Diferan teyori defans plant yo bay gidans teyorik enpòtan pou eksplike modèl metabolis espesyalize plant yo, men prediksyon kle yo rete pou teste. La a, nou te itilize analiz espektwometri mas tandem san patipri (MS/MS) pou eksplore sistematikman metabolòm souch tabak atenye soti nan plant endividyèl rive nan popilasyon ak espès ki gen rapò sere, epi nou te trete yon gwo kantite teyori karakteristik espektwometri mas ki baze sou spectre konpoze nan enfòmasyon an. Kad pou teste prediksyon kle teyori defans optimal (OD) ak sib mobil (MT). Konpozan enfòmasyon metabolomik plant yo konsistan avèk teyori OD, men li kontredi prensipal prediksyon teyori MT sou dinamik metabolomik ki koze pa èbivò yo. Soti nan echèl evolisyonè mikwo rive nan echèl makro, yo te idantifye siyal jasmonat la kòm prensipal detèminan OD, pandan ke siyal etilèn nan te bay yon ajisteman presi nan repons espesifik èbivò a ki te anote pa rezo molekilè MS/MS la.
Metabolit espesyal ki gen estrikti divès yo se patisipan prensipal yo nan adaptasyon plant yo nan anviwònman an, espesyalman nan defans kont lènmi (1). Divèsifikasyon etonan metabolis espesyal yo jwenn nan plant yo te ankouraje plizyè dizèn ane rechèch apwofondi sou plizyè aspè fonksyon ekolojik li yo, e li te fòme yon lis long teyori defans plant yo, ki se devlopman evolisyonè ak ekolojik entèraksyon plant-ensèk. Rechèch anpirik bay konsèy enpòtan (2). Sepandan, teyori defans plant sa yo pa t swiv chemen normatif rezònman deduktif ipotetik la, kote prediksyon kle yo te nan menm nivo analiz la (3) epi yo te teste eksperimantalman pou avanse pwochen sik devlopman teyorik la (4). Limit teknik yo mete restriksyon sou koleksyon done nan kategori metabolik espesifik epi eskli analiz konplè metabolit espesyalize yo, kidonk anpeche konparezon ant kategori ki esansyèl pou devlopman teyorik (5). Mank done metabolomik konplè ak yon lajan komen pou konpare workflow pwosesis espas metabolik ant diferan gwoup plant yo anpeche matirite syantifik domèn nan.
Dènye devlopman nan domèn metabolomik espektwometri mas tandem (MS/MS) yo ka karakterize yon fason konplè chanjman metabolik yo nan ak ant espès yon klad sistèm bay, epi yo ka konbine avèk metòd enfòmatik pou kalkile resanblans estriktirèl ant melanj konplèks sa yo. Konesans anvan nan chimi (5). Konbinezon teknoloji avanse nan analiz ak enfòmatik bay yon kad nesesè pou tès alontèm anpil prediksyon ki fèt pa teyori ekolojik ak evolisyonè divèsite metabolik yo. Shannon (6) te prezante teyori enfòmasyon an pou premye fwa nan atik orijinal li an 1948, li te poze fondasyon pou analiz matematik enfòmasyon an, ki te itilize nan anpil domèn apa aplikasyon orijinal li. Nan jenomik, teyori enfòmasyon an te aplike avèk siksè pou quantifye enfòmasyon konsèvatif sekans (7). Nan rechèch transkriptomik, teyori enfòmasyon an analize chanjman jeneral nan transkriptòm nan (8). Nan rechèch anvan yo, nou te aplike kad estatistik teyori enfòmasyon an nan metabolomik pou dekri ekspètiz metabolik nivo tisi nan plant yo (9). La a, nou konbine travay ki baze sou MS/MS la ak kad estatistik teyori enfòmasyon an, karakterize pa divèsite metabolik nan lajan komen an, pou konpare prediksyon kle teyori defans plant yo nan metabolòm ki pwovoke pa èbivò yo.
Kad teorik defans plant yo anjeneral enklizif youn ak lòt epi yo ka divize an de kategori: sa yo ki eseye eksplike distribisyon metabolit espesifik plant yo ki baze sou fonksyon defans, tankou defans optimal (OD) (10), sib mobil (MT) (11)) ak teyori aparans (12), pandan ke lòt moun ap chèche eksplikasyon mekanik sou fason chanjman nan disponiblite resous afekte kwasans plant ak akimilasyon metabolit espesyalize yo, tankou ipotèz kabòn: balans eleman nitritif (13), ipotèz to kwasans (14), ak ipotèz ekilib kwasans ak diferansyasyon (15). De ansanm teyori yo nan diferan nivo analiz (4). Sepandan, de teyori ki enplike fonksyon defans nan nivo fonksyonèl domine konvèsasyon an sou defans konstitif ak endiktif plant yo: teyori OD, ki sipoze ke plant yo envesti nan defans chimik chè yo sèlman lè sa nesesè, pa egzanp, lè yo vale yo. Lè yon bèt zèb atake, kidonk, dapre posibilite atak nan lavni, konpoze ki gen yon fonksyon defans lan asiyen (10); Ipotèz MT a pwopoze ke pa gen okenn aks chanjman metabolit direksyonèl, men metabolit la chanje owaza, kidonk kreye posibilite pou bloke "sib mouvman" metabolik èbivò ki atake yo. Nan lòt mo, de teyori sa yo fè prediksyon opoze sou remodelasyon metabolik ki fèt apre atak èbivò yo: relasyon ki genyen ant akimilasyon unidireksyonèl metabolit ki gen fonksyon defansif (OD) ak chanjman metabolik ki pa dirije (MT) (11).
Ipotèz OD ak MT yo pa sèlman enplike chanjman pwovoke nan metabolòm nan, men tou konsekans ekolojik ak evolisyonè akimilasyon metabolit sa yo, tankou depans ak benefis adaptasyon chanjman metabolik sa yo nan yon anviwònman ekolojik espesifik (16). Malgre ke tou de ipotèz yo rekonèt fonksyon defans metabolit espesyalize yo, ki ka chè oswa pa chè, prediksyon kle ki distenge ipotèz OD ak MT yo se direksyonalite chanjman metabolik pwovoke yo. Prediksyon teyori OD a te resevwa plis atansyon eksperimantal jiskaprezan. Tès sa yo gen ladan etid fonksyon defans dirèk oswa endirèk diferan tisi konpoze espesifik nan sèr ak kondisyon natirèl, osi byen ke chanjman nan etap devlopman plant yo (17-19). Sepandan, jiskaprezan, akòz mank yon workflow ak yon kad estatistik pou analiz global konplè divèsite metabolik nenpòt òganis, prensipal diferans prediksyon ant de teyori yo (sa vle di, direksyon chanjman metabolik yo) rete pou teste. Isit la, nou bay yon analiz konsa.
