet ta’ qabel.
L-għalf dirett mill-erbivori jitwettaq billi titrabbew larva tat-tieni stadju jew larva Sl fuq werqa waħda ta' pjanta buqar ta' lewn ċar ta' pjanta waħda tal-ward li jiffjorixxi, b'10 repliki ta' pjanti għal kull pjanta. Il-larva tal-insetti ġiet imwaħħla bi klampi, u t-tessut tal-weraq li kien fadal inġabar 24 u 72 siegħa wara l-infezzjoni u ġie ffriżat malajr, u l-metaboliti ġew estratti.
Simula trattament erbivoru b'mod sinkronizzat ħafna. Il-metodu huwa li tuża roti tal-mudell tad-drapp biex tittaqqab tliet ringieli ta' xewk fuq kull naħa tan-nerv tan-nofs tat-tliet weraq estiżi għalkollox tal-pjanta matul l-istadju tat-tkabbir tal-girlanda tad-drapp, u immedjatament applika 1:5 Ms Dilwit. Jew uża swaba' bl-ingwanti biex iddaħħal S1 OS fil-ferita tat-titqib. Aħsad u pproċessa werqa kif deskritt hawn fuq. Uża l-metodu deskritt qabel biex tiġbed metaboliti primarji u ormoni tal-pjanti (54).
Għal applikazzjonijiet eżoġeni ta' JA, it-tliet weraq tal-peciole ta' kull waħda mis-sitt pjanti tal-ward li jiffjorixxu ta' kull speċi huma ttrattati b'20μl ta' pejst tal-lanolin li fih 150μg MeJA (Lan + MeJA), u 20μl ta' lanolin flimkien ma' trattament għall-feriti (Lan + W), jew jużaw 20μl ta' lanolin pur bħala kontroll. Il-weraq inġabru 72 siegħa wara t-trattament, ġew iffriżati malajr f'nitroġenu likwidu, u nħażnu f'temperatura ta' -80°C sakemm jintużaw.
Erba' linji transġeniċi JA u ET, jiġifieri irAOC (36), irCOI1 (55), irACO u sETR1 (48), ġew identifikati fil-grupp ta' riċerka tagħna. L-irAOC wera b'mod qawwi tnaqqis fil-livelli ta' JA u JA-Ile, filwaqt li l-irCOI1 ma kienx sensittiv għall-JAs. Meta mqabbel ma' EV, l-akkumulazzjoni ta' JA-Ile żdiedet. Bl-istess mod, irACO se jnaqqas il-produzzjoni ta' ET, u meta mqabbel ma' EV, sETR1, li mhuwiex sensittiv għall-ET, se jżid il-produzzjoni ta' ET.
Spettrometru tal-lejżer fotoakustiku (Sensor Sense ETD-300 real-time ET sensor) jintuża biex iwettaq kejl tal-ET b'mod mhux invażiv. Immedjatament wara t-trattament, nofs il-weraq inqatgħu u ġew trasferiti għal kunjett tal-ħġieġ issiġillat ta' 4 ml, u l-ispazju ta' fuq tħalla jakkumula fi żmien 5 sigħat. Matul il-kejl, kull kunjett tlaħlaħ b'kurrent ta' 2 litri/siegħa ta' arja pura għal 8 minuti, li qabel kien għadda minn katalist ipprovdut minn Sensor Sense biex jitneħħew is-CO2 u l-ilma.
Id-dejta tal-mikroarray ġiet ippubblikata oriġinarjament f'(35) u ssejvjata fid-Database Komprensiva tal-Espressjoni tal-Ġeni taċ-Ċentru Nazzjonali għall-Informazzjoni dwar il-Bijoteknoloġija (NCBI) (numru ta' aċċess GSE30287). Id-dejta li tikkorrispondi għall-weraq ikkawżati mit-trattament W + OSMs u l-kontroll bla ħsara ġiet estratta għal dan l-istudju. L-intensità mhux ipproċessata hija log2. Qabel l-analiżi statistika, il-linja bażi ġiet konvertita u normalizzata għall-75 perċentil tagħha bl-użu tal-pakkett tas-softwer R.
Id-dejta oriġinali tas-sekwenzar tal-RNA (RNA-seq) tal-ispeċi Nicotiana ġiet irkuprata mill-NCBI Short Reading Archives (SRA), in-numru tal-proġett huwa PRJNA301787, li ġie rrappurtat minn Zhou et al. (39) u pproċediet kif deskritt f'(56). Id-dejta mhux ipproċessata pproċessata minn W + W, W + OSM u W + OSS1 li tikkorrispondi għall-ispeċi Nicotiana ntgħażlet għall-analiżi f'dan l-istudju, u ġiet ipproċessata bil-mod li ġej: L-ewwel, il-qari mhux ipproċessat tal-RNA-seq ġie kkonvertit fil-format FASTQ. HISAT2 jikkonverti FASTQ għal SAM, u SAMtools jikkonverti l-fajls SAM f'fajls BAM magħżula. StringTie jintuża biex jikkalkula l-espressjoni tal-ġeni, u l-metodu ta' espressjoni tiegħu huwa li hemm frammenti għal kull elf framment ta' bażi għal kull miljun framment ta' traskrizzjoni sekwenzata.
Il-kolonna kromatografika Acclaim (150 mm x 2.1 mm; daqs tal-partiċelli 2.2μm) użata fl-analiżi u l-kolonna ta' protezzjoni ta' 4 mm x 4 mm jikkonsistu mill-istess materjal. Il-gradjent binarju li ġej jintuża fis-sistema Dionex UltiMate 3000 Ultra High Performance Liquid Chromatography (UHPLC): 0 sa 0.5 minuti, 90% A isokratiku [ilma dejonizzat, 0.1% (v/v) aċetonitrile u 0.05% aċidu formiku], 10% B (Aċetonitrile u 0.05% aċidu formiku); 0.5 sa 23.5 minuti, il-fażi tal-gradjent hija 10% A u 90% B, rispettivament; 23.5 sa 25 minuta, 10% A u 90% B isokratiku. Ir-rata tal-fluss hija 400μl/min. Għall-analiżijiet kollha tal-MS, injetta l-eluwent tal-kolonna f'analizzatur quadrupole u time-of-flight (qTOF) mgħammar b'sors ta' elettrosprej li jopera f'modalità ta' jonizzazzjoni pożittiva (vultaġġ kapillari, 4500 V; ħruġ kapillari 130 V; temperatura tat-tnixxif 200°C; fluss tal-arja tat-tnixxif 10 litri/min).
Wettaq analiżi tal-frammenti MS/MS (minn hawn 'il quddiem imsejħa MS/MS) li mhijiex rilevanti jew ma tistax tiġi distinta mid-dejta biex tikseb informazzjoni strutturali dwar il-profil metaboliku ġenerali li jista' jiġi skopert. Il-kunċett tal-metodu MS/MS indiskriminat jiddependi fuq il-fatt li l-kwadrupol għandu tieqa ta' iżolament tal-massa kbira ħafna [għalhekk, ikkunsidra s-sinjali kollha tal-proporzjon tal-massa mal-ċarġ (m/z) bħala frammenti]. Għal din ir-raġuni, minħabba li l-istrument Impact II ma setax joħloq inklinazzjoni CE, twettqu diversi analiżi indipendenti bl-użu ta' valuri miżjuda tal-enerġija tal-ħabta tad-dissoċjazzjoni (CE) indotta minn ħabta. Fil-qosor, l-ewwel analizza l-kampjun permezz ta' jonizzazzjoni UHPLC-elettrosprej/qTOF-MS bl-użu ta' mod ta' spettrometrija tal-massa waħda (kundizzjonijiet ta' frammentazzjoni baxxa ġġenerati minn frammentazzjoni fis-sors), skennjar minn m/z 50 sa 1500 bi frekwenza ta' ripetizzjoni ta' 5 Hz. Uża n-nitroġenu bħala l-gass tal-ħabta għall-analiżi MS/MS, u wettaq kejl indipendenti fl-erba' vultaġġi differenti ta' dissoċjazzjoni indotti minn ħabta li ġejjin: 20, 30, 40, u 50 eV. Matul il-proċess tal-kejl, il-kwadrupol għandu l-akbar tieqa ta' iżolament tal-massa, minn m/z 50 sa 1500. Meta l-esperiment tal-wisa' tal-iżolament u l-m/z tal-ġisem ta' quddiem ikun issettjat għal 200, il-medda tal-massa tiġi attivata awtomatikament mis-softwer operattiv tal-istrument u 0 Da. Skennja għal frammenti tal-massa bħal fil-modalità ta' massa waħda. Uża format tas-sodju (50 ml isopropanol, 200 μl aċidu formiku u 1 ml soluzzjoni akwea 1M NaOH) għall-kalibrazzjoni tal-massa. Bl-użu tal-algoritmu ta' kalibrazzjoni ta' preċiżjoni għolja ta' Bruker, il-fajl tad-dejta jiġi kalibrat wara li jitħaddem l-ispettru medju f'perjodu ta' żmien partikolari. Uża l-funzjoni ta' esportazzjoni tas-softwer Data Analysis v4.0 (Brook Dalton, Bremen, il-Ġermanja) biex tikkonverti l-fajls tad-dejta mhux ipproċessata fil-format NetCDF. Is-sett tad-dejta MS/MS ġie ssejvjat fid-database metabolomika miftuħa MetaboLights (www.ebi.ac.uk) bin-numru ta' aċċessjoni. MTBLS1471.
L-assemblaġġ MS/MS jista' jiġi realizzat permezz ta' analiżi tal-korrelazzjoni bejn is-sinjali ta' kwalità MS1 u MS/MS għal enerġija ta' ħabta baxxa u għolja u regoli implimentati ġodda. L-iskritt R jintuża biex titwettaq l-analiżi tal-korrelazzjoni tad-distribuzzjoni tal-prekursur għall-prodott, u l-iskritt C# (https://github.com/MPI-DL/indiscriminant-MS-MS-assembly-pipeline) jintuża biex jiġu implimentati r-regoli.
Sabiex innaqsu l-iżbalji pożittivi foloz ikkawżati mill-istorbju fl-isfond u l-korrelazzjoni falza kkawżata mill-iskoperta ta' ċerti karatteristiċi m/z f'ftit kampjuni biss, nużaw il-funzjoni "filled peak" tal-pakkett R XCMS (għall-korrezzjoni tal-istorbju fl-isfond) li għandha tintuża biex tissostitwixxi l-intensità "NA" (mhux skoperta). Meta tintuża l-funzjoni fill peak, xorta jkun hemm ħafna valuri ta' intensità "0" fis-sett tad-dejta li jaffettwaw il-kalkolu tal-korrelazzjoni. Imbagħad, inqabblu r-riżultati tal-ipproċessar tad-dejta miksuba meta tintuża l-funzjoni fill peak u meta ma tintużax il-funzjoni fill peak, u nikkalkulaw il-valur tal-istorbju fl-isfond ibbażat fuq il-valur stmat ikkoreġut medju, u mbagħad nissostitwixxu dawn il-valuri ta' intensità 0 bil-valur tal-isfond ikkalkulat. Ikkunsidrajna wkoll biss karatteristiċi li l-intensità tagħhom qabżet tliet darbiet il-valur tal-isfond u qisnahom bħala "qċaċet veri". Għall-kalkoli tal-PCC, jiġu kkunsidrati biss is-sinjali m/z tal-prekursur tal-kampjun (MS1) u s-settijiet tad-dejta tal-frammenti b'mill-inqas tmien qċaċet veri.
Jekk l-intensità tal-karatteristika tal-kwalità tal-prekursur fil-kampjun kollu hija korrelata b'mod sinifikanti mal-intensità mnaqqsa tal-istess karatteristika ta' kwalità li hija soġġetta għal enerġija ta' ħabta baxxa jew għolja, u l-karatteristika mhijiex ittikkettjata bħala quċċata ta' iżotopu minn CAMERA, tista' tiġi definita aktar. Imbagħad, billi jiġu kkalkulati l-pari kollha possibbli ta' prekursur-prodott fi żmien 3 sekondi (it-tieqa tal-ħin ta' żamma stmata għaż-żamma tal-quċċata), titwettaq l-analiżi tal-korrelazzjoni. Huwa biss meta l-valur m/z ikun inqas mill-valur tal-prekursur u l-frammentazzjoni MS/MS isseħħ fl-istess post tal-kampjun fis-sett tad-dejta bħall-prekursur li minnu hija derivata, li jitqies bħala framment.
Abbażi ta' dawn iż-żewġ regoli sempliċi, neskludu l-frammenti speċifikati b'valuri m/z akbar mill-m/z tal-prekursur identifikat, u abbażi tal-pożizzjoni tal-kampjun fejn jidher il-prekursur u l-framment speċifikat. Huwa wkoll possibbli li jintgħażlu l-karatteristiċi tal-kwalità ġġenerati minn ħafna frammenti fis-sors iġġenerati fil-modalità MS1 bħala prekursuri kandidati, u b'hekk jiġġeneraw komposti MS/MS żejda. Sabiex titnaqqas din ir-ridundanza tad-dejta, jekk ix-xebh NDP tal-ispettri jaqbeż 0.6, u jappartjenu għall-kromatogramma "pcgroup" annotata minn CAMERA, se ngħaqqduhom. Fl-aħħarnett, ngħaqqdu l-erba' riżultati CE kollha assoċjati mal-prekursur u l-frammenti fl-ispettru kompost dekonvolut finali billi nagħżlu l-ogħla quċċata ta' intensità fost il-qċaċet kandidati kollha bl-istess valur m/z f'enerġiji ta' ħabta differenti. Il-passi sussegwenti tal-ipproċessar huma bbażati fuq il-kunċett ta' spettru kompost u jqisu l-kundizzjonijiet CE differenti meħtieġa biex jimmassimizzaw il-probabbiltà ta' frammentazzjoni, għaliex xi frammenti jistgħu jiġu skoperti biss taħt enerġija ta' ħabta speċifika.
L-RDPI (30) intuża biex jiġi kkalkulat l-induċibbiltà tal-profil metaboliku. Id-diversità tal-ispettru metaboliku (l-indiċi Hj) hija derivata mill-abbundanza tal-prekursuri MS/MS bl-użu tal-entropija ta' Shannon tad-distribuzzjoni tal-frekwenza MS/MS bl-użu tal-ekwazzjoni li ġejja deskritta minn Martínez et al. (8). Hj = −∑i = 1mPijlog2(Pij) fejn Pij jikkorrispondi għall-frekwenza relattiva tal-i-th MS/MS fil-j-th kampjun (j = 1, 2,…, m) (i = 1, 2,…, m) t).
L-ispeċifiċità metabolika (l-indiċi Si) hija definita bħala l-identità tal-espressjoni ta' MS/MS partikolari fir-rigward tal-frekwenza bejn il-kampjuni li qed jiġu kkunsidrati. L-ispeċifiċità tal-MS/MS hija kkalkulata bħala Si = 1t (∑j = 1tPijPilog2PijPi)
Uża l-formula li ġejja biex tkejjel l-indiċi δj speċifiku għall-metaboloma ta' kull kampjun j, u l-medja tal-ispeċifiċità MS/MS δj = ∑i = 1mPijSi
L-ispettri MS/MS huma allinjati f'pari, u x-xebh huwa kkalkulat abbażi taż-żewġ punteġġi. L-ewwel, bl-użu tal-NDP standard (magħruf ukoll bħala l-metodu ta' korrelazzjoni tal-kosinus), uża l-ekwazzjoni li ġejja biex tikklassifika x-xebh tas-segment bejn l-ispettri NDP = (∑iS1 & S2WS1, iWS2, i) 2∑iWS1, i2∑iWS2, i2 fejn S1 u S2 B'mod korrispondenti, għall-ispettru 1 u l-ispettru 2, kif ukoll WS1, i u WS2, i tirrappreżenta l-piż ibbażat fuq l-intensità tal-quċċata li d-differenza tal-quċċata komuni i-th bejn iż-żewġ spettri hija inqas minn 0.01 Da. Il-piż huwa kkalkulat kif ġej: W = [intensità tal-quċċata] m [kwalità] n, m = 0.5, n = 2, kif issuġġerit minn MassBank.
Ġie implimentat metodu ieħor ta' punteġġ, li involva l-analiżi tal-NL kondiviż bejn MS/MS. Għal dan il-għan, użajna t-52 lista NL li nstabu ta' spiss matul il-proċess ta' frammentazzjoni tal-MS flimkien, u l-NL aktar speċifiku (fajl tad-dejta S1) li ġie annotat qabel għall-ispettru MS/MS tal-metaboliti sekondarji tal-ispeċi Nepenthes imdgħajfa (9, 26). Oħloq vettur binarju ta' 1 u 0 għal kull MS/MS, li jikkorrispondi għall-kurrent u n-nuqqas ta' NL ta' xi NL rispettivament. Abbażi tax-xebh fid-distanza Ewklidea, il-punteġġ tax-xebh NL huwa kkalkulat għal kull par ta' vettori binarji NL.
Biex inwettqu raggruppament doppju, użajna l-pakkett R DiffCoEx, li huwa bbażat fuq estensjoni tal-Weighted Gene Co-expression Analysis (WGCNA). Bl-użu tal-matriċi tal-punteġġ NDP u NL tal-ispettri MS/MS, użajna DiffCoEx biex nikkalkulaw il-matriċi tal-korrelazzjoni komparattiva. Ir-raggruppament binarju jitwettaq billi l-parametru "cutreeDynamic" jiġi ssettjat għal method = "hybrid", cutHeight = 0.9999, deepSplit = T, u minClusterSize = 10. Il-kodiċi tas-sors R ta' DiffCoEx tniżżel mill-fajl addizzjonali 1 minn Tesson et al. (57); Il-pakkett tas-softwer R WGCNA meħtieġ jista' jinstab f'https://horvath.genetics.ucla.edu/html/CoexpressionNetwork/Rpackages/WGCNA.
Sabiex inwettqu analiżi tan-netwerk molekulari MS/MS, ikkalkulajna l-konnettività spettrali mqabbla bbażata fuq it-tipi ta' similarità NDP u NL, u użajna s-softwer Cytoscape biex nivviżwalizzaw it-topoloġija tan-netwerk bl-użu ta' tqassim organiku fl-applikazzjoni ta' estensjoni tal-algoritmu tat-tqassim CyFilescape yFiles.
Uża l-verżjoni 3.0.1 ta' R biex twettaq analiżi statistika fuq id-dejta. Is-sinifikat statistiku ġie vvalutat bl-użu ta' analiżi tal-varjanza f'żewġ direzzjonijiet (ANOVA), segwita mit-test post-hoc tad-differenza onestament sinifikanti ta' Tukey (HSD). Sabiex tiġi analizzata d-differenza bejn it-trattament erbivoru u l-kontroll, id-distribuzzjoni b'żewġ dnub taż-żewġ gruppi ta' kampjuni bl-istess varjanza ġiet analizzata bl-użu tat-test t ta' Student.
Għal materjali supplimentari għal dan l-artiklu, jekk jogħġbok ara http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/24/eaaz0381/DC1
Dan huwa artiklu b'aċċess miftuħ imqassam skont it-termini tal-Liċenzja Creative Commons Attribution-Non-Commercial, li tippermetti l-użu, id-distribuzzjoni u r-riproduzzjoni fi kwalunkwe mezz, sakemm l-użu finali ma jkunx għal qligħ kummerċjali u l-premessa hija li x-xogħol oriġinali huwa korrett. Referenza.
Nota: Nitolbuk biss li tipprovdi l-indirizz elettroniku tiegħek sabiex il-persuna li tirrakkomanda lill-paġna tkun taf li tridha tara l-email u li mhijiex spam. Mhux se naqbdu l-ebda indirizz elettroniku.
Din il-mistoqsija tintuża biex tittestja jekk intix viżitatur u tipprevjeni s-sottomissjoni awtomatika ta' spam.
It-teorija tal-informazzjoni tipprovdi munita universali għat-tqabbil ta' metabolomi speċjali u t-tbassir ta' teoriji ta' difiża tat-testijiet.
It-teorija tal-informazzjoni tipprovdi munita universali għat-tqabbil ta' metabolomi speċjali u t-tbassir ta' teoriji ta' difiża tat-testijiet.
©2021 Assoċjazzjoni Amerikana għall-Avvanz tax-Xjenza. id-drittijiet kollha riżervati. AAAS hija sieħba ta' HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef u COUNTER. ScienceAdvances ISSN 2375-2548.