Teori pertahanan entik-entikan sané matiosan ngicénin tuntunan teoritis sané mabuat pisan anggén nlatarang pola metabolisme khusus entik-entikan, sakéwanten panarka utama ipun kantun kauji. Iriki, iraga ngawigunayang analisis spektrometri massa tandem sane nenten bias (MS/MS) anggen sistematis nglimbakang metabolom strain tembakau sane karedam saking entik-entikan individu nuju populasi lan spesies sane mapaiketan, lan ngolah akeh teori fitur spektrometri massa madasar antuk spektrum senyawa ring informasi. Kerangka anggen nguji prediksi kunci teori pertahanan optimal (OD) miwah target bergerak (MT). Komponen informasi metabolomik entik-entikan konsisten sareng teori OD, sakéwanten nénten manut ring prediksi utama teori MT indik dinamika metabolomik sané kamedalang olih herbivora. Saking skala evolusi mikro ngantos makro, sinyal jasmonat kaidentifikasi pinaka penentu utama OD, raris sinyal etilena ngicénin penyetelan halus saking respons spesifik herbivora sané kasurat olih jaringan molekuler MS/MS.
Metabolit khusus antuk struktur sane beragam inggih punika pamilet utama ring adaptasi entik-entikan ring lingkungan, utamanyane ring pertahanan musuh (1). Diversifikasi sané ngawinang angob saking metabolisme khusus sané kapanggihin ring entik-entikan sampun ngawinang makudang-kudang dekade seseleh sané teleb indik makudang-kudang aspek fungsi ekologisnyané, miwah sampun ngwentuk daftar dawa teori pertahanan entik-entikan, sané pinaka panglimbak evolusioner miwah ekologis saking interaksi entik-entikan-serangga. Tetilikan empiris ngicenin tuntunan sane mabuat (2). Sakéwanten, teori pertahanan entik-entikan puniki nénten nganutin pamargi normatif penalaran deduktif hipotetis, rikala prediksi utama ring undagan analisis sané pateh (3) miwah kauji antuk eksperimental mangda prasida nglimbakang siklus panglimbak teoritis selanturnyané (4). Kawatesan teknis ngwatesin mupulang data ring kategori metabolisme tertentu lan nenten ngranjing analisis komprehensif metabolit khusus, dadosnyane ngandegang perbandingan antar kategori sane mabuat pisan ring panglimbakan teoritis (5). Kirangnyané data metabolomik sané jangkep miwah mata uang sané pateh anggén nyaihang alur kerja pemrosesan ruang metabolisme pantaraning kelompok entik-entikan sané matiosan ngawinang nénten prasida dewasa ilmiah ring lapangan.
Panglimbak anyar ring widang metabolomik spektrometri massa tandem (MS/MS) prasida komprehensif nyihnayang pauwahan metabolisme ring tengah miwah pantaraning spesies saking sistem clade, miwah prasida kagabungang antuk metode komputasi mangda prasida ngitung pateh struktural pantaraning campuran kompleks puniki. Kaweruhan sadurungnyane indik kimia (5). Kombinasi teknologi canggih ring analisis miwah komputasi ngicénin kerangka sané kaperluang rikala nguji jangka panjang saking akéh panarka sané kakaryanin olih teori ekologi miwah evolusi keragaman metabolisme. Shannon (6) nyobyahang teori gatra kapertama ring artikel maninyane duk warsa 1948, ngenahang dasar anggen nyelehin gatra matematis, sane sampun kawigunayang ring makudang-kudang widang tiosan ring aplikasi aslinyane. Ring genomik, teori gatra sampun prasida kamargiang anggen ngukur undagan gatra konservatif (7). Ring tetilikan transkriptomik, teori informasi nyelehin makasami pauwahan ring transkriptom (8). Ring tetilikan sadurungnyane, iraga nerapang kerangka statistik teori informasi ring metabolomik anggen nlatarang keahlian metabolisme tingkat jaringan ring entik-entikan (9). Iriki, iraga ngadungang alur kerja berbasis MS/MS sareng kerangka statistik teori informasi, sane kacihnayang antuk keragaman metabolisme ring mata uang umum, anggen nyandingang prediksi kunci teori pertahanan entik-entikan metabolom sane kainduksi olih herbivora.
Kerangka teoritis pertahanan entik-entikan biasane saling inklusif lan prasida kakepah dados kalih kategori: sane nyobak nlatarang distribusi metabolit spesifik entik-entikan madasar antuk fungsi pertahanan, sekadi pertahanan optimal (OD) (10), sasaran bergerak (MT) (11) ) Lan penampilan (12) eksplorasi sedengkan sumber daya sane lianan, ketersediaan punika ngawinang pertumbuhan entik-entikan lan akumulasi metabolit khusus, sekadi karbon: hipotesis keseimbangan nutrisi (13), hipotesis laju pertumbuhan (14 ), lan hipotesis keseimbangan pertumbuhan lan diferensiasi (15). Kalih set teori punika wenten ring undagan analisis sane matiosan (4). Sakéwanten, kakalih teori sané nyarengin fungsi pertahanan ring undagan fungsional akéhan pabligbagan indik pertahanan konstitutif miwah induksi entik-entikan: Teori OD, sané minehang indik entik-entikan nginvestasiang ring pertahanan kimia sané maal wantah rikala kaperluang, minakadi rikala ipun katelan Rikala buron padang nyerang, punika mawinan, manut saking fungsi sane katetapang (10); hipotesis MT ngusulang indik nenten wenten sumbu perubahan arah metabolit, nanging metabolit berubah secara acak, dadosnyane ngawetuang kemungkinan Ngalanglangin “target gerak” metabolisme sane nyerang herbivora. Tiosan ring punika, makakalih teori puniki makarya panarka sané matiosan indik remodeling metabolisme sané mamargi risampuné serangan herbivora: paiketan pantaraning akumulasi metabolit sané searah antuk fungsi pertahanan (OD) miwah pauwahan metabolisme sané nénten kaarah (MT) (11 ).
Hipotesis OD lan MT nenten wantah nyarengin pauwahan sane kainduksi ring metabolom, nanging taler konsekuensi ekologis lan evolusioner saking akumulasi metabolit puniki, sekadi biaya adaptif lan manfaat saking pauwahan metabolisme puniki ring lingkungan ekologi tertentu (16). Yadiastun makakalih hipotesis uning ring fungsi pertahanan metabolit khusus, sané minab utawi minab nénten mael, panarka utama sané minayang hipotesis OD miwah MT magenah ring arah pauwahan metabolisme sané kainduksi. Panarka teori OD sampun ngamolihang uratian sané pinih eksperimental kantos mangkin. Tes puniki ngranjing ring studi fungsi pertahanan langsung utawi nenten langsung jaringan sane mabinayan saking senyawa spesifik ring umah kaca lan kondisi alam, taler pauwahan ring tahap perkembangan entik-entikan (17-19). Sakéwanten, kantos mangkin, santukan kirangnyané alur kerja miwah kerangka statistik ring analisis komprehensif global indik keragaman metabolisme organisme napi manten, prediksi pabinayan utama pantaraning makakalih teori (inggih punika, pamargin pauwahan metabolisme) kantun kauji. Iriki, titiang ngicenin analisis sakadi punika.
Silih tunggil karakteristik sané pinih signifikan saking metabolit spesifik entik-entikan inggih punika keragaman struktural sané ekstrim ring makasami undagan saking entik-entikan tunggal, populasi ngantos spesies sané pateh (20). Akéh pauwahan kuantitatif ring metabolit khusus prasida kaselehin ring skala populasi, raris pabinayan kualitatif sané kuat katahan kapertahanin ring undagan spesies (20). Punika mawinan, keragaman metabolisme entik-entikan inggih punika aspek utama saking keragaman fungsional, sane nyihnayang kemampuan beradaptasi ring ceruk sane mabinayan, utamanyane ceruk sane madue kemungkinan invasi sane mabinayan olih serangga khusus lan herbivora umum (21). Saking artikel Fraenkel (22) sané dados terobosan indik napi sané ngawinang wénten metabolit spesifik entik-entikan, interaksi sareng makudang-kudang serangga sampun kasengguh pinaka tekanan seleksi sané mabuat, miwah interaksi puniki kaprecaya sampun ngwentuk entik-entikan selami evolusi. Jalur metabolisme sane wenten ring (23). Pabinayan antar spesies ring keragaman metabolit khusus taler prasida nyihnayang keseimbangan fisiologis sané mapaiketan sareng pertahanan entik-entikan konstitutif miwah induksi saking strategi herbivora, santukan makakalih spesies punika sering mapaiketan negatif sareng sané tiosan (24). Yadiastun minab mabuat pisan mangda prasida ngamit pertahanan sané becik setata, pauwahan metabolisme sané manut galah sané mapaiketan sareng pertahanan ngicénin kawigunan sané tinglas rikala ngawinang entik-entikan prasida ngalokasiang sumber daya sané maguna ring investasi fisiologis tiosan (19, 24), miwah ngindarin kabuatang simbiosis. Kerusakan sane wenten ring jaminan (25). Tiosan ring punika, reorganisasi metabolit khusus puniki sané kamedalang olih serangga herbivora prasida ngawinang distribusi destruktif ring populasi (26), miwah prasida nyihnayang pangwacén langsung saking pauwahan alami sané substansial ring sinyal asam jasmonik (JA), sané prasida kapertahanin ring populasi. Sinyal JA sané tegeh miwah sané endep inggih punika trade-off pantaraning pertahanan saking herbivora miwah persaingan sareng spesies tertentu (27). Tiosan ring punika, jalur biosintesis metabolit khusus pacang gelis ical miwah mauwah selami evolusi, ngasilang distribusi metabolisme sané nénten becik pantaraning spesies sané mapaiketan (28). Polimorfisme puniki prasida gelis kawangun pinaka penampén saking pauwahan pola herbivora (29), sané maartos fluktuasi komunitas herbivora wantah faktor utama sané nyokong heterogenitas metabolisme.
Iriki, iraga khusus muputang pikobet-pikobet sekadi ring sor puniki. (I) Sapunapi serangga herbivora punika ngatur malih metabolom entik-entikan? (Ii) Napi komponen informasi utama plastisitas metabolisme sané prasida kaukur mangda prasida nguji prediksi teori pertahanan jangka panjang? (Iii) Napiké pacang memprogram malih metabolom entik-entikan antuk pamargi sané unik ring sang sané nyerang, yéning sampun asapunika, napi peran hormon entik-entikan rikala nganutin respons metabolisme tertentu, miwah metabolit napi sané prasida nagingin spesifisitas pertahanan spesies? (Iv) Santukan panarka sané kakaryanin olih akéh teori pertahanan prasida kalimbakang ring makasami undagan jaringan biologis, iraga mataken sapunapi konsistennyané respons metabolisme sané kamedalang saking pabandingan internal ngantos pabandingan antar spesies? Antuk tetujon puniki, iraga sampun sistematis malajahin metabolom don nikotin roko, sane pinaka entik-entikan model ekologis antuk metabolisme khusus sane sugih, lan efektif majeng ring larva kalih herbivora asli, Lepidoptera Datura (Ms) ( Sanget agresif, utamanyane kaajeng) Ring Solanaceaceae of littoram are “genus”, antuk entik-entikan inang Solanaceae lan inang sane lianan saking genera lan kulawarga sane lianan Ajengan entik-entikan. Iraga nyelehin spektrum metabolomik MS/MS lan ngambil deskriptor statistik teori informasi anggen nyaihang teori OD lan MT. Ngaryanin peta spesifisitas mangda prasida nyihnayang identitas metabolit utama. Panyelehan puniki kalimbakang ring populasi asli N. nasi miwah spesies tembakau sané mapaiketan mangda prasida nyelehin malih kovarian pantaraning sinyal hormon entik-entikan miwah induksi OD.
Mangda prasida ngambil peta keseluruhan indik plastisitas lan struktur metabolom don tembakau herbivora, iraga nganggen analisis lan alur kerja itungan sane sampun kalimbakang sadurungnyane anggen mupulang lan dekonvolusi data resolusi tinggi sane komprehensif spektrum MS/MS independen saking ekstrak entik-entikan ( 9). Metode sane nenten madiferensiasi puniki (sane kabaos MS/MS) prasida ngwangun spektrum senyawa non-redundansi, sane salanturnyane prasida kaanggen ring makasami analisis tingkat senyawa sane katlatarang iriki. Metabolit entik-entikan sane dekonvolusi puniki wenten makudang-kudang soroh, sane kawangun antuk satusan ngantos panyiuan metabolit (kirang langkung 500-1000-s/MS/MS iriki). Iriki, iraga mapikayun indik plastisitas metabolisme ring kerangka teori informasi, miwah ngukur keragaman miwah profesionalisme metabolom madasar antuk entropi Shannon saking distribusi frekuensi metabolisme. Ngawigunayang rumus sane sampun kalaksanayang sadurungnyane (8), iraga ngitung seperangkat indikator sane prasida kaanggen ngukur keragaman metabolom (indikator Hj), spesialisasi profil metabolisme (indikator δj) lan spesifisitas metabolisme metabolit tunggal (indikator Si) . Tiosan ring punika, iraga nganggen Indeks Plastisitas Jarak Relatif (RDPI) anggen ngukur induksi metabolom herbivora (Gambar 1A) (30). Ring sajeroning kerangka statistik puniki, iraga ngamargiang spektrum MS/MS pinaka unit informasi dasar, lan ngolah kelimpahan relatif MS/MS dados peta distribusi frekuensi, lan salanturnyane nganggen entropi Shannon anggen narka keragaman metabolom saking punika. Spesialisasi metabolom kaukur antuk spesifisitas rata-rata spektrum MS/MS tunggal. Punika mawinan, nincapnyane abundansi makudang-kudang kelas MS/MS sesampun induksi herbivora kauwah dados induksi spektral, RDPI lan spesialisasi, inggih punika nincapnyane indeks δj, santukan metabolit sane lebih khusus kaproduksi lan indeks Si sane tegeh kaproduksi. Penurunan indeks keragaman Hj nyihnayang indik napike akeh MS/MS sane kapolihang kirang, utawi distribusi frekuensi profil mauwah ring arah sane kirang seragam, sinambi ngirangin nenten pastikanyane makasami. Malarapan antuk paitungan indeks Si, prasida kasorot MS/MS sane encen sane kainduksi olih herbivora tertentu, tungkalikane, MS/MS sane encen sane nenten nyawis induksi, sane dados indikator kunci anggen minayang prediksi MT lan OD.
(A) Deskriptor statistik sane kaanggen ring herbivora (H1 ngantos Hx) MS/MS induksi data-data (RDPI), keragaman (indeks Hj), spesialisasi (indeks δj) lan spesifisitas metabolit (indeks Si). Nincapnyané undagan spesialisasi (δj) nyihnayang, rata-rata, akéh metabolit spesifik herbivora sané pacang kamedalang, raris panurunan keragaman (Hj) nyihnayang panurunan produksi metabolit utawi distribusi metabolit sané nénten rata ring peta distribusi . Nilai Si nyelehin napiké metabolit punika spesifik ring kahanan tertentu (iriki, herbivora) utawi tungkalikannyane kapertahanin ring undagan sané pateh. (B) Diagram konseptual prediksi teori pertahanan nganggen sumbu teori informasi. Teori OD narka indik serangan herbivora pacang nincapang metabolit pertahanan, punika ngawinang nincapang δj. Rikala punika taler, Hj sayan rered santukan profil punika kaorganisasi malih nuju ngirangin nénten pastika informasi metabolisme. Teori MT narka indik serangan herbivora pacang ngawinang pauwahan non-arah ring metabolom, punika ngawinang nincapang Hj pinaka indikator nincapang informasi metabolisme sane nenten pastika lan ngawinang distribusi acak Si. Iraga taler ngusulang model campuran, MT sane pinih becik, ring dija makudang-kudang metabolit antuk nilai pertahanan sane tegehan pacang utamanyane nincap (nilai Si sane tegeh), nanging sane lianan nyihnayang respons acak (nilai Si sane endepan).
Ngawigunayang deskriptor teori informasi, iraga narka teori OD mangda prasida narka indik pauwahan metabolit khusus sané kaiusin olih herbivora ring kahanan konstitutif sané nénten kainduksi pacang ngawinang (i) nincapnyané spesifisitas metabolisme (indeks Si) sané nyokong spesifisitas metabonomik (indeks δj) Nincapnyané) kelompok metabolit khusus tertentu ( nilai metaboloij) sané madué pertahanan sané tegehan ( indeks) santukan pauwahan distribusi frekuensi metabolisme dados distribusi awak leptin sane sayan akeh. Ring undagan metabolit tunggal, distribusi Si sane tertib kaaptiang, ring dija metabolit punika pacang nincapang nilai Si manut nilai pertahanannyane (Gambar 1B). Ring sajeroning garis puniki, iraga nlatarang teori MT anggen narka indik eksitasi pacang ngawinang (i) pauwahan non-arah ring metabolit sane ngawinang indeks δj sayan rered, lan (ii) indeks Hj sayan nincap santukan nenten pastika metabolisme sayan nincap. Utawi keacakan, sane prasida kaukur olih entropi Shannon sane marupa keragaman umum. Indik komposisi metabolisme, teori MT pacang narka distribusi acak Si. Mapaiketan sareng metabolit tertentu wenten ring kondisi tertentu ring kondisi tertentu, lan kondisi sane lianan nenten ring kondisi tertentu, lan nilai pertahanannyane gumantung ring lingkungan, iraga taler ngusulang model pertahanan campuran, ring dija δj lan Hj terdistribusi dados kalih ring sepanjang Si Nincap ring makasami arah, sedengkan metabolit tertentu sane pacang nincapang nilai a Si distribusi sane wenten (Gambar 1B).
Mangda prasida nguji prediksi teori pertahanan sane kategesang malih ring sumbu deskriptor teori informasi, iraga ngangkat larva herbivora ahli (Ms) utawi generalis (Sl) ring don Nepenthes pallens (Gambar 2A). Ngawigunayang analisis MS/MS, iraga ngamolihang 599 spektrum MS/MS non-redundansi (file data S1) saking ekstrak metanol jaringan don sane kapupulang sesampun ulat ngamah. Ngawigunayang indeks RDPI, Hj, lan δj anggen memvisualisasikan rekonfigurasi daging informasi ring file konfigurasi MS/MS ngungkapang pola sane menarik (Gambar 2B). Tren makasami inggih punika, sakadi sane katlatarang olih deskriptor informasi, rikala ulat terus ngajeng don, tingkat makasami reorganisasi metabolisme nincap saking galah ka galah: 72 jam sesampun herbivora ngajeng, RDPI nincap signifikan. Kasaihang sareng kontrol sane nenten rusak, Hj sayan ngidikang, sane sangkaning nincapnyane tingkat spesialisasi profil metabolisme, sane kaukur antuk indeks δj. Tren sane kacingak puniki konsisten sareng prediksi teori OD, nanging nenten konsisten sareng prediksi utama teori MT, sane percaya indik perubahan acak (non-arah) ring tingkat metabolit kaanggen pinaka kamuflase pertahanan (Gambar 1B). Yadiastun kandungan elicitor sekresi oral (OS) lan parilaksana ngamah saking kalih herbivora puniki mabinayan, ngamah langsung ipun ngasilang pauwahan sane pateh ring arah Hj lan δj salami periode panen 24 jam lan 72 jam. Pabinayan sane wenten wantah wenten ring 72 jam RDPI. Yening saihang sareng sane kaawinang olih pakan Ms, metabolisme keseluruhan sane kainduksi olih pakan Sl punika tegehan.
(A) Desain eksperimental: herbivora bawi umum (S1) utawi ahli (Ms) kaicenin amah-amahan antuk don-donan desalinasi saking entik-entikan pitcher, nanging antuk herbivora simulasi, OS saking Ms (W + OSMs) kaanggen nanganin tusukan tatu posisi don standar. S1 (W + OSSl) sane wenten ring larva utawi toya (W + W). Kontrol (C) inggih punika don sane nenten rusak. (B) Induksibilitas (RDPI kasandingang sareng bagan kontrol), keragaman (indeks Hj) lan indeks spesialisasi (indeks δj) sane kaitung antuk peta metabolit khusus (599 MS/MS; berkas data S1). Bintang nyihnayang pabinayan sane signifikan pantaraning pakan herbivora langsung lan kelompok kontrol (Uji t sisia antuk uji t mapasangan, *P<0,05 lan ***P<0,001). ns, nenten penting. (C) Indeks resolusi galah utama (kotak biru, asam amino, asam organik lan gula; berkas data S2) lan spektrum metabolit khusus (kotak merah 443 MS/MS; berkas data S1) sesampun perawatan herbivora simulasi. Pita warna punika manut ring interval kepercayaan 95%. Bintang nyihnayang pabinayan sane signifikan pantaraning perawatan lan kontrol [analisis varians kuadrat (ANOVA), kasarengin antuk pabinayan signifikan jujur ​​Tukey (HSD) antuk perbandingan berganda post hoc, *P<0,05, **P<0,01 Lan *** P <0,001]. (D) Spesialisasi plot hamburan lan profil metabolit khusus (sampel sane maulang antuk perlakuan sane mabinayan).
Mangda prasida nyelehin napiké remodeling sané kamedalang olih herbivora ring undagan metabolom kacihnayang ring pauwahan undagan metabolit individu, kapertama iraga ngutamayang metabolit sané sadurungnyané kaplajahin ring don Nepenthes pallens antuk resistensi herbivora sané sampun mabukti. Amida fenolik inggih punika konjugat hidroksisinamamida-poliamin sane mapupul rikala proses herbivora serangga lan kauningin prasida ngirangin kinerja serangga (32). Iraga ngrereh prekursor MS/MS sane anut lan ngambar kurva kinetik kumulatifnyane (Gambar S1). Tan kaceda, turunan fenol sané nénten langsung nyarengin ring pertahanan saking herbivora, sekadi asam klorogenat (CGA) miwah rutin, nénten kaatur risampuné herbivora. Matungkalikan sareng, herbivora prasida makarya fenol amida sané pinih kuat. Pangan sané terus-terusan saking makakalih herbivora ngasilang spektrum eksitasi fenolamida sané pateh, miwah pola puniki pinih tinglas ring sintesis de novo fenolamida. Fenomena sane pateh pacang katitenin ritatkala nglimbakang jalur glikosida diterpen 17-hidroksigeranil nonanediol (17-HGL-DTGs), sane ngasilang akeh diterpen asiklik antuk fungsi anti-herbivora sane efektif (33), sane Ms Feeding profiled antuk ekspresi Sl S1 mirip).
Minab kakirangan saking percobaan pakan herbivora langsung inggih punika pabinayan tingkat konsumsi don lan galah pakan herbivora, sane ngawinang meweh ngicalang efek spesifik herbivora sane kaawinang olih tatu lan herbivora. Mangda prasida becik muputang spesifisitas spesies herbivora saking respons metabolisme don sane kainduksi, iraga simulasiang pakan larva Ms lan Sl antuk langsung nerapang OS sane anyar kapupulang (OSM lan OSS1) ring tusukan standar W saking posisi don sane konsisten. Prosedur puniki kawastanin perawatan W + OS, lan punika standarisasi induksi antuk tepat galah ngawit respons sane kapolihang olih herbivora tanpa ngawinang efek membingungkan saking pabinayan ring tingkat utawi kuantitas kehilangan jaringan (Gambar 2A) (34). Ngawigunayang analisis MS/MS lan pipeline itungan, iraga ngamolihang 443 spektrum MS/MS (file data S1), sane tumpang tindih sareng spektrum sane sadurungnyane kaakit saking percobaan pakan langsung. Analisis teori informasi saking pupulan data MS/MS puniki nyihnayang indik pemrograman ulang metabolom khusus don antuk simulasi herbivora nyihnayang induksi spesifik OS (Gambar 2C). Secara khusus, yening saihang sareng perawatan OSS1, OSM ngawinang nincapnyane spesialisasi metabolom ring 4 jam. Patut kauratiang yening saihang sareng set data eksperimental pakan herbivora langsung, kinetika metabolisme sane kavisualisasiang ring ruang dua dimensi nganggen Hj lan δj pinaka koordinat lan arah spesialisasi metabolom pinaka respons ring perawatan herbivora simulasi saking galah ka galah Nincap konsisten (Gambar 2D). Ring galah sane pateh, iraga ngukur kadar asam amino, asam organik lan gula (file data S2) anggen nyelehin napike panincapan keahlian metabolom sane kasayagayang puniki sangkaning rekonfigurasi metabolisme karbon pusat pinaka respons majeng ring herbivora simulasi ( Gambar S2). Mangda prasida becik nlatarang pola puniki, iraga salanturnyane ngawasin kinetika akumulasi metabolisme jalur fenolamida lan 17-HGL-DTG sane sampun kabaosang sadurungnyane. Induksi spesifik OS herbivora kauwah dados pola penataan ulang diferensial ring metabolisme fenolamida (Gambar S3). Amida fenolik sané madaging kumarin miwah kafeoil pinih utama kainduksi olih OSS1, raris OSM ngawinang induksi spesifik konjugat ferulil. Antuk jalur 17-HGL-DTG, induksi OS diferensial olih produk malonilasi lan dimalonilasi hilir kadeteksi (Gambar S3).
Selanturnyane, iraga malajahin plastisitas transkriptom sane kainduksi OS nganggen set data microarray perjalanan waktu, sane mensimulasikan kawigunan OSM anggen nambanin don don entik-entikan rosette ring herbivora. Kinetika pengambilan sampel dasarnyane tumpang tindih sareng kinetika sane kaanggen ring studi metabolomik puniki (35). Kasaihang sareng rekonfigurasi metabolom ring dija plastisitas metabolisme utamanyane nincap saking galah ka galah, iraga ngamatiang pecah transkripsi transien ring don sane kainduksi olih Ms, ring dija induksi transkriptom (RDPI) lan spesialisasi (δj) wenten ring 1 Wenten panincapan sane signifikan ring jam, lan keragaman (Hj) sane signifikan nginutin ekspresi BMPx punika, the BMP1. saking spesialisasi transkriptom (Gambar S4). Kulawarga gen metabolisme (sekadi P450, glikosiltransferase, miwah asiltransferase BAHD) nyarengin ring pamargin ngerakit metabolit khusus saking unit struktural sané mawit saking metabolisme primer, nganutin model spesialisasi tinggi pangawit sané sampun kabaosang ring ajeng. Pinaka studi kasus, jalur fenilalanin sane kaanalisis. Panyelehan nyantenang indik gen inti ring metabolisme fenolamida banget kainduksi OS ring herbivora kasandingang sareng entik-entikan sané nénten kadaut, miwah mapaiketan ring pola ekspresinyané. Faktor transkripsi MYB8 miwah gen struktural PAL1, PAL2, C4H miwah 4CL ring hulu jalur puniki nyihnayang pangawit transkripsi ring pangawit. Asiltransferase sané mabuat ring pamargin pamuput fenolamida, sekadi AT1, DH29, miwah CV86, nyihnayang pola upregulasi sané sué (Gambar S4). Panyelehan ring ajeng nyihnayang indik pangawit spesialisasi transkriptom miwah nincapang spesialisasi metabolomik salanturnyané inggih punika mode sané mapaiketan, sané minab sangkaning sistem pengaturan sinkron sané ngawitin respons pertahanan sané kuat.
Rekonfigurasi ring sinyal hormon entik-entikan mamargi pinaka lapisan pengaturan sané nyangkepang informasi herbivora mangda prasida memprogram malih fisiologi entik-entikan. Sesampune simulasi herbivora, iraga ngukur dinamika kumulatif kategori hormon entik-entikan kunci lan memvisualisasikan ko-ekspresi temporal pantaraning ipun [Koefisien korelasi Pearson (PCC)> 0,4] (Gambar 3A). Sekadi sané sampun kaaptiang, hormon entik-entikan sané mapaiketan sareng biosintesis mapaiketan ring jaringan ko-ekspresi hormon entik-entikan. Tiosan ring punika, spesifisitas metabolisme (indeks Si) kapetakang ring jaringan puniki mangda prasida nyoroang hormon entik-entikan sane kainduksi olih perawatan sane matiosan. Kalih widang utama saking respons spesifik herbivora sane kagambar: asiki inggih punika ring kluster JA, ring dija JA (wentuk aktif biologisnyane JA-Ile) lan turunan JA sane lianan nyihnayang skor Si sane pinih tegeh; sane lianan inggih punika etilena (ET). Gibberellin wantah nyihnayang nincapnyané spesifisitas herbivora, raris hormon entik-entikan tiosan, sekadi sitokinin, auksin, miwah asam absisit, madué spesifisitas induksi sané alit ring herbivora. Yening saihang sareng nganggen W + W kemanten, amplifikasi nilai puncak turunan JA malarapan antuk aplikasi OS (W + OS) dasarnyane prasida kauwah dados indikator spesifik JA sane kuat. Tan kajangka, OSM lan OSS1 antuk kandungan elicitor sane matiosan kauningin ngawinang akumulasi JA lan JA-Ile sane pateh. Mabinayan sareng OSS1, OSM secara spesifik lan kuat kainduksi olih OSM, nanging OSS1 nenten ngukuhang respons tatu basal (Gambar 3B).
(A) Analisis jaringan ko-ekspresi madasar antuk paitungan PCC simulasi kinetika akumulasi hormon entik-entikan sane kaiusin olih herbivora. Simpul punika nyihnayang siki hormon entik-entikan, miwah ukuran simpul punika nyihnayang indeks Si sané khusus ring hormon entik-entikan pantaraning perawatan. (B) Akumulasi JA, JA-Ile lan ET ring don sane kaawinang olih perlakuan sane mabinayan kacihnayang antuk warna sane mabinayan: aprikot, W + OSM; biru, W + OSSl; ireng, W + W; abu-abu, C (kontrol) . Bintang nyihnayang pabinayan sane signifikan pantaraning perawatan lan kontrol (ANOVA dua arah kasarengin antuk perbandingan berganda post hoc Tukey HSD, *** P <0,001). Analisis teori informasi (C)697 MS/MS (berkas data S1) ring biosintesis JA lan spektrum persepsi sane rusak (irAOC lan irCOI1) lan (D)585 MS/MS (berkas data S1) ring ETR1 antuk sinyal ET sane rusak Kalih rencana perawatan garis hebivora simulasi lan rencana vekel emp memicu. Bintang nyihnayang pabinayan sane signifikan pantaraning perawatan W+OS lan kontrol sane nenten rusak (ANOVA dua arah kasarengin antuk perbandingan berganda post hoc Tukey HSD, *P<0,05, **P<0,01 lan ***P<0,001). (E) Grafik sane mabrarakan saking oposisi sane mabrarakan majeng ring spesialisasi. Warna punika ngangganin strain sane kauwah antuk genetik sane matiosan; pralambang punika nyihnayang tata cara perawatan sane matiosan: segitiga, W + OSS1; segi empat, W + OSM; lingkaran C
Selanturnyane, iraga ngawigunayang galur Nepenthes sane kauwah antuk genetik sane kalemah (irCOI1 lan sETR1) ring pidabdab utama biosintesis JA lan ET (irAOC lan irACO) lan persepsi (irCOI1 lan sETR1) anggen nyelehin metabolisme kalih hormon entik-entikan puniki ring kontribusi pemrograman ulang herbivora Relatif. Konsisten sareng percobaan sadurungnyane, iraga ngukuhang induksi herbivora-OS ring entik-entikan pembawa kosong (EV) (Gambar 3, C ngantos D) lan panurunan keseluruhan indeks Hj sane kaawinang olih OSM, nanging indeks δj nincap. Respons punika pinih kacingak saking respons sane kapicu olih OSS1. Grafik kalih garis nganggen Hj lan δj pinaka koordinat nyihnayang deregulasi spesifik (Gambar 3E). Tren sane pinih jelas inggih punika ring strain sane kirang sinyal JA, keragaman metabolom lan perubahan spesialisasi sane kaawinang olih herbivora meh-mehan sampun kaicalang (Gambar 3C). Matungkalikan sareng, persepsi ET meneng ring entik-entikan sETR1, yadiastun efek makasami ring pauwahan metabolisme herbivora doh andap saking sinyal JA, ngirangin pabinayan indeks Hj miwah δj pantaraning eksitasi OSM miwah OSS1 (Gambar 3D miwah Gambar S5). . Puniki nyihnayang tiosan ring fungsi inti transduksi sinyal JA, transduksi sinyal ET taler maguna pinaka penyetelan halus saking respons metabolisme spesifik spesies herbivora. Konsisten sareng fungsi penyetelan halus puniki, nenten wenten pauwahan ring induksi metabolom makasami ring entik-entikan sETR1. Ring sisi tiosan, yening saihang sareng entik-entikan sETR1, entik-entikan irACO ngawinang amplitudo keseluruhan perubahan metabolisme sane pateh sane kaawinang olih herbivora, nanging nyihnayang skor Hj lan δj sane signifikan mabinayan pantaraning tantangan OSM lan OSS1 (Gambar S5).
Mangda prasida ngidentifikasi metabolit khusus sane madue kontribusi sane mabuat ring respons spesifik spesies herbivora lan nyetel produksinyane malarapan antuk sinyal ET, iraga nganggen metode MS/MS struktural sane sampun kalimbakang sadurungnyane. Metode puniki ngandelang metode bi-clustering anggen nyimpulang malih kulawarga metabolisme saking fragmen MS/MS [produk titik normalisasi (NDP)] lan skor kesamaan madasar antuk kehilangan netral (NL). Pupulan data MS/MS sane kawangun majalaran antuk analisis garis transgenik ET ngasilang 585 MS/MS (file data S1), sane kapuputang antuk ngakelompokang dados pitung modul MS/MS utama (M) (Gambar 4A) . Makudang-kudang modul puniki padat kakemas antuk metabolit khusus sane sampun kacihnayang sadurungnyane: umpaminyane, M1, M2, M3, M4 lan M7 sugih antuk makudang-kudang turunan fenol (M1), glikosida flavonoid (M2), gula asil (M3 Lan M4), lan 17-HGL-DTG (7M). Tiosan ring punika, informasi spesifik metabolisme (indeks Si) saking metabolit tunggal ring soang-soang modul kaitung, lan distribusi Si nyane prasida kacingak antuk intuitif. Cutetnyane, spektrum MS/MS sane nyihnayang spesifisitas herbivora lan genotipe sane tegeh kacihnayang antuk nilai Si sane tegeh, lan statistik kurtosis nyihnayang distribusi bulu ring bucu ikuh tengen. Silih sinunggil distribusi koloid lean sekadi punika kadeteksi ring M1, ring dija fenol amida nyihnayang fraksi Si sane pinih tegeh (Gambar 4B). 17-HGL-DTG induksi herbivora sane sampun kabaosang sadurungnyane ring M7 nyihnayang skor Si sane moderat, nyihnayang tingkat regulasi diferensial sane moderat pantaraning kalih soroh OS. Matungkalikan sareng, metabolit khusus sané kaasilang antuk konstitutif, sekadi rutin, CGA, miwah gula asil, wantah silih tunggil skor Si sané pinih andap. Mangda prasida becik nglimbakang kompleksitas struktural miwah distribusi Si pantaraning metabolit khusus, jaringan molekuler kawangun antuk soang-soang modul (Gambar 4B). Panarka sané mabuat saking teori OD (karingkes ring Gambar 1B) inggih punika reorganisasi metabolit khusus risampuné herbivora mangda ngawinang pauwahan siki arah ring metabolit antuk nilai pertahanan sané tegeh, utaminnyané antuk nincapang spesifisitasnyané (matungkalik sareng distribusi acak) Mode) Metabolit pertahanan sané katarka olih teori MT. Akeh turunan fenol sane mapupul ring M1 fungsionalnyane mapaiketan sareng panurunan kinerja serangga (32). Rikala nyandingang nilai Si ring metabolit M1 pantaraning don induksi lan don konstituen entik-entikan kontrol EV ring 24 jam, iraga nyingakin spesifisitas metabolisme akeh metabolit sesampun serangga herbivora madue tren nincap sane signifikan (Gambar 4C). Peningkatan spesifik nilai Si wantah kadeteksi ring fenolamida pertahanan, nanging nenten wenten panincapan nilai Si sane kadeteksi ring fenol sane lianan lan metabolit sane nenten kauningin sane wenten sareng-sareng ring modul puniki. Puniki pinaka model khusus, sané mapaiketan sareng teori OD. Panarka utama indik pauwahan metabolisme sané kamedalang olih herbivora punika konsisten. Mangda prasida nguji napike kekhususan spektrum fenolamida puniki kainduksi olih ET spesifik OS, iraga ngambar indeks metabolit Si lan ngawinang nilai ekspresi diferensial pantaraning OSM lan OSS1 ring genotipe EV lan sETR1 (Gambar 4D ). Ring sETR1, pabinayan sane kaiusin olih phenamide pantaraning OSM lan OSS1 pinih ngidikang. Metode bi-clustering taler kaanggen ring data MS/MS sane kapupulang ring strain sane nenten cukup JA anggen nyimpulang modul MS/MS utama sane mapaiketan sareng spesialisasi metabolisme sane kaatur olih JA (Gambar S6).
(A) Pikolih kluster 585 MS/MS madasar antuk fragmen bersama (kesamaan NDP) lan kehilangan netral bersama (kesamaan NL) ngasilang modul (M) sane konsisten sareng kulawarga senyawa sane kauningin, utawi olih komposisi Metabolit sane nenten kauningin utawi kirang metabolisme. Ring samping soang-soang modul, kasinahang distribusi spesifik (Si) metabolit (MS/MS). (B) Jaringan molekuler modular: Simpul ngawakilin MS/MS lan sisi, NDP (merah) lan NL (biru) skor MS/MS (cut-off,> 0,6). Indeks spesifisitas metabolit sane katingkatin (Si) kawarnain madasar antuk modul (kiwa) lan kapetakang ring jaringan molekuler (kanan). (C) Modul M1 tanaman EV ring kahanan konstitutif (kontrol) lan induksi (herbivora simulasi) ring 24 jam: diagram jaringan molekuler (nilai Si inggih punika ukuran node, fenolamida pertahanan kasorot antuk warna biru). (D) Diagram jaringan molekuler M1 saking garis spektrum sETR1 antuk persepsi EV lan ET sane rusak: senyawa fenolik sane kawakilin olih node lingkaran hijau, lan pabinayan signifikan (nilai P) pantaraning perlakuan W + OSM lan W + OSS1 pinaka ukuran Node. CP, N-kafeoil-tirosin sane wenten ring; CS, N-kafeoil-spermidin sane wenten ring; FP, asam N-ferulat ester-asam urat sane wenten ring; FS, N-ferulil-spermidin sane wenten ring; CoP, N', N "-Kumarolil-tirosin; DCS, N', N"-Dikafeoil-Spermidin; CFS, N', N”-kafeoil, feruloil-spermidin; Lisium barbarum ring Putra serigala; Nick. O-AS, Gula O-asil.
Iraga salanturnyane nglimbakang analisis saking genotipe Nepenthes sane kalemah tunggal nuju populasi alami, ring dija pauwahan intraspesifik sane kuat ring tingkat JA herbivora lan tingkat metabolit spesifik sadurungnyane sampun katlatarang ring populasi alami (26). Anggén pupulan data puniki anggén nyakup 43 germplasma. Germplasma puniki kawangun antuk 123 spesies entik-entikan saking N. pallens. Entik-entikan puniki kaambil saking bibit sane kapupulang ring habitat asli sane matiosan ring Utah, Nevada, Arizona, lan California (Gambar S7), iraga ngitung keragaman metabolom (iriki kasengguh tingkat populasi) keragaman β) lan spesialisasi sane kaawinang olih OSM. Konsisten sareng studi sadurungnyane, iraga nyingakin makudang-kudang pauwahan metabolisme ring salantang sumbu Hj lan δj, nyihnayang germplasm madue pabinayan sane signifikan ring plastisitas respons metabolismenyane majeng ring herbivora (Gambar S7). Organisasi puniki ngelingang indik panyelehan sadurungnyane indik rentang dinamis perubahan JA sane kaawinang olih herbivora, lan sampun ngamong nilai sane pinih tegeh ring populasi tunggal (26, 36). Antuk nganggen JA lan JA-Ile anggen nguji korelasi tingkat keseluruhan pantaraning Hj lan δj, iraga manggihin wenten korelasi positif sane signifikan pantaraning JA lan indeks keragaman lan spesialisasi metabolome β (Gambar S7). Puniki nyihnayang indik heterogenitas sané kamedalang olih herbivora ring induksi JA sané kadeteksi ring undagan populasi minab sangkaning polimorfisme metabolisme utama sané kamedalang olih seleksi saking herbivora serangga.
Panyelehan sadurungnyané sampun nyihnayang indik soroh tembakau banget mabinayan ring soroh miwah ketergantungan relatif ring pertahanan metabolisme induksi miwah konstitutif. Kapercayain indik pauwahan transduksi sinyal anti-herbivora miwah kawagedan pertahanan puniki kaatur olih tekanan populasi serangga, siklus hidup entik-entikan, miwah prabéya produksi pertahanan ring genah spesies punika mentik. Iraga mlajahin konsistensi remodeling metabolom don sané kamedalang olih herbivora saking nem spesies Nicotiana sané mawit saking Amerika Utara miwah Amerika Selatan. Spesies puniki mapaiketan sareng Nepenthes Amerika Utara, inggih punika Nicolas Bociflo. La, N. nikotin, Nikotiana n. padang sane sampun kalemah, tembakau linier, tembakau (Nicotiana spegazzinii) lan tembakau don tembakau (Nicotiana obtusifolia) (Gambar 5A) (37). Nem saking spesies puniki, rumasuk spesies sané madué ciri becik N. ledang, inggih punika entik-entikan tahunan saking klade petunia, miwah obtusifolia N. inggih punika entik-entikan abadi saking klade adik Trigonophyllae (38). Selanturnyane, induksi W + W, W + OSM lan W + OSS1 kamargiang ring pitung spesies puniki anggen malajahin penataan ulang metabolisme tingkat spesies saking pakan serangga.
(A) Pohon filogenetik bootstrap madasar antuk kemungkinan maksimum [anggen sintesis glutamin inti (38)] lan distribusi geografis pitung spesies Nicotiana sane mapaiketan erat (warna sane mabinayan) (37). (B) Plot hamburan keragaman khusus antuk profil metabolisme pitung spesies Nicotiana (939 MS/MS; berkas data S1). Ring undagan spesies, keragaman metabolom mapaiketan negatif sareng undagan spesialisasi. Panyelehan indik paiketan ring undagan spesies pantaraning keragaman metabolisme miwah spesialisasi miwah akumulasi JA kacihnayang ring Gambar 2. S9. Warna, sane mabinayan sorohnyane; segitiga, W + OSS1; segi empat, W + OSM; (C) Dinamika Nicotiana JA lan JA-Ile kaperingkat manut amplitudo eksitasi OS (ANOVA dua arah lan Tukey HSD pasca-perbandingan berganda, * P <0,05, ** P <0,01 lan * ** Antuk perbandingan W + OS lan W + W, P <0,001). Plot kotak saking (D) keragaman lan (E) spesialisasi soang-soang spesies sesampun simulasi herbivora lan metil JA (MeJA). Bintang nyihnayang pabinayan sane signifikan pantaraning W + OS lan W + W utawi lanolin tambah W (Lan + W) utawi Lan tambah MeJA (Lan + MeJa) lan kontrol Lan (analisis varians dua arah, kalanturang antuk perbandingan berganda post hoc HSD Tukey , *P<0,05, **P<0,01 lan).
Ngawigunayang metode kluster ganda, iraga ngidentifikasi 9 modul saking 939 MS/MS (berkas data S1). Komposisi MS/MS sane kakonfigurasi malih antuk perlakuan sane mabinayan banget mabinayan pantaraning modul sane mabinayan pantaraning spesies (Gambar S8). Visualisasi Hj (kasengguh iriki pinaka γ-diversitas undagan spesies) miwah δj nyihnayang indik spesies sané matiosan maagregasi dados kelompok sané banget matiosan ring genah metabolisme, rikala pembelahan undagan spesies katahnyané pinih mabuat bandingang ring eksitasi. Sajabaning N. linear miwah N. obliquus, ipun nyihnayang makudang-kudang efek induksi dinamis (Gambar 5B). Panungkalikannyané, spesies sekadi N. purpurea miwah N. obtusifolia madué respons metabolisme sané kirang tinglas ring perawatan, sakéwanten metabolomnyané sayan akéh. Distribusi spesifik spesies saking respons metabolisme sané kainduksi ngamolihang paiketan negatif sané signifikan pantaraning spesialisasi miwah keragaman gamma (PCC = -0,46, P = 4,9×10-8). Pauwahan sané kamedalang olih OS ring undagan JAs mapaiketan positif sareng spesialisasi metabolom, miwah mapaiketan negatif sareng keragaman gamma metabolisme sané kacihnayang olih soang-soang spesies (Gambar 5B miwah Gambar S9). Patut kauratiang yening spesies sane ring basa sedina-dina kabaos spesies “respon sinyal” ring Gambar 5C, sakadi nematoda Nepenthes, Nepenthes akut, lan Nepenthes sane kalemah, ngawinang tanda-tanda sane signifikan ring 30 menit. Wabah JA lan JA-Ile spesifik OS sane anyar, nanging bakteri sane lianan sane kasengguh “sinyal nenten tanggap”, sakadi pabrik Nepenthes, Nepenthes bubuk lan N. obtusifolia wantah nyihnayang induksi JA-Ile Edge tanpa spesifisitas OS (Gambar 5C). Ring undagan metabolisme, sakadi sane sampun kabaosang ring ajeng, antuk Nepenthes sane kalemah, zat sane responsif ring sinyal nyihnayang spesifisitas OS lan nincapang δj sane signifikan, sinambi ngirangin Hj. Efek priming spesifik OS puniki nénten kadeteksi ring spesies sané kaklasifikasiang pinaka spesies non-reaktif sinyal (Gambar 5, D miwah E). Metabolit spesifik OS seringan kabagi pantaraning spesies sané responsif ring sinyal, miwah gugus sinyal puniki mapupul sareng spesies sané madué respons sinyal sané lewih lemet, raris spesies sané madué respons sinyal sané lemet nyihnayang saling ketergantungan sané kirang (Gambar S8). Asil puniki nyihnayang indik induksi spesifik OS JA miwah rekonfigurasi spesifik OS metabolom hilir mapaiketan ring undagan spesies.
Selanturnyane, iraga nganggen pasta lanolin sane madaging metil JA (MeJA) anggen nambanin entik-entikan anggen nyelehin napike mode kopling puniki kawatesin olih ketersediaan JA sane katerapin olih JA eksogen, sane pacang wenten ring sitoplasma entik-entikan. Deesterifikasi sane gelis inggih punika JA. Iraga manggihin tren sane pateh saking pauwahan bertahap saking spesies sane responsif sinyal nuju spesies sane nenten responsif sinyal sane kaawinang olih pasokan JA sane terus-menerus (Gambar 5, D lan E). Cutetnyane, perawatan MeJA kuat memprogram ulang metabolom nematoda linier, N. obliquus, N. aquaticus, N. pallens, lan N. mikimotoi, ngasilang panincapan sane signifikan ring δj lan panurunan Hj. N. purpurea wantah nyihnayang panincapan δj, nanging nenten Hj. N. obtusifolia, sane sadurungnyane sampun mabukti mupulang JA sane pinih andap, taler nenten becik ngrespons perawatan MeJA ring sajeroning rekonfigurasi metabolom. Asil puniki nyihnayang indik produksi JA utawi transduksi sinyal kawatesin manut fisiologis ring spesies sané nénten ngrespons sinyal. Anggen nguji hipotesis puniki, iraga malajahin petang spesies (N. pallens, N. pabrik, N. pink lan N. mikrofila) sane kainduksi olih W + W, W + OSMs lan W + OSS1 Transkriptom (39). Konsisten sareng pola remodeling metabolom, spesies punika kapasahang becik ring ruang transkriptom, ring pantaraning N. attenuated nyihnayang RDPI sané kainduksi OS pinih tegeh, raris N. gracilis madué sané pinih andap (Gambar 6A). Sakéwanten, kapanggihin indik keragaman transkriptom sané kamedalang olih N. oblonga pinih andap saking petang spesies, matungkalikan sareng keragaman metabonomik sané pinih tegeh saking N. oblonga sané sadurungnyané kacihnayang ring pitung spesies. Penelitian sadurungnyané sampun nyihnayang indik makudang-kudang gen sané mapaiketan sareng sinyal pertahanan pangawit, taler sinyal JA, nlatarang spesifisitas respons pertahanan pangawit sané kamedalang olih elicitor sané mapaiketan sareng herbivora ring spesies Nicotiana (39). Nyaihang jalur sinyal JA pantaraning petang spesies puniki nyihnayang pola sane menarik (Gambar 6B). Akéhan gen ring pamargi puniki, sekadi AOC, OPR3, ACX miwah COI1, nyihnayang induksi sané tegeh ring petang spesies puniki. Sakéwanten, gen utama, JAR4, nguwah JA dados wentuk aktif biologisnyané saking transkrip akumulasi JA-Ile, miwah undagan transkripsinyané pinih andap, utaminnyané ring N. mills, Nepenthes pieris miwah N. microphylla. Tiosan ring punika, wantah transkrip gen AOS tiosan sane nenten kadeteksi ring N. bifidum. Pauwahan ekspresi gen puniki minab ngawinang fenotipe ekstrim sané kamedalang olih produksi JA sané alit ring spesies anergik sinyal miwah induksi N. gracilis.
(A) Analisis teori informasi saking pemrograman ulang respons transkripsi pangawit saking petang spesies tembakau sane mapaiketan erat sane kasampel 30 menit sesampun induksi herbivora. RDPI kaitung antuk nyaihang don sane kainduksi olih OS herbivora sareng kontrol tatu. Warna-warna punika nyihnayang spesies sane matiosan, lan simbol-simbol punika nyihnayang tata cara nambanin sane matiosan. (B) Analisis ekspresi gen ring jalur sinyal JA pantaraning petang spesies. Jalur JA sane sampun kasederhanayang kasinahang ring samping plot kotak. Warna sane mabinayan nyihnayang tata cara pengolahan sane mabinayan. Bintang nyihnayang wenten pabinayan sane signifikan pantaraning perlakuan W + OS lan kontrol W + W (antuk uji t Sisia antuk pabinayan pasangan, *P<0,05, **P<0,01 lan ***P<0,001). OPDA, asam sane marupa 12-oksofitodienoat; OPC-8: 0,3-okso-2(2'(Z)-pentenil)-siklopentan-1-asam oktanoat.
Ring pahan sané kaping untat, iraga mlajahin sapunapi remodeling spesifik serangga saking metabolom saking spesies entik-entikan sané matiosan prasida tahan ring herbivora. Tetilikan sadurungnyane ngutamayang indik genus Nicotiana. Resistensi ipun majeng ring Ms lan larva mabinayan pisan (40). Iriki, iraga malajahin paiketan model puniki sareng plastisitas metabolisme ipun. Ngawigunayang petang soroh tembakau ring ajeng, lan nguji korelasi pantaraning keragaman lan spesialisasi metabolom sane kaawinang olih herbivora lan resistensi entik-entikan majeng ring Ms lan Sl, iraga manggihin resistensi, keragaman lan spesialisasi majeng ring generalis Sl Makasami punika mapaiketan positif, sedengkan korelasi pantaraning keragaman ahli ladies lan the Gambar nenten S10). Mapaiketan sareng resistensi S1, N. chinensis miwah N. gracilis sané sampun kalemah, sadurungnyané sampun mabukti nyihnayang undagan transduksi sinyal JA miwah plastisitas metabolom, madué respons sané banget matiosan ring induksi herbivora, miwah ipun taler nyihnayang resistensi sané tegeh sané pateh. Seks.
Selami nem dasa warsa sané lintang, teori pertahanan entik-entikan sampun ngicénin kerangka teoritis, sané kadasarin antuk para sujana sampun narka akéh pisan evolusi miwah kawigunan metabolit khusus entik-entikan. Akeh teori puniki nenten nganutin prosedur normal kesimpulan sane kuat (41). Dané ngusulang prediksi kunci (3) ring undagan analisis sané pateh. Rikala pangujian prediksi kunci mresidayang teori-teori spesifik mangda prasida kaanalisis, puniki pacang ngawinang lapangan sayan maju. Dados kadukung, nanging nulak anak tiosan (42). Tiosan punika, teori anyar makarya panarka ring undagan analisis sané matiosan miwah ngawewehin lapisan anyar saking tetimbang deskriptif (42). Sakéwanten, makakalih teori sané kaunggahang ring undagan fungsional, MT miwah OD, prasida dangan katlatarang pinaka panarka sané mabuat saking pauwahan metabolisme khusus sané kamedalang olih herbivora: Teori OD percaya indik pauwahan ring “ruang” metabolisme khusus banget maarah . Teori MT percaya indik pauwahan puniki pacang non-arah miwah magenah acak ring genah metabolisme, miwah madué metabolit sané madué nilai pertahanan sané tegeh. Panyelehan sadurungnyane indik prediksi OD lan MT sampun kauji nganggen set cupit senyawa “pertahanan” apriori. Tes metabolit-sentris puniki nénten prasida nyelehin kawéntenan miwah lintasan rekonfigurasi metabolom selami herbivora, miwah nénten mresidayang nguji ring tengahing kerangka statistik sané konsisten mangda ngamerluang prediksi utama sané prasida kasengguh makasami Ngukur pauwahan metabolom entik-entikan. Iriki, iraga nganggen teknologi inovatif ring metabolomik madasar antuk MS komputasi lan ngamargiang analisis MS dekonvolusi ring mata uang umum deskriptor teori informasi anggen nguji pabinayan pantaraning makakalih sane kaunggahang ring tingkat metabolomik global. Panarka utama saking teori puniki. Teori informasi sampun kaanggen ring makudang-kudang widang, utamanyane ring konteks keanekaragaman hayati miwah penelitian aliran nutrisi (43). Nanging, sakadi sane sampun kauningin, puniki wantah aplikasi kapertama sane kaanggen nlatarang ruang informasi metabolisme entik-entikan lan muputang pikobet ekologi sane mapaiketan sareng perubahan metabolisme sementara pinaka respons majeng ring isyarat lingkungan. Untengnyané, kawagedan metode puniki magenah ring kawagedannyané nyaihang pola ring tengah miwah pantaraning spesies entik-entikan mangda prasida nyelehin sapunapi herbivora sampun maevolusi saking spesies sané matiosan nuju pola makroevolusi antar spesies ring undagan evolusi sané matiosan. Metabolisme.
Analisis komponen utama (PCA) nguwah pupulan data multivariat dados ruang reduksi dimensi mawinan kecenderungan utama data prasida katlatarang, mawinan lumrahnyane kaanggen pinaka teknik eksploratif anggen nyelehin pupulan data, sakadi metabolom dekonvolusi. Sakéwanten, reduksi dimensi pacang kilangan atengah saking daging informasi ring pupulan data, miwah PCA nénten prasida ngicénin informasi kuantitatif indik karakteristik sané banget relevan ring teori ekologi, sekadi: sapunapi herbivora ngatur malih keragaman ring widang khusus (minakadi, kasugihan, distribusi) miwah kelimpahan) metabolit? Metabolit napi sané dados prediktor kahanan induksi saking herbivora? Saking perspektif spesifisitas, keragaman lan induksibilitas, daging informasi profil metabolit spesifik don punika kaurai, lan kapanggihin yening ngajeng herbivora prasida ngaktifkan metabolisme spesifik. Tan kajangka, iraga nitenin yening, sakadi sane sampun katlatarang ring indikator teori informasi sane kalaksanayang, kahanan metabolisme sane kapolihang madue tumpang tindih sane ageng sesampun serangan saking kalih herbivora (generalis Sl sane kaicenin amah-amahan wengi) lan ahli Solanaceae Ms. Yadiastun parilaksana lan konsentrasi amah-amahan ipun mabinayan pisan. Inisiator konjugat asam lemak-asam amino (FAC) ring OS (31). Antuk ngawigunayang OS herbivora anggen nambanin tatu tusukan standar, perawatan herbivora simulasi taler nyihnayang kecenderungan sane pateh. Prosedur standar puniki anggen simulasi respons entik-entikan majeng ring serangan herbivora ngicalang faktor-faktor sane ngawinang bingung sane kaawinang olih pauwahan parilaksana ngajeng herbivora, sane ngawinang makudang-kudang tingkat kerusakan ring galah sane matiosan (34). FAC, sane sampun kaloktah dados penyebab utama OSM, ngirangin JAS lan respons hormon entik-entikan sane lianan ring OSS1, nanging OSS1 ngirangin ratusan kali (31). Nanging, OSS1 ngawinang tingkat akumulasi JA sane pateh yening saihang sareng OSM. Sadurungnyane sampun kacihnayang yening respons JA ring Nepenthes sane karedam sensitif pisan majeng ring OSM, ring dija FAC prasida ngajegang aktivitasnyane yadiastun kaencerang 1:1000 antuk toya (44). Punika mawinan, yening saihang sareng OSM, yadiastun FAC ring OSS1 pinih kidik, punika cukup anggen nginduksi wabah JA sane cukup. Panyelehan sadurungnyané sampun nyihnayang indik protein sekadi porin (45) miwah oligosakarida (46) prasida kawigunayang pinaka cihna molekuler mangda prasida ngawinang respons pertahanan entik-entikan ring OSS1. Nanging, kantun nenten janten napike elicitor puniki ring OSS1 sane ngawinang akumulasi JA sane katitenin ring tetilikan sane mangkin.
Yadiastun wenten akidik penelitian sane nlatarang sidik jari metabolisme diferensial sane kaawinang olih aplikasi herbivora sane mabinayan utawi eksogen JA utawi SA (asam salisilat) (47), nenten wenten sane sampun mengganggu gangguan spesifik spesies herbivora ring jaringan padang entik-entikan lan efeknyane ring sistem metabolisme spesifik Secara keseluruhan inggih punika. informasi pribadi. Panyelehan puniki salanturnyané nyantenang indik paiketan jaringan hormon internal sareng hormon entik-entikan tiosan tiosan ring JA ngwentuk spesifisitas reorganisasi metabolisme sané kamedalang olih herbivora. Secara khusus, iraga mendeteksi ET sane kaawinang olih OSM signifikan pinih ageng saking sane kaawinang olih OSS1. Mode puniki konsisten sareng kandungan FAC sane lianan ring OSM, sane dados kondisi sane kabuatang lan cukup anggen memicu ET burst (48). Ring konteks interaksi pantaraning entik-entikan miwah herbivora, kawigunan sinyal ET ring dinamika metabolit spesifik entik-entikan kantun sporadis miwah wantah kaaptiang ring asiki kelompok senyawa. Tiosan ring punika, akeh penelitian sane sampun ngawigunayang aplikasi eksogen ET utawi prekursornyane utawi makudang inhibitor anggen malajahin regulasi ET, inggian punika aplikasi kimia eksogen puniki pacang ngasilang akeh efek samping non-spesifik. Sakadi sane sampun kauningin, panyelehan puniki ngangganin panureksan sistematis skala ageng kapertama indik peran ET ring ngawigunayang ET anggen ngasilang taler ngarasayang entik-entikan transgenik sane rusak anggen ngamargiang koordinasi dinamika metabolom entik-entikan. Induksi ET spesifik herbivora pamuputnyané prasida ngamodulasi respons metabolom. Sane pinih mabuat inggih punika manipulasi transgenik gen biosintesis ET (ACO) miwah persepsi (ETR1) sane nyihnayang akumulasi de novo fenolamida spesifik herbivora. Sadurungnyane sampun kacihnayang ET prasida nyetel akumulasi nikotin sane kaiusin olih JA antuk ngatur putrescine N-metiltransferase (49). Nanging, saking sudut pandang mekanis, durung tatas sapunapi ET nyetel induksi phenamide. Tiosan ring fungsi transduksi sinyal ET, fluks metabolisme taler prasida kagentosin ka S-adenosil-1-metionin mangda prasida ngatur investasi ring poliaminofenol amida. S-adenosil-1-metionin inggih punika ET miwah perantara umum saking jalur biosintesis poliamin. Mekanisme ring dije sinyal ET ngatur undagan fenolamida ngamerluang panitenan salanturnyane.
Sampun sué, santukan akéhnyané metabolit khusus sané strukturnyané nénten kauningin, uratian sané banget ring kategori metabolisme nénten prasida nyelehin antuk ketat pauwahan temporal keragaman metabolisme risampuné interaksi biologis. Ring galahe mangkin, manut analisis teori informasi, pikolih utama saking akuisisi spektrum MS/MS madasar antuk metabolit sane nenten bias inggih punika herbivora sane ngajeng utawi simulasi herbivora terus ngirangin keragaman metabolisme makasami metabolom don sinambi nincapang tingkat spesialisasinyane. Peningkatan spesifisitas metabolom sementara puniki sane kakawitin olih herbivora mapaiketan sareng panincapan sinergis spesifisitas transkriptom. Fitur sané pinih mabuat ring spesialisasi metabolom sané agengan puniki (madué nilai Si sané tegehan) inggih punika metabolit khusus antuk fungsi herbivora sané sadurungnyané kacihnayang. Model puniki manut sareng prediksi teori OD, nanging prediksi MT sane mapaiketan sareng keacakan pemrograman ulang metabolom nenten manut. Sakéwanten, data puniki taler konsisten sareng prediksi model campuran (MT sané pinih becik; Gambar 1B), santukan metabolit tiosan sané nénten maciri antuk fungsi pertahanan sané nénten kauningin minab kantun nganutin distribusi Si acak.
Pola sané patut kauratiang salanturnyané sané karebut olih seseleh puniki inggih punika saking undagan mikro-evolusi (populasi entik-entikan miwah tembakau tunggal) ngantos skala evolusi sané agengan (spesies tembakau sané mapaiketan), undagan organisasi evolusi sané matiosan wénten ring “pertahanan sané pinih becik” Wénten pabinayan sané signifikan ring kawagedan herbivora. Moore miwah sane lianan. (20) lan Kessler lan Kalske (1) secara mandiri ngusulang mangda nguwah tiga undagan fungsional keanekaragaman hayati sane awalnyane kabinayang olih Whittaker (50) dados perubahan temporal konstitutif lan induksi keanekaragaman kimia; pangawi puniki taler nenten ngringkes Tata cara mupulang data metabolome skala ageng taler nenten nguningayang indik tata cara ngitung keragaman metabolisme saking data puniki. Ring panyelehan puniki, penyesuaian alit ring klasifikasi fungsional Whittaker pacang minehang keragaman α-metabolik pinaka keragaman spektrum MS/MS ring entik-entikan, miwah keragaman β-metabolik pinaka metabolisme intraspesifik dasar saking kelompok populasi Ruang, miwah keragaman γ-metabolisme pacang dados panglimbak saking analisis sané pateh.
Sinyal JA mabuat pisan ring makudang-kudang respons metabolisme herbivora. Sakéwanten, kirangnyané pangujian kuantitatif sané ketat saking kontribusi regulasi intraspesifik biosintesis JA ring keragaman metabolom, miwah napiké sinyal JA wantah genah umum ring diversifikasi metabolisme sané kamedalang olih stres ring skala makroevolusi sané tegehan kantun méweh karesepang. Iraga nyelehin indik sifat herbivora herbivora Nepenthes ngawinang spesialisasi metabolom miwah variasi spesialisasi metabolom ring populasi spesies Nicotiana miwah pantaraning spesies Nicotiana sané mapaiketan raket mapaiketan becik sareng sinyal JA. Tiosan ring punika, rikala sinyal JA rusak, spesifisitas metabolisme sane kainduksi olih herbivora genotipe tunggal pacang kaicalang (Gambar 3, C lan E). Santukan pauwahan spektrum metabolisme saking populasi Nepenthes sané kalemah alami katahan kuantitatif, pauwahan ring keragaman miwah spesifisitas β metabolisme ring analisis puniki minab katahan sangkaning eksitasi sané kuat saking kategori senyawa sané sugih ring metabolit. Kelas senyawa puniki akéhan saking profil metabolom miwah ngawinang korelasi positif sareng sinyal JA.
Santukan mekanisme biokimia spesies rokok sane mapaiketan sareng punika mabinayan pisan, metabolit punika khusus kaidentifikasi ring aspek kualitatif, dadosnyane lebih analitis. Pamrosesan teori informasi saking profil metabolisme sané karebut nyihnayang indik induksi herbivora ngawinang sayan ngakehang trade-off pantaraning keragaman gamma metabolisme miwah spesialisasi. Sinyal JA madue peran sane utama ring trade-off puniki. Nincapnyane spesialisasi metabolom konsisten sareng prediksi OD utama lan mapaiketan positif sareng sinyal JA, nanging sinyal JA mapaiketan negatif sareng keragaman gamma metabolisme. Model puniki nyihnayang indik kapasitas OD entik-entikan utaminnyané katentuang olih plastisitas JA, napiké ring skala mikroevolusi utawi ring skala evolusi sané agengan. Eksperimen aplikasi JA eksogen sané ngindarin cacat biosintesis JA salanturnyané nyihnayang indik spesies tembakau sané mapaiketan prasida kabinayang dados spesies sané responsif sinyal miwah non-responsif sinyal, pateh sekadi mode JA miwah plastisitas metabolom ipun sané kamedalang olih herbivora. Spesies non-responsif sinyal nénten prasida nyawis santukan nénten prasida ngasilang JA endogen punika mawinan tunduk ring watesan fisiologis. Puniki minab sangkaning mutasi ring makudang-kudang gen kunci ring jalur sinyal JA (AOS miwah JAR4 ring N. crescens) saking. Asil puniki nyihnayang indik pola makroevolusi antarspesies puniki minab utamanyané kasokong olih pauwahan persepsi miwah responsivitas hormon internal.
Tiosan ring paiketan entikan miwah herbivora, eksplorasi keragaman metabolisme mapaiketan sareng makasami panglimbak teoritis sané mabuat ring seseleh adaptasi biologis ring palemahan miwah evolusi sifat fenotipik sané kompleks. Antuk nincapnyane data sane kapolihang olih instrumen MS modern, pengujian hipotesis indik keragaman metabolisme mangkin prasida nglintangin pabinayan metabolit individu/kategori lan ngamargiang analisis global anggen ngungkapang pola sane nenten kajangka. Ring pamargin analisis skala gede, metafora sane mabuat inggih punika gagasan sane nyusun peta sane maarti sane prasida kaanggen nglimbakang data. Punika mawinan, pikolih sané mabuat saking kombinasi metabolomik MS/MS sané nénten bias miwah teori informasi sané mangkin inggih punika ngicénin metrik sederana sané prasida kawigunayang rikala ngwangun peta rikala nyelehin keragaman metabolisme ring skala taksonomi sané matiosan. Punika sane dados sarat dasar saking metode puniki. Paplajahan indik evolusi mikro/makro miwah ekologi komunitas.
Ring undagan evolusi makro, unteng saking teori ko-evolusi entikan-serangga saking Ehrlich miwah Raven (51) inggih punika narka indik variasi keragaman metabolisme antar spesies sané ngawinang diversifikasi garis keturunan entik-entikan. Nanging, ring seket warsa sasukat kamedalang karya mani puniki, hipotesis puniki arang pisan kauji (52). Puniki katahan santukan karakteristik filogenetik saking karakteristik metabolisme sané pateh ring garis keturunan entik-entikan sané doh. Kelangkaan punika prasida kaanggen jangkar metode analisis sasaran. Alur kerja MS/MS sane mangkin kaproses olih teori informasi ngukur kesamaan struktural MS/MS saking metabolit sane nenten kauningin (tanpa seleksi metabolit sadurungnyane) lan ngubah MS/MS puniki dados seperangkat MS/MS, dadosnyane ring metabolisme profesional Model makro-evolusi puniki kasaihang ring skala klasifikasi. Indikator statistik sane sederana. Prosesnyané mesib sekadi analisis filogenetik, sané prasida ngawigunayang pamargin undagan mangda prasida ngukur kawéntenan diversifikasi utawi evolusi karakter nénten malih katarka sadurungnyané.
Ring undagan biokimia, hipotesis penyaringan Firn miwah Jones (53) nyihnayang indik keragaman metabolisme kapertahanin ring undagan sané matiosan mangda prasida ngicénin bahan baku mangda prasida ngamargiang aktivitas biologis metabolit sané sadurungnyané nénten mapaiketan utawi kagentosin. Metode teori informasi ngicénin kerangka rikala transisi evolusi spesifik metabolit puniki sané mamargi selami spesialisasi metabolit prasida kaukur pinaka pahan saking proses penyaringan evolusi sané kausulang: adaptasi aktif biologis saking spesifisitas sané alit nuju spesifisitas sané tegeh Metabolit sané kaambatang saking genah tertentu.
Pamuputnyané, ring pangawit biologi molekuler, teori pertahanan entik-entikan sané mabuat kalimbakang, miwah metode sané katunjang antuk hipotesis deduktif katah kasengguh pinaka silih tunggil sarana ring panglimbak ilmiah. Puniki akehan sangkaning kawatesin teknis ngukur makasami metabolom. Yadiastun metode sané kasokong olih hipotesis maguna pisan rikala mamilih mekanisme kausal tiosan, kawagedan ipun rikala nglimbakang pangresepan iraga indik jaringan biokimia pinih kawatesin saking metode komputasi sané mangkin wénten ring sains intensif data kontemporer. Punika mawinan, teori sane nenten prasida katebak doh nglintangin lingkup data sane wenten, mawinan rumus hipotetis/siklus uji kemajuan ring widang tetilik nenten prasida kaicalang (4). Iraga narka indik alur kerja komputasi metabolomik sané kasobyahang iriki prasida ngidupang malih minat ring pikobet sané anyar (sapunapi) miwah pamuput (napi mawinan) indik keragaman metabolisme, miwah prasida nagingin ring masa anyar ilmu data sané katuntun antuk teoritis. Era punika nureksain malih teori-teori penting sané ngicénin inspirasi ring generasi sadurungnyané.
Pakan herbivora langsung kamargiang antuk ngangkat larva instar kaping kalih utawi larva Sl ring siki don entik-entikan pitcher mawarna pucet saking siki entik-entikan sane mekar mawar, antuk 10 replikasi entik-entikan per entik-entikan. Larva serangga punika kajepit antuk penjepit, lan jaringan don sane masisa kapupulang 24 lan 72 jam sesampun infeksi lan quick-frozen, lan metabolitnyane kaekstraksi.
Simulasi perawatan herbivora antuk cara sane pinih sinkron. Metodenyane inggih punika nganggen roda pola kain antuk nusuk tiga baris duri ring soang-soang sisi midrib saking tiga don entik-entikan sane sampun jangkep ngembang rikala tahap pertumbuhan garland kain, lan langsung nerapang 1:5 Diluted Ms. Utawi nganggen jerijin sane masarung tangan antuk ngeranjingang S1 wound ke dalam. Panen lan ngolah don sakadi sane sampun katlatarang ring ajeng. Ngawigunayang tata cara sane sampun katlatarang sadurungnyane anggen ngekstrak metabolit primer lan hormon entik-entikan (54).
Antuk aplikasi JA eksogen, tiga don daun saking soang-soang saking nem entik-entikan mawar sane mekar saking soang-soang spesies karawat antuk 20μl pasta lanolin sane madaging 150μg MeJA (Lan + MeJA), lan 20μl lanolin ditambah pengobatan tatu (Lan + MeJA), utawi nganggen pur.eno W). Donnyane kapanen 72 jam risampune katambanin, beku ring nitrogen cair, lan kasimpen ring suhu -80°C kantos kaanggen.
Petang garis transgenik JA lan ET, inggih punika irAOC (36), irCOI1 (55), irACO lan sETR1 (48), sampun kaidentifikasi ring kelompok penelitian iraga. irAOC kuat nyihnayang panurunan kadar JA lan JA-Ile, nanging irCOI1 nenten sensitif majeng ring JA. Yening saihang sareng EV, akumulasi JA-Ile sayan nincap. Asapunika taler irACO pacang ngirangin produksi ET, lan yening saihang sareng EV, sETR1 sane nenten sensitif majeng ring ET, pacang nincapang produksi ET.
Spektrometer laser fotoakustik (sensor ET galah nyata Sensor Sense ETD-300) kawigunayang anggen ngamargiang pangukuran ET antuk nenten invasif. Pramangkin sesampun katambanin, atenga donnyane katebas lan kagingsirang ring botol kaca sane masegel 4 ml, lan ruang sirah kaicenin mapupul ring 5 jam. Ring sajeroning pangukuran, soang-soang botol kabersihin antuk aliran udara murni 2 liter/jam salami 8 menit, sane sadurungnyane sampun nglintangin katalis sane kasediaang olih Sensor Sense anggen ngicalang CO2 lan toya.
Data mikroarray pangawitnyane kamedalang ring (35) taler kasimpen ring Pusat Nasional Informasi Bioteknologi (NCBI) Basis Data Komprehensif Ekspresi Gen (nomor akses GSE30287). Data sane manut sareng don sane kaawinang olih perlakuan W + OSMs lan kontrol sane nenten rusak kaekstraksi antuk tetilikan puniki. Intensitas mentah inggih punika log2. Sadurung analisis statistik, garis dasar kauwah lan kanormalisasi dados persentase kaping 75 nganggen paket perangkat lunak R.
Data urutan RNA asli (RNA-seq) saking spesies Nicotiana kapolihang saking Arsip Bacaan Pendek NCBI (SRA), nomor proyek inggih punika PRJNA301787, sané kalaporang olih Zhou et al. (39) lan nglanturang sakadi sane sampun katlatarang ring (56). Data mentah sane kaproses olih W + W, W + OSM lan W + OSS1 sane manut sareng spesies Nicotiana kapilih anggen analisis ring tetilikan puniki, lan kaproses antuk cara sekadi ring sor puniki: Kapertama, bacaan RNA-seq mentah kauwah dados format FASTQ. HISAT2 ngubah FASTQ dados SAM, lan SAMtools ngubah file SAM dados file BAM sane kasorot. StringTie kawigunayang anggen ngitung ekspresi gen, taler tata cara ekspresinyane inggih punika wenten fragmen per siu fragmen basa per yuta fragmen transkripsi sane maurutan.
Kolom kromatografi Acclaim (150 mm x 2,1 mm; ukuran partikel 2,2μm) sane kaanggen ring analisis lan kolom penjaga 4 mm x 4 mm kawangun antuk bahan sane pateh. Gradien biner ring sor puniki kaanggen ring sistem Kromatografi Cairan Kinerja Tinggi Ultra Dionex UltiMate 3000 (UHPLC): 0 ngantos 0,5 menit, isokratik 90% A [toya deionisasi, 0,1% (v/v) asetonitril (v/v) asetonitril (v/v) asetonitril (v/v) asam B,05% antuk]1 0,05% asam formik sane wenten); 0,5 ngantos 23,5 menit, fase gradien inggih punika 10% A lan 90% B, soang-soang; 23,5 ngantos 25 menit, isokratik 10% A lan 90% B. Laju alirannyane inggih punika 400μl/menit. Antuk makasami analisis MS, suntikang eluen kolom ring analisa quadrupole lan galah-penerbangan (qTOF) sane kalengkapin antuk sumber elektrosemprotan sane beroperasi ring mode ionisasi positif (tegangan kapiler, 4500 V; saluran kapiler 130 V ; Suhu pengeringan aliran air min/10).
Ngamargiang analisis fragmen MS/MS (selanturnyane kawastanin MS/MS) sane nenten relevan utawi nenten prasida kabinayang saking data mangda ngamolihang informasi struktural indik profil metabolisme sane prasida kadeteksi makasami. Konsep metode MS/MS sane nenten pilih kasih ngandelang fakta indik quadrupole madue jendela isolasi massa sane pinih ageng [punika mawinan, anggap makasami sinyal rasio massa-ke-muatan (m/z) pinaka fragmen]. Mawinan punika, santukan instrumen Impact II nenten prasida ngawetuang kemiringan CE, makudang-kudang analisis independen kamargiang nganggen nilai energi tabrakan disosiasi induksi tabrakan (CE) sane nincap. Cutetnyane, kapertama analisis sampel antuk ionisasi UHPLC-elektrospray/qTOF-MS nganggen mode spektrometri massa tunggal (kahanan fragmentasi sane rendah sane kapolihang olih fragmentasi ring sumber), pemindaian saking m/z 50 ngantos 1500 ring frekuensi pengulangan 5 Hz. Ngawigunayang nitrogen pinaka gas tabrakan antuk analisis MS/MS, lan ngamargiang pangukuran independen ring petang tegangan disosiasi sane mabinayan sane kacihnayang olih tabrakan sekadi ring sor puniki: 20, 30, 40, lan 50 eV. Sapanjang proses pangukuran, quadrupole madue jendela isolasi massa sane pinih ageng, saking m/z 50 ngantos 1500. Rikala percobaan m/z awak arep lan lebar isolasi kagenahang ring 200, rentang massa otomatis kaaktifang olih perangkat lunak operasi instrumen lan 0 Da. Scan antuk fragmen massa sakadi ring mode massa tunggal. Ngawigunayang natrium format (50 ml isopropanol, 200 μl asam formik lan 1 ml larutan berair NaOH 1M) antuk kalibrasi massa. Ngawigunayang algoritma kalibrasi presisi tinggi Bruker, file data kakalibrasi risampuné ngamargiang spektrum rata-rata ring periode galah sané sampun katentuang. Anggen fungsi ekspor piranti lunak Analisis Data v4.0 (Brook Dalton, Bremen, Jerman) anggen ngubah file data mentah punika dados format NetCDF. Pupulan data MS/MS sampun kasimpen ring basis data metabolomik terbuka MetaboLights (www.ebi.ac.uk) antuk nomor aksesi. MTBLS1471.
Rakitan MS/MS prasida karealisasiang malarapan antuk analisis korelasi pantaraning sinyal kualitas MS1 lan MS/MS antuk energi tabrakan sane rendah lan tegeh lan uger-uger sane anyar kalaksanayang. Skrip R kaanggen antuk nyadarin analisis korelasi distribusi prekursor ring produk, lan skrip C# (https.
Mangda prasida ngirangin kaiwangan positif palsu sane kaawinang olih suara latar belakang lan korelasi palsu sane kaawinang olih mendeteksi fitur m/z tertentu ring wantah akidik sampel, iraga nganggen fungsi “filled peak” saking paket R XCMS (anggen koreksi intensitas suara latar belakang) Patut kaanggen ngentosin “NA peunde). Ritatkala fungsi puncak isi kaanggen, kantun akeh nilai intensitas “0′′ ring himpunan data sane pacang ngawinang itungan korelasi.Selanturnyane, iraga nyandingang pikolih pengolahan data sane kapolihang ritatkala fungsi puncak isi kaanggen lan ritatkala fungsi puncak isi nenten kaanggen, lan ngitung nilai suara latar belakang sane kakoreksi re estima on the0. nilai intensitas antuk nilai latar belakang sane kaitung Iraga taler wantah nganggep fitur sane intensitasnyane nglintangin tigang kalih nilai latar belakang lan nganggep punika pinaka “puncak sane sujati.” Antuk paitungan PCC, wantah sinyal m/z saking prekursor sampel (MS1) lan himpunan data fragmen sane paling kidik kutus puncak sane sujati sane kapinehin.
Yening intensitas fitur kualitas prekursor ring makasami sampel punika signifikan mapaiketan sareng intensitas sane ngidikang saking fitur kualitas sane pateh sane keni energi tabrakan sane rendah utawi tegeh, lan fitur punika nenten kadagingin label pinaka puncak isotop olih CAMERA, punika prasida kategesang salanturnyane. Raris, antuk ngitung samian pasangan prekursor-produk sane minab ring 3 s (jendela galah retensi sane kakenehang antuk retensi puncak), analisis korelasi kamargiang. Wantah ritatkala nilai m/z kirang saking nilai prekursor lan fragmentasi MS/MS mamargi ring genah sampel sane pateh ring pupulan data sareng prekursor saking dija ipun mawit, punika kabaos fragmen.
Madasar antuk kalih uger-uger sederhana punika, iraga ngelidin fragmen sane sampun katentuang antuk nilai m/z sane agengan saking m/z prekursor sane kaidentifikasi, lan madasar antuk posisi sampel ring dija prekursor punika medal lan fragmen sane sampun katentuang. Taler prasida milih fitur kualitas sane kapolihang olih akeh fragmen in-source sane kapolihang ring mode MS1 pinaka prekursor kandidat, antuk punika ngasilang senyawa MS/MS sane redundansi. Mangda prasida ngirangin redundansi data puniki, yening kesamaan NDP spektrum nglintangin 0,6, lan ipun ngranjing ring kromatogram “pcgroup” sane kaanotasi olih CAMERA, iraga pacang ngabungin ipun. Pamuputnyane, iraga ngabungin makasami petang pikolih CE sane mapaiketan sareng prekursor lan fragmen dados spektrum komposit dekonvolusi pamuput antuk milih puncak intensitas sane pinih tegeh pantaraning makasami puncak kandidat antuk nilai m/z sane pateh ring energi tabrakan sane mabinayan. Pidabdab pemrosesan selanturnyane kadasarin antuk konsep spektrum komposit taler ngitung kahanan CE sane mabinayan sane kabuatang anggen nincapang probabilitas fragmentasi, santukan makudang fragmen wantah prasida kadeteksi ring sor energi tabrakan tertentu.
RDPI (30) kaanggen ngitung induksi profil metabolisme. Keragaman spektrum metabolisme (indeks Hj) mawit saking akehnyane prekursor MS/MS nganggen entropi Shannon saking distribusi frekuensi MS/MS nganggen persamaan sekadi ring sor puniki sane katlatarang olih Martínez dkk. (8). Hj = −∑i = 1mPijlog2(Pij) ring dija Pij manut sareng frekuensi relatif MS/MS kaping i ring sampel kaping j (j = 1, 2,..., m) (i = 1, 2, ..., m) t).
Spesifisitas metabolik (indeks Si) kategesang pinaka identitas ekspresi MS/MS sane kaicen mapaiketan sareng frekuensi pantaraning sampel sane katitenin. Spesifisitas MS/MS kaitung dados Si = 1t (∑j = 1tPijPilog2PijPi)
Anggen rumus ring sor puniki anggen ngukur indeks δj spesifik metabolom saking soang-soang sampel j, lan rata-rata spesifisitas MS/MS δj = ∑i = 1mPijSi .
Spektrum MS/MS kajajar mapasangan, lan patehnyane kaitung madasar antuk kalih skor punika. Kapertama, nganggen NDP standar (taler kauningin pinaka metode korelasi kosinus), nganggen persamaan sekadi ring sor puniki anggen ngicenin skor kesamaan segmen pantaraning spektrum NDP = (∑iS1 & S2WS1, iWS2, i) 2∑iWS1, i2∑iWS2, i2 ring dija S1 lan S2 pinaka iWS2 Sesuai, antuk spektrum pinaka,1. i ngangganin bobot madasar antuk intensitas puncak sane pabinayan puncak umum ka-i pantaraning kalih spektrum kirang saking 0,01 Da. Bobotnyane kaitung sakadi ring sor puniki: W = [intensitas puncak] m [kualitas] n, m = 0,5, n = 2, sakadi sane kausulang olih MassBank.
Metode penilaian kaping kalih kalaksanayang, sane nyarengin nyelehin NL sane kasarengin pantaraning MS/MS. Mangda prasida ngamargiang indike punika, iraga nganggen 52 daftar NL sane sering kapanggihin rikala proses fragmentasi MS ring tandem, lan NL sane pinih spesifik (file data S1) sane sampun kaanotasi sadurungnyane antuk spektrum MS/MS metabolit sekunder spesies Nepenthes sane sampun lemet ( 9, 26). Ngaryanin vektor biner 1 lan 0 antuk soang-soang MS/MS, manut sareng arus lan nenten wenten saking makudang-kudang NL soang-soang. Madasar antuk kesamaan jarak Euclidean, skor kesamaan NL kaitung antuk soang-soang pasangan vektor NL biner.
Anggen ngamargiang dual clustering, iraga nganggen paket R DiffCoEx, sane kadasarin antuk panglimbak Analisis Ko-ekspresi Gen Tertimbang (WGCNA). Ngawigunayang matriks skor NDP lan NL spektrum MS/MS, iraga nganggen DiffCoEx anggen ngitung matriks korelasi komparatif. Pengelompokan biner kalaksanayang antuk ngatur parameter “cutreeDynamic” dados metode = “hibrida”, CutHeight = 0,9999, deepSplit = T, lan minClusterSize = 10. Kode sumber R saking DiffCoEx kaunduh saking file tambahan 1 olih Tesson dkk. (57) sane; Paket perangkat lunak R WGCNA sane kabuatang prasida kapanggih ring https://horvath.genetics.ucla.edu/html/JaringanKoekspresi/Rpaket/WGCNA.
Mangda prasida ngamargiang analisis jaringan molekuler MS/MS, iraga ngitung konektivitas spektral mapasangan madasar antuk soroh kemiripan NDP lan NL, lan nganggen perangkat lunak Cytoscape anggen memvisualisasikan topologi jaringan nganggen tata letak organik ring aplikasi ekstensi algoritma tata letak CyFilescape yFiles.
Ngawigunayang R versi 3.0.1 anggen ngamargiang seseleh statistik ring data. Signifikansi statistik katureksa nganggen analisis varians kalih arah (ANOVA), kasarengin antuk tes post-hoc pabinayan signifikan jujur ​​(HSD) Tukey. Mangda prasida nyelehin pabinayan pantaraning perlakuan herbivora lan kontrol, distribusi kalih buntut saking kalih kelompok sampel antuk varians sane pateh kaselehin nganggen tes t Student.
Antuk materi paweweh ring artikel puniki, durusang cingakin ring http://advances.sciencemag.org/cgi/isi/lengkap/24/6/eaaz0381/DC1.
Puniki wantah artikel akses terbuka sane kasobyahang manut ring ketentuan Lisensi Atribusi-Non-Komersial Creative Commons, sane ngicenin kawigunan, distribusi lan reproduksi ring media napi manten, asalkan kawigunan pamuput nenten kaanggen pikolih komersial lan premisnyane inggih punika karya aslinyane patut. Reperensi.
Catetan: Google wantah nunas mangda Sameton ngicénin alamat email mangda jadma sané kaanjurang ring laman punika uning yéning Sameton meled nyingakin email punika lan email punika nénten spam. Google nénten pacang ngambil alamat email napi-napi.
Pitakén puniki kaanggén nguji napiké Sameton dados pengunjung lan nyegah pengiriman spam otomatis.
Teori informasi ngicénin mata uang universal anggén nyaihang metabolom khusus miwah prediksi teori pertahanan tes.
Teori informasi ngicénin mata uang universal anggén nyaihang metabolom khusus miwah prediksi teori pertahanan tes.
©2021 Asosiasi Amerika antuk Panglimbak Ilmu Pengetahuan. samian hak sampun kacawis. AAAS inggih punika mitra saking HINARI, AGORA, OARE, KOOR, JAMSS, Ref Lintas miwah PENGHITUNG. Kemajuan Ilmu Pengetahuan ISSN 2375-2548.