Youn nan karakteristik ki pi enpòtan nan metabolit espesifik plant yo se divèsite estriktirèl ekstrèm yo nan tout nivo, soti nan plant endividyèl, popilasyon rive nan espès menm jan an (20). Anpil chanjman kantitatif nan metabolit espesyalize yo ka obsève nan echèl popilasyon an, pandan y ap gwo diferans kalitatif yo anjeneral kenbe nan nivo espès la (20). Se poutèt sa, divèsite metabolik plant yo se aspè prensipal divèsite fonksyonèl la, ki reflete adaptabilite a diferan nich, espesyalman nich sa yo ki gen diferan posiblite envazyon pa ensèk espesyal ak èbivò komen (21). Depi atik inovatè Fraenkel la (22) sou rezon ki fè egzistans metabolit espesifik plant yo, entèraksyon ak divès ensèk yo te konsidere kòm presyon seleksyon enpòtan, epi yo kwè entèraksyon sa yo te fòme plant yo pandan evolisyon. Chemen metabolik (23). Diferans entèespès nan divèsite metabolit espesyalize yo kapab reflete tou balans fizyolojik ki asosye ak defans konstititif ak endiktib plant kont estrateji èbivò, paske de espès yo souvan korele negatif youn ak lòt (24). Malgre ke li ka benefik pou kenbe yon bon defans tout tan, chanjman metabolik alè ki asosye avèk defans bay benefis klè nan pèmèt plant yo asiyen resous enpòtan pou lòt envestisman fizyolojik (19, 24), epi evite nesesite pou senbyoz. Domaj kolateral (25). Anplis de sa, reorganizasyon metabolit espesyalize sa yo ki koze pa ensèk èbivò yo ka mennen nan yon distribisyon destriktif nan popilasyon an (26), epi yo ka reflete lekti dirèk chanjman natirèl sibstansyèl nan siyal asid jasmonik (JA), ki ka konsève nan popilasyon an. Siyal JA ki wo ak ki ba yo se konpwomi ant defans kont èbivò ak konpetisyon ak espès espesifik (27). Anplis de sa, chemen byosentetik metabolit espesyalize yo pral sibi pèt ak transfòmasyon rapid pandan evolisyon, sa ki lakòz yon distribisyon metabolik inegalè nan mitan espès ki gen rapò sere (28). Polimorfism sa yo ka etabli rapidman an repons a chanjman nan modèl èbivò yo (29), ki vle di ke varyasyon kominote èbivò yo se yon faktè kle ki kondwi eterogeneite metabolik.
Isit la, nou te rezoud pwoblèm sa yo espesyalman. (I) Kijan ensèk èbivò a rekonfigure metabolòm plant lan? (Ii) Ki prensipal konpozan enfòmasyon plastisite metabolik ki ka quantifye pou teste prediksyon teyori defans alontèm nan? (Iii) Si wi, èske pou repwograme metabolòm plant lan yon fason inik pou atakè a, si se wi, ki wòl òmòn plant lan jwe nan adapte yon repons metabolik espesifik, e ki metabolit ki kontribye nan espesifikite espès defans lan? (Iv) Piske prediksyon anpil teyori defans yo ka pwolonje atravè tout nivo tisi byolojik yo, nou te mande ki jan repons metabolik ki koze a konsistan soti nan konparezon entèn rive nan konparezon entèspès? Pou rezon sa a, nou te etidye metabolòm fèy nikotin tabak la yon fason sistematik. Li se yon plant modèl ekolojik ak yon metabolis rich ak espesyalize, epi li efikas kont lav de èbivò natif natal, Lepidoptera Datura (Ms) (Trè agresif, yo manje yo sitou). Sou Solanaceae ak Spodoptera littoralis (Sl), vè fèy koton yo se yon kalite "jan", ak plant lame Solanaceae yo ak lòt lame lòt jan ak fanmi ki se plant manje. Nou te analize spectre metabolomik MS/MS la epi nou te ekstrè deskriptè estatistik teyori enfòmasyon an pou konpare teyori OD ak MT. Nou te kreye kat espesifik pou revele idantite metabolit kle yo. Nou te pwolonje analiz la nan popilasyon natif natal N. nasi ak espès tabak ki gen rapò sere sere pou nou te ka analize plis kovaryans ki genyen ant siyalizasyon òmòn plant yo ak endiksyon OD.
Pou nou te kapab pran yon kat jeneral sou plastisite ak estrikti metabolòm fèy tabak èbivò a, nou te itilize yon workflow analiz ak kalkil ki te deja devlope pou kolekte epi dekonvoluye yon fason konplè done wo rezolisyon endepandan spèk MS/MS ki soti nan ekstrè plant yo (9). Metòd endiferansye sa a (yo rele MS/MS) ka konstwi spèk konpoze ki pa redondan, ki ka itilize pou tout analiz nivo konpoze ki dekri isit la. Metabolit plant dekonvoluye sa yo gen divès kalite, ki gen ladan plizyè santèn rive plizyè milye metabolit (apeprè 500-1000-s/MS/MS isit la). Isit la, nou konsidere plastisite metabolik nan kad teyori enfòmasyon an, epi nou mezire divèsite ak pwofesyonalis metabolòm nan ki baze sou entropi Shannon distribisyon frekans metabolik la. Lè nou itilize fòmil ki te deja aplike a (8), nou kalkile yon seri endikatè ki ka itilize pou mezire divèsite metabolòm nan (endikatè Hj), espesyalizasyon pwofil metabolik la (endikatè δj) ak espesifikite metabolik yon sèl metabolit (endikatè Si). Anplis de sa, nou te aplike Endèks Plastisite Distans Relatif (RDPI) pou mezire endikibilite metabolòm èbivò yo (Figi 1A) (30). Nan kad estatistik sa a, nou trete spectre MS/MS kòm inite enfòmasyon debaz la, epi nou trete abondans relatif MS/MS la nan yon kat distribisyon frekans, epi answit nou itilize entropi Shannon pou estime divèsite metabolòm nan li. Espesyalizasyon metabolòm nan mezire pa espesifikite mwayèn yon sèl spectre MS/MS. Se poutèt sa, ogmantasyon nan abondans kèk klas MS/MS apre endiksyon èbivò transfòme an endikibilite spectral, RDPI ak espesyalizasyon, sa vle di, ogmantasyon nan endèks δj la, paske metabolit ki pi espesyalize yo pwodui epi yon endèks Si ki wo pwodui. Diminisyon endèks divèsite Hj la reflete ke swa kantite MS/MS ki pwodui yo redwi, oswa distribisyon frekans pwofil la chanje nan yon direksyon mwens inifòm, pandan y ap diminye ensètitid jeneral li. Atravè kalkil endèks Si a, li posib pou mete aksan sou ki MS/MS ki pwovoke pa sèten èbivò, okontrè, ki MS/MS ki pa reyaji a endiksyon an, ki se yon endikatè kle pou distenge prediksyon MT ak OD.
(A) Deskriptè estatistik yo itilize pou endiksyon done MS/MS èbivò (H1 rive Hx) (RDPI), divèsite (endèks Hj), espesyalizasyon (endèks δj) ak espesifikite metabolit (endèks Si). Yon ogmantasyon nan degre espesyalizasyon an (δj) endike ke, an mwayèn, plis metabolit espesifik èbivò pral pwodui, alòske yon diminisyon nan divèsite (Hj) endike yon diminisyon nan pwodiksyon metabolit oswa yon distribisyon inegal metabolit yo nan kat distribisyon an. Valè Si a evalye si metabolit la espesifik pou yon kondisyon bay (isit la, èbivò) oswa okontrè li kenbe nan menm nivo a. (B) Dyagram konseptyèl prediksyon teyori defans lan lè l sèvi avèk aks teyori enfòmasyon an. Teyori OD predi ke atak èbivò a pral ogmante metabolit defans yo, kidonk ogmante δj. An menm tan, Hj diminye paske pwofil la reòganize nan direksyon rediksyon ensètitid enfòmasyon metabolik la. Teyori MT a predi ke atak èbivò yo pral lakòz chanjman ki pa direksyonèl nan metabolòm nan, kidonk ogmante Hj kòm yon endikatè ogmantasyon ensètitid enfòmasyon metabolik epi lakòz yon distribisyon o aza Si. Nou te pwopoze tou yon modèl melanje, pi bon MT a, kote kèk metabolit ki gen pi gwo valè defans yo pral patikilyèman ogmante (valè Si ki wo), pandan ke lòt yo montre repons o aza (valè Si ki pi ba).
Lè nou itilize deskriptè teyori enfòmasyon an, nou entèprete teyori OD a pou predi ke chanjman metabolit espesyal pwovoke pa èbivò nan yon eta konstititif ki pa pwovoke ap mennen nan (i) yon ogmantasyon nan espesifikite metabolik (endèks Si) ki kondwi espesifikite metabonomik (endèks δj). Ogmantasyon) sèten gwoup metabolit espesyal ki gen pi gwo valè defans, ak (ii) diminisyon divèsite metabolòm (endèks Hj) akòz chanjman distribisyon frekans metabolik la pou plis distribisyon kò leptin. Nan nivo yon sèl metabolit, yo atann yon distribisyon Si òdone, kote metabolit la ap ogmante valè Si a selon valè defans li (Figi 1B). Nan liy sa a, nou eksplike teyori MT a pou predi ke eksitasyon ap mennen nan (i) chanjman ki pa direksyonèl nan metabolit yo ki lakòz yon diminisyon nan endèks δj la, ak (ii) yon ogmantasyon nan endèks Hj la akòz yon ogmantasyon nan ensètitid metabolik. Oswa o aza, ki ka mezire pa entropi Shannon sou fòm divèsite jeneralize. Kanta pou konpozisyon metabolik la, teyori MT a pral predi distribisyon o aza Si a. Lè nou konsidere ke sèten metabolit yo anba kondisyon espesifik anba kondisyon espesifik, epi lòt kondisyon yo pa anba kondisyon espesifik, epi valè defans yo depann de anviwònman an, nou te pwopoze tou yon modèl defans melanje, kote δj ak Hj yo distribye an de sou Si. Ogmante nan tout direksyon, se sèlman sèten gwoup metabolit, ki gen valè defans ki pi wo, ki pral patikilyèman ogmante Si, pandan ke lòt yo pral gen yon distribisyon o aza (Figi 1B).
Pou nou te kapab teste prediksyon teyori defans redefini an sou aks deskriptè teyori enfòmasyon an, nou te leve lav èbivò ekspè (Ms) oswa jeneralis (Sl) sou fèy Nepenthes pallens yo (Figi 2A). Lè nou te itilize analiz MS/MS, nou te rekipere 599 spèk MS/MS ki pa redondan (fichye done S1) nan ekstrè metanòl tisi fèy yo te kolekte apre cheni yo te fin manje. Lè nou te itilize endis RDPI, Hj, ak δj pou vizyalize rekonfigirasyon kontni enfòmasyon nan fichye konfigirasyon MS/MS yo, nou dekouvri modèl enteresan (Figi 2B). Tandans jeneral la se ke, jan deskriptè enfòmasyon an dekri l la, pandan cheni yo kontinye manje fèy yo, degre tout reorganizasyon metabolik la ogmante sou tan: 72 èdtan apre èbivò a fin manje, RDPI a ogmante anpil. Konpare ak kontwòl ki pa t domaje a, Hj te redwi anpil, sa ki te akòz ogmantasyon degre espesyalizasyon pwofil metabolik la, ki te mezire pa endis δj la. Tandans aparan sa a konsistan avèk prediksyon teyori OD a, men li pa konsistan avèk prediksyon prensipal teyori MT a, ki kwè ke chanjman o aza (ki pa direksyonèl) nan nivo metabolit yo itilize kòm yon kamouflaj defansif (Figi 1B). Malgre ke kontni elisè sekresyon oral (OS) ak konpòtman alimantè de èbivò sa yo diferan, manje dirèk yo a lakòz chanjman menm jan an nan direksyon Hj ak δj pandan peryòd rekòt 24 èdtan ak 72 èdtan yo. Sèl diferans lan te fèt a 72 èdtan RDPI. Konpare ak sa ki te koze pa manje Ms, metabolis jeneral ki te pwovoke pa manje Sl te pi wo.
(A) Desen eksperimantal: yo bay èbivò kochon komen (S1) oswa ekspè (Ms) fèy plant krichè desaline, alòske pou èbivò simile, yo itilize OS Ms (W + OSM) pou jere pèse blesi a nan pozisyon fèy estanda. Lav S1 (W + OSSl) oswa dlo (W + W). Kontwòl la (C) se yon fèy ki pa domaje. (B) Endikibilite (RDPI konpare ak tablo kontwòl la), divèsite (endèks Hj) ak endèks espesyalizasyon (endèks δj) kalkile pou kat metabolit espesyal la (599 MS/MS; fichye done S1). Asterisk yo endike diferans enpòtan ant manje èbivò dirèk la ak gwoup kontwòl la (tès t Student ak tès t pè, *P<0.05 ak ***P<0.001). ns, pa enpòtan. (C) Endèks rezolisyon tan pou spectre metabolit prensipal la (bwat ble, asid amine, asid òganik ak sik; fichye done S2) ak spectre metabolit espesyal la (bwat wouj 443 MS/MS; fichye done S1) apre tretman èbivò simile. Gwoup koulè a ​​refere a entèval konfyans 95%. Asterisk la endike diferans enpòtan ant tretman an ak kontwòl la [analiz varyans kwadratik (ANOVA), ki te swiv pa diferans onètman enpòtan Tukey a (HSD) pou konparezon miltip post hoc, *P<0.05, **P<0.01 Ak *** P <0.001]. (D) Espesyalizasyon graf dispèsyon ak pwofil metabolit espesyal (echantiyon repete ak diferan tretman).
Pou nou eksplore si chanjman nan nivo metabolit endividyèl yo ki pwovoke pa èbivò yo reflete nan chanjman ki fèt nan nivo metabolit endividyèl yo, nou te premye konsantre sou metabolit yo te etidye deja nan fèy Nepenthes pallens ki gen rezistans pwouve pou èbivò. Amid fenolik yo se konjige idroksisinamamid-poliamin ki akimile pandan pwosesis èbivò ensèk yo epi yo konnen ki diminye pèfòmans ensèk yo (32). Nou te chèche prekisè MS/MS korespondan yo epi nou te trase koub sinetik kimilatif yo (Figi S1). San sipriz, dérivés fenòl ki pa dirèkteman enplike nan defans kont èbivò yo, tankou asid klorojenik (CGA) ak rutin, yo diminye apre èbivò. Okontrè, èbivò yo ka fè amid fenòl yo trè puisan. Manje kontinyèl de èbivò yo te lakòz prèske menm spectre eksitasyon fenolamid yo, epi modèl sa a te patikilyèman evidan pou sentèz de novo fenolamid yo. Menm fenomèn nan pral obsève lè n ap eksplore chemen 17-hydroxygeranyl nonanediol diterpene glycosides (17-HGL-DTGs) yo, ki pwodui yon gwo kantite diterpèn asiklik ak fonksyon anti-èbivò efikas (33), pami yo Ms Feeding with Sl deklanche yon pwofil ekspresyon menm jan an (Figi S1)).
Dezavantaj posib eksperyans manje dirèk ak èbivò yo se diferans ki genyen nan to konsomasyon fèy ak tan manje èbivò yo, sa ki fè li difisil pou elimine efè espesifik èbivò ki koze pa blesi ak èbivò yo. Pou nou te ka pi byen rezoud espesifik espès èbivò nan repons metabolik fèy ki pwovoke a, nou te simile manje lav Ms ak Sl yo lè nou te aplike imedyatman OS ki fèk kolekte a (OSM ak OSS1) nan twou estanda W nan pozisyon fèy ki konsistan yo. Pwosedi sa a rele tretman W + OS, epi li estandarize endiksyon an lè li presizeman lè repons èbivò a te pwovoke a kòmanse san li pa lakòz efè konfizyon diferans nan to oswa kantite pèt tisi (Figi 2A) (34). Lè nou te itilize analiz ak kalkil MS/MS la, nou te rekipere 443 spèk MS/MS (fichye done S1), ki te sipèpoze ak spèk ki te deja rasanble nan eksperyans manje dirèk yo. Analiz teyori enfòmasyon seri done MS/MS sa a te montre ke repwogramasyon metabolòm espesyalize nan fèy yo lè nou te simile èbivò yo te montre endiksyon espesifik OS (Figi 2C). An patikilye, konpare ak tretman OSS1 la, OSM te lakòz yon amelyorasyon nan espesyalizasyon metabolòm nan 4 èdtan. Li enpòtan pou note ke konpare ak seri done eksperimantal sou manje èbivò dirèk la, sinetik metabolik yo te vizyalize nan espas bidimensyonèl lè l sèvi avèk Hj ak δj kòm kowòdone epi direksyon espesyalizasyon metabolòm nan an repons a tretman èbivò simile sou tan te ogmante konsistan (Figi 2D). An menm tan, nou te mezire kontni asid amine, asid òganik ak sik (fichye done S2) pou envestige si ogmantasyon siblé sa a nan ekspètiz metabolòm nan se akòz rekonfigirasyon metabolis kabòn santral la an repons a èbivò simile (Figi S2). Pou pi byen eksplike modèl sa a, nou te plis siveye sinetik akimilasyon metabolik chemen fenolamid ak 17-HGL-DTG nou te diskite deja a. Endiksyon espesifik OS èbivò yo transfòme an yon modèl rearanjman diferansyèl nan metabolis fenolamid (Figi S3). Amid fenolik ki gen gwoup koumarin ak kafeoil yo pwovoke preferansyèlman pa OSS1, alòske OSM yo deklanche yon endiksyon espesifik konjige ferulil yo. Pou chemen 17-HGL-DTG a, yo te detekte yon endiksyon OS diferansyèl pa pwodwi malonalasyon ak dimalonilasyon an aval (Figi S3).
Apre sa, nou te etidye plastisite transkriptòm pwovoke pa OS a lè nou te itilize seri done mikwo-array tan-evolye a, ki simile itilizasyon OSM pou trete fèy plant rozèt nan èbivò yo. Sinetik echantiyonaj la fondamantalman sipèpoze ak sinetik yo itilize nan etid metabolomik sa a (35). Konpare ak rekonfigirasyon metabolòm kote plastisite metabolik la ogmante patikilyèman sou tan, nou obsève eklatman transkripsyon pasajè nan fèy pwovoke pa Ms, kote endikibilite transkriptòm (RDPI) ak espesyalizasyon (δj) yo nan 1. Te gen yon ogmantasyon siyifikatif nan èdtan, ak divèsite (Hj) nan pwen tan sa a, ekspresyon BMP1 te siyifikativman redwi, ki te swiv pa relaksasyon espesyalizasyon transkriptòm (Figi S4). Fanmi jèn metabolik yo (tankou P450, glikoziltransferaz, ak BAHD asiltransferaz) patisipe nan pwosesis rasanbleman metabolit espesyal ki soti nan inite estriktirèl ki sòti nan metabolis prensipal la, swivan modèl espesyalizasyon segondè bonè ki mansyone pi wo a. Kòm yon etid ka, nou te analize chemen fenilalanin lan. Analiz la te konfime ke jèn prensipal yo nan metabolis fenolamid yo trè pwovoke pa OS nan èbivò konpare ak plant ki pa atire yo, epi yo byen aliyen nan modèl ekspresyon yo. Faktè transkripsyon MYB8 la ak jèn estriktirèl PAL1, PAL2, C4H ak 4CL nan amon chemen sa a te montre yon inisyasyon bonè nan transkripsyon. Asiltransferaz ki jwe yon wòl nan asanblaj final fenolamid la, tankou AT1, DH29, ak CV86, montre yon modèl ogmantasyon pwolonje (Figi S4). Obsèvasyon ki anwo yo endike ke inisyasyon bonè nan espesyalizasyon transkriptòm ak amelyorasyon pita nan espesyalizasyon metabolomik la se yon mòd makonnen, ki ka akòz sistèm regilasyon senkron ki inisye yon repons defans pwisan.
Rekonfigirasyon nan siyalizasyon òmòn plant yo aji kòm yon kouch regilasyon ki entegre enfòmasyon èbivò pou repwograme fizyoloji plant yo. Apre simulation èbivò a, nou te mezire dinamik kimilatif kategori kle òmòn plant yo epi nou te vizyalize ko-ekspresyon tanporèl ant yo [koyefisyan korelasyon Pearson (PCC)> 0.4] (Figi 3A). Jan nou te espere a, òmòn plant ki gen rapò ak byosentèz yo lye nan rezo ko-ekspresyon òmòn plant lan. Anplis de sa, espesifikite metabolik (endèks Si) trase nan rezo sa a pou mete aksan sou òmòn plant yo pwovoke pa diferan tretman yo. De zòn prensipal repons espesifik èbivò yo trase: youn nan gwoup JA a, kote JA (fòm byolojikman aktif li JA-Ile) ak lòt dérivés JA yo montre pi gwo nòt Si a; lòt la se etilèn (ET). Giberelin te montre sèlman yon ogmantasyon modere nan espesifikite èbivò, pandan ke lòt òmòn plant yo, tankou sitokinin, auxin, ak asid absizik, te gen yon espesifikite endiksyon ki ba pou èbivò. Konpare ak itilizasyon W + W sèlman, anplifikasyon valè pik dérivés JA yo atravè aplikasyon OS la (W + OS) ka fondamantalman transfòme an yon endikatè espesifik fò pou JA yo. Sanzatann, OSM ak OSS1 ak diferan kontni elisitè yo li te ye pou lakòz yon akimilasyon JA ak JA-Ile ki sanble. Kontrèman ak OSS1, OSM pwovoke espesyalman e fòtman pa OSM yo, alòske OSS1 pa anplifye repons blesi bazal yo (Figi 3B).
(A) Analiz rezo ko-ekspresyon ki baze sou kalkil PCC nan simulation sinetik akimilasyon òmòn plant pwovoke pa èbivò. Nœud la reprezante yon sèl òmòn plant, epi gwosè nœud la reprezante endèks Si espesifik pou òmòn plant lan ant tretman yo. (B) Akimilasyon JA, JA-Ile ak ET nan fèy ki koze pa diferan tretman endike pa diferan koulè: abriko, W + OSM; ble, W + OSSl; nwa, W + W; gri, C (kontwòl). Asterisk yo endike diferans enpòtan ant tretman ak kontwòl (ANOVA de-fason ki te swiv pa Tukey HSD post hoc konparezon miltip, *** P <0.001). Analiz teyori enfòmasyon nan (C)697 MS/MS (fichye done S1) nan byosentèz JA ak spectre pèsepsyon ki gen pwoblèm (irAOC ak irCOI1) ak (D)585 MS/MS (fichye done S1) nan ETR1 ak siyal ET ki gen pwoblèm De tretman èbivò simile te deklanche liy plant ak plant kontwòl machin vid (EV). Asterisk yo endike diferans enpòtan ant tretman W+OS ak kontwòl ki pa domaje (ANOVA de-fason ki te swiv pa konparezon miltip post hoc Tukey HSD, *P<0.05, **P<0.01 ak ***P<0.001). (E) Grafik gaye ki montre opozisyon gaye ak espesyalizasyon. Koulè yo reprezante diferan souch jenetikman modifye; senbòl yo reprezante diferan metòd tretman: triyang, W + OSS1; rektang, W + OSM; sèk C
Apre sa, nou itilize yon souch Nepenthes atenye (irCOI1 ak sETR1) ki modifye jenetikman nan etap kle byosentèz JA ak ET (irAOC ak irACO) ak pèsepsyon (irCOI1 ak sETR1) pou analize metabolis de òmòn plant sa yo sou èbivò. Kontribisyon relatif reprogramasyon an. An akò ak eksperyans anvan yo, nou te konfime endiksyon èbivò-OS nan plant transpòtè vid (EV) (Figi 3, C rive D) ak diminisyon jeneral nan endèks Hj ki te koze pa OSM, pandan ke endèks δj la te ogmante. Repons lan pi pwononse pase repons OSS1 te deklanche a. Yon graf de liy ki itilize Hj ak δj kòm kowòdone montre deregleman espesifik la (Figi 3E). Tandans ki pi evidan an se ke nan souch ki pa gen siyal JA, divèsite metabolòm ak chanjman espesyalizasyon ki te koze pa èbivò yo prèske elimine nèt (Figi 3C). Okontrè, pèsepsyon ET silansye a nan plant sETR1 yo, byenke efè jeneral la sou chanjman nan metabolis èbivò yo pi ba anpil pase sa ki nan siyal JA a, li diminye diferans ki genyen nan endis Hj ak δj ant eksitasyon OSM ak OSS1 yo (Figi 3D ak Figi S5). Sa endike ke anplis fonksyon prensipal transdiksyon siyal JA a, transdiksyon siyal ET a sèvi tou kòm yon ajisteman presi nan repons metabolik espesifik espès èbivò yo. An akò ak fonksyon ajisteman presi sa a, pa te gen okenn chanjman nan endikibilite metabolik jeneral nan plant sETR1 yo. Nan lòt men an, konpare ak plant sETR1 yo, plant irACO yo te pwovoke anplitid jeneral menm jan an nan chanjman metabolik ki te koze pa èbivò yo, men yo te montre nòt Hj ak δj siyifikativman diferan ant defi OSM ak OSS1 yo (Figi S5).
Pou nou te kapab idantifye metabolit espesyalize ki gen kontribisyon enpòtan nan repons espesifik espès èbivò yo epi amelyore pwodiksyon yo atravè siyal ET yo, nou te itilize metòd MS/MS estriktirèl ki te devlope deja a. Metòd sa a baze sou metòd bi-clustering lan pou re-dedwi fanmi metabolik la apati fragman MS/MS [pwodwi pwen nòmalize (NDP)] ak nòt similarite ki baze sou pèt net (NL). Ansanm done MS/MS ki te konstwi atravè analiz liy transjenik ET yo te pwodui 585 MS/MS (fichye done S1), ki te rezoud lè yo te gwoupe yo an sèt modil MS/MS prensipal (M) (Figi 4A). Gen kèk nan modil sa yo ki chaje ak metabolit espesyal ki te deja karakterize: pa egzanp, M1, M2, M3, M4 ak M7 yo rich nan divès dérivés fenòl (M1), glikozid flavonoid (M2), sik asil (M3 ak M4), ak 17-HGL-DTG (M7). Anplis de sa, yo kalkile enfòmasyon espesifik metabolik la (endèks Si) pou yon sèl metabolit nan chak modil, epi yo ka wè distribisyon Si li entwitivman. An brèf, spectre MS/MS ki montre yon gwo espesifikite èbivò ak jenotip yo karakterize pa valè Si ki wo, epi estatistik kurtoz yo endike distribisyon fouri a sou kwen dwat ke a. Yo te detekte youn nan distribisyon koloid mèg sa yo nan M1, kote fenol amid te montre pi gwo fraksyon Si a (Figi 4B). 17-HGL-DTG endivò èbivò ki te mansyone deja nan M7 te montre yon nòt Si modere, ki endike yon degre modere nan règleman diferans ant de kalite OS yo. Okontrè, pifò metabolit espesyalize ki pwodui konstititivman, tankou rutin, CGA, ak sik asil, se pami nòt Si ki pi ba yo. Pou pi byen eksplore konpleksite estriktirèl la ak distribisyon Si ant metabolit espesyal yo, yo te konstwi yon rezo molekilè pou chak modil (Figi 4B). Yon prediksyon enpòtan nan teyori OD a (rezime nan Figi 1B) se ke reorganizasyon metabolit espesyal apre èbivò ta dwe mennen nan chanjman yon sèl sans nan metabolit ki gen gwo valè defans, espesyalman lè yo ogmante espesifikite yo (kontrèman ak distribisyon o aza) Mòd) Metabolit defansif prevwa pa teyori MT. Pifò nan dérivés fenòl ki akimile nan M1 yo fonksyonèlman gen rapò ak bès pèfòmans ensèk (32). Lè nou konpare valè Si yo nan metabolit M1 yo ant fèy pwovoke yo ak fèy konstitiyan plant kontwòl EV yo nan 24 èdtan, nou obsève ke espesifikite metabolik anpil metabolit apre ensèk èbivò gen yon tandans ogmantasyon siyifikatif (Figi 4C). Ogmantasyon espesifik nan valè Si a te detekte sèlman nan fenolamid defansif, men pa gen okenn ogmantasyon nan valè Si ki te detekte nan lòt fenòl ak metabolit enkoni ki koegziste nan modil sa a. Sa a se yon modèl espesyalize, ki gen rapò ak teyori OD a. Prediksyon prensipal chanjman metabolik ki koze pa èbivò yo konsistan. Pou nou te kapab teste si patikilarite spectre fenolamid sa a te pwovoke pa ET espesifik OS a, nou te trase endèks metabolit Si a epi nou te lakòz yon valè ekspresyon diferansyèl ant OSM ak OSS1 nan jenotip EV ak sETR1 yo (Figi 4D). Nan sETR1, diferans ki te pwovoke pa fenamid ant OSM ak OSS1 te redwi anpil. Metòd bi-clústering lan te aplike tou sou done MS/MS yo kolekte nan souch ki pa t gen ase JA pou nou te ka dedwi prensipal modil MS/MS yo ki gen rapò ak espesyalizasyon metabolik reglemante pa JA a (Figi S6).
(A) Rezilta gwoupman 585 MS/MS ki baze sou fragman pataje (similarite NDP) ak pèt net pataje (similarite NL) lakòz modil la (M) konsistan avèk fanmi konpoze ki deja konnen an, oubyen pa konpozisyon metabolit ki pa konnen oubyen ki mal metabolize. Akote chak modil, distribisyon espesifik metabolit (MS/MS) (Si) la parèt. (B) Rezo molekilè modilè: Nœuds yo reprezante MS/MS ak bor yo, nòt MS/MS NDP (wouj) ak NL (ble) (limit, > 0.6). Endis espesifikite metabolit gradye (Si) la gen koulè ki baze sou modil la (agoch) epi ki trase sou rezo molekilè a (adwat). (C) Modil M1 plant EV nan eta konstititif (kontwòl) ak endui (èbivò simile) a 24 èdtan: dyagram rezo molekilè (valè Si a se gwosè nœud la, fenolamid defansif la make an ble). (D) Dyagram rezo molekilè M1 liy spectre sETR1 la ak pèsepsyon EV ak ET ki gen pwoblèm: konpoze fenolik ki reprezante pa ne sèk vèt la, ak diferans enpòtan (valè P) ant tretman W + OSM ak W + OSS1 kòm gwosè Ne. CP, N-kafeoyl-tirozin; CS, N-kafeoyl-espermidin; FP, N-ferilik asid ester-asid urik; FS, N-ferulil-espermidin; CoP, N', N “-Koumarolyl-tirozin; DCS, N', N”-dikafeoyl-espermidin; CFS, N', N”-kafeoyl, feruloyl-espermidin; Lycium barbarum nan wolfberry Son; Nick. O-AS, O-asil sik.
Nou te pwolonje analiz la plis toujou soti nan yon sèl jenotip Nepenthes atenye rive nan popilasyon natirèl, kote gwo chanjman entraspesifik nan nivo JA èbivò ak nivo metabolit espesifik yo te deja dekri nan popilasyon natirèl (26). Sèvi ak seri done sa a pou kouvri 43 jèmoplasm. Jèmoplasm sa yo konsiste de 123 espès plant ki soti nan N. pallens. Plant sa yo te pran nan grenn yo te kolekte nan diferan abita natif natal nan Utah, Nevada, Arizona, ak Kalifòni (Figi S7), nou te kalkile divèsite metabolòm lan (isit la yo rele nivo popilasyon an) β divèsite) ak espesyalizasyon ki te koze pa OSM. An akò ak etid anvan yo, nou te obsève yon pakèt chanjman metabolik sou aks Hj ak δj yo, sa ki endike ke jèmoplasm yo gen diferans siyifikatif nan plastisite repons metabolik yo anvè èbivò (Figi S7). Òganizasyon sa a fè nou sonje obsèvasyon anvan yo sou seri dinamik chanjman JA ki te koze pa èbivò, epi li te kenbe yon valè trè wo nan yon sèl popilasyon (26, 36). Lè nou te itilize JA ak JA-Ile pou teste korelasyon nivo jeneral ant Hj ak δj, nou te jwenn ke gen yon korelasyon pozitif siyifikatif ant JA ak divèsite metabolòm β ak endèks espesyalizasyon an (Figi S7). Sa sijere ke eterogeneite pwovoke pa èbivò nan endiksyon JA detekte nan nivo popilasyon an ka akòz polimòfis metabolik kle ki koze pa seleksyon nan ensèk èbivò yo.
Etid anvan yo te montre ke kalite tabak yo diferan anpil nan kalite ak depandans relatif sou defans metabolik pwovoke ak konstitif yo. Yo kwè ke chanjman sa yo nan transdiksyon siyal anti-èbivò ak kapasite defans yo reglemante pa presyon popilasyon ensèk yo, sik lavi plant lan, ak pri pwodiksyon defans nan nich kote yon espès bay ap grandi. Nou te etidye konsistans remodelman metabolòm fèy ki pwovoke pa èbivò nan sis espès Nicotiana natif natal nan Amerik di Nò ak Amerik di Sid. Espès sa yo gen yon relasyon sere avèk Nepenthes Amerik di Nò, sètadi Nicolas Bociflo. La, N. nicotinis, Nicotiana n. zèb atenye, Nicotiana tabacum, tabak lineyè, tabak (Nicotiana spegazzinii) ak tabak fèy tabak (Nicotiana obtusifolia) (Figi 5A) (37). Sis nan espès sa yo, ki gen ladan espès byen karakterize N. please la, se plant anyèl nan klad petunia a, epi obtusifolia N. se plant vivaces nan klad sè Trigonophyllae a (38). Apre sa, yo te fè endiksyon W + W, W + OSM ak W + OSS1 sou sèt espès sa yo pou etidye rearanjman metabolik alimantè ensèk yo nan nivo espès la.
(A) Yon pyebwa filojenetik bootstrap ki baze sou maksimòm pwobabilite [pou sentèz glutamin nikleyè (38)] ak distribisyon jewografik sèt espès Nicotiana ki gen rapò sere (koulè diferan) (37). (B) Yon dyagram dispèsyon divèsite espesyalize pou pwofil metabolik sèt espès Nicotiana (939 MS/MS; fichye done S1). Nan nivo espès la, divèsite metabolòm lan gen yon korelasyon negatif ak degre espesyalizasyon an. Analiz korelasyon nivo espès ant divèsite metabolik ak espesyalizasyon ak akimilasyon JA a montre nan Figi 2. S9. Koulè, diferan kalite; triyang, W + OSS1; rektang, W + OSM; (C) Dinamik JA ak JA-Ile Nicotiana yo klase dapre anplitid eksitasyon OS (ANOVA de-fason ak konparezon apre-miltip Tukey HSD, * P <0.05, ** P <0.01 ak * ** Pou konparezon W + OS ak W + W, P <0.001). Dyagram bwat (D) divèsite ak (E) espesyalizasyon chak espès apre yo fin simile JA èbivò ak metil (MeJA). Asterisk la endike diferans siyifikatif ant W + OS ak W + W oubyen lanolin plis W (Lan + W) oubyen Lan plis MeJA (Lan + MeJa) ak kontwòl Lan (analiz varyans bidireksyonèl, ki te swiv pa konparezon miltip post hoc HSD Tukey a, *P<0.05, **P<0.01 ak ***P<0.001).
Lè nou itilize metòd doub gwoupman an, nou idantifye 9 modil ki gen 939 MS/MS (fichye done S1). Konpozisyon MS/MS rekonfigire pa diferan tretman yo varye anpil ant diferan modil yo ant espès yo (Figi S8). Vizyalize Hj (yo refere isit la kòm divèsite γ nan nivo espès) ak δj revele ke diferan espès yo rasanble an gwoup trè diferan nan espas metabolik la, kote divizyon nan nivo espès la anjeneral pi enpòtan pase eksitasyon. Eksepte N. linear ak N. obliquus, yo montre yon pakèt efè endiksyon dinamik (Figi 5B). Okontrè, espès tankou N. purpurea ak N. obtusifolia gen yon repons metabolik mwens evidan pou tretman an, men metabolòm nan pi divès. Distribisyon espesifik espès nan repons metabolik pwovoke a te lakòz yon korelasyon negatif siyifikatif ant espesyalizasyon ak divèsite gama (PCC = -0.46, P = 4.9×10-8). Chanjman pwovoke pa OS nan nivo JA yo korele pozitivman ak espesyalizasyon metabolòm nan, epi korele negatifman ak divèsite gama metabolik ke chak espès montre (Figi 5B ak Figi S9). Li enpòtan pou note ke espès yo rele "espès repons siyal" nan Figi 5C a, tankou Nepenthes nematode, Nepenthes nepenthes, Nepenthes akut, ak Nepenthes attenuated, te lakòz siy enpòtan nan 30 minit. Dènye epidemi JA ak JA-Ile espesifik OS yo, pandan ke lòt bakteri yo rele "ki pa reyaji siyal", tankou Nepenthes mills, Nepenthes powdery ak N. obtusifolia sèlman montre endiksyon JA-Ile Edge san okenn espesifik OS (Figi 5C). Nan nivo metabolik la, jan nou mansyone pi wo a, pou Nepenthes atenye, sibstans ki reponn a siyal yo te montre espesifik OS epi yo te ogmante δj anpil, pandan y ap diminye Hj. Efè amorsaj espesifik OS sa a pa te detekte nan espès ki klase kòm espès ki pa reyaji siyal (Figi 5, D ak E). Metabolit espesifik OS yo pataje pi souvan ant espès ki reponn a siyal, epi gwoup siyal sa yo gwoupe ak espès ki gen repons siyal pi fèb, alòske espès ki gen repons siyal pi fèb yo montre mwens entèdepandans (Figi S8). Rezilta sa a endike ke endiksyon JA espesifik OS yo ak rekonfigirasyon metabolòm en aval espesifik OS yo makonnen nan nivo espès la.
Apre sa, nou te itilize yon pat lanolin ki gen metil JA (MeJA) pou trete plant yo pou nou te ka envestige si mòd kouplaj sa yo limite pa disponiblite JA ki aplike pa JA ekzojèn, ki pral nan sitoplas plant yo. Deesterifikasyon rapid se JA. Nou te jwenn menm tandans chanjman gradyèl la soti nan espès ki reponn a siyal rive nan espès ki pa reponn a siyal ki te koze pa rezèv kontinyèl JA a (Figi 5, D ak E). An brèf, tretman MeJA a te repwograme metabolòm nematod lineyè yo, N. obliquus, N. aquaticus, N. pallens, ak N. mikimotoi, sa ki te lakòz yon ogmantasyon siyifikatif nan δj ak yon diminisyon nan Hj. N. purpurea te sèlman montre yon ogmantasyon nan δj, men pa Hj. N. obtusifolia, ki te deja montre li akimile nivo JA ki ba anpil, reponn mal tou a tretman MeJA an tèm de rekonfigirasyon metabolòm. Rezilta sa yo endike ke pwodiksyon JA oswa transdiksyon siyal la fizyolojikman limite nan espès ki pa reponn a siyal. Pou teste ipotèz sa a, nou te etidye kat espès yo (N. pallens, N. mills, N. pink ak N. microphylla) ki te pwovoke pa Transkriptòm W + W, W + OSM ak W + OSS1 (39). An akò avèk modèl remodelasyon metabolòm nan, espès yo byen separe nan espas transkriptòm nan, pami yo N. attenuated te montre pi gwo RDPI pwovoke pa OS a, pandan ke N. gracilis te gen pi ba a (Figi 6A). Sepandan, yo te jwenn ke divèsite transkriptòm ki te pwovoke pa N. oblonga te pi ba a pami kat espès yo, kontrèman ak pi gwo divèsite metabonomik N. oblonga ki te montre deja nan sèt espès. Etid anvan yo te montre ke yon seri jèn ki gen rapò ak siyal defans bonè yo, ki gen ladan siyal JA, eksplike espesifikite repons defans bonè ki pwovoke pa eliktè ki gen rapò ak èbivò nan espès Nicotiana (39). Konparezon chemen siyal JA ant kat espès sa yo te revele yon modèl enteresan (Figi 6B). Pifò jèn nan chemen sa a, tankou AOC, OPR3, ACX ak COI1, te montre nivo endiksyon relativman wo nan kat espès sa yo. Sepandan, yon jèn kle, JAR4, konvèti JA an fòm byolojikman aktif li nan transkripsyon akimile JA-Ile, epi nivo transkripsyon li trè ba, espesyalman nan N. mills, Nepenthes pieris ak N. microphylla. Anplis de sa, se sèlman transkripsyon yon lòt jèn AOS ki pa te detekte nan N. bifidum. Chanjman sa yo nan ekspresyon jèn yo ka responsab pou fenotip ekstrèm yo pwovoke pa pwodiksyon JA ki ba nan espès anerjik siyal yo ak endiksyon N. gracilis.
(A) Analiz teyori enfòmasyon sou repwogramasyon repons transkripsyon bonè nan kat espès tabak ki gen rapò sere, echantiyone 30 minit apre endiksyon èbivò. RDPI kalkile lè yo konpare fèy yo pwovoke pa OS èbivò a ak kontwòl blesi a. Koulè yo endike diferan espès, epi senbòl yo endike diferan metòd tretman. (B) Analiz ekspresyon jèn nan chemen siyal JA pami kat espès yo. Chemen JA senplifye a montre akote graf bwat la. Koulè diferan endike diferan metòd pwosesis. Asterisk la endike ke gen yon diferans siyifikatif ant tretman W + OS la ak kontwòl W + W la (pou tès t Student la pou diferans pè, *P<0.05, **P<0.01 ak ***P<0.001). OPDA, asid 12-oksofitodienoik; OPC-8: asid 0,3-okso-2(2′(Z)-pentenil)-siklopentan-1-oktanoik.
Nan dènye pati a, nou te etidye kijan remodelman metabolòm diferan espès plant espesifik nan chak espès ensèk ka rezistan a èbivò. Rechèch anvan yo te mete aksan sou genus Nicotiana a. Rezistans yo a Ms ak lav diferan anpil (40). La a, nou te etidye koneksyon ki genyen ant modèl sa a ak plastisite metabolik yo. Lè nou itilize kat espès tabak ki anwo yo, epi nou teste korelasyon ki genyen ant divèsite ak espesyalizasyon metabolòm ki koze pa èbivò ak rezistans plant yo a Ms ak Sl, nou te jwenn rezistans, divèsite ak espesyalizasyon anvè Sl jeneralis la tout gen yon korelasyon pozitif, alòske korelasyon ki genyen ant rezistans a dam ekspè ak espesyalizasyon an fèb, epi korelasyon an avèk divèsite a pa siyifikatif (Figi S10). Anrapò ak rezistans S1, tou de N. chinensis ak N. gracilis ki te atenye yo, ki te deja montre tou de nivo transdiksyon siyal JA ak plastisite metabolòm, te gen repons trè diferan a endiksyon èbivò, epi yo te montre tou yon rezistans ki wo menm jan an. Sèks.
Nan swasant dènye ane yo, teyori defans plant yo te bay yon kad teyorik, ki baze sou ki chèchè yo te predi yon kantite konsiderab evolisyon ak fonksyon metabolit espesyalize plant yo. Pifò nan teyori sa yo pa swiv pwosedi nòmal enferans solid yo (41). Yo pwopoze prediksyon kle (3) nan menm nivo analiz la. Lè tès prediksyon kle yo pèmèt analize teyori espesifik yo, sa ap fè domèn nan ap avanse. Yo dwe sipòte, men rejte lòt yo (42). Okontrè, nouvo teyori a fè prediksyon nan diferan nivo analiz epi li ajoute yon nouvo kouch konsiderasyon deskriptif (42). Sepandan, de teyori yo pwopoze nan nivo fonksyonèl la, MT ak OD, ka fasil pou eksplike kòm prediksyon enpòtan sou chanjman metabolik espesyalize ki koze pa èbivò yo: Teyori OD kwè ke chanjman nan "espas" metabolik espesyalize yo trè direksyonèl. Teyori MT a kwè ke chanjman sa yo pral non-direksyonèl epi yo pral lokalize owaza nan espas metabolik la, epi yo gen tandans gen metabolit ki gen gwo valè defans. Egzamen anvan yo sou prediksyon OD ak MT yo te teste lè l sèvi avèk yon seri etwat konpoze "defans" a priori. Tès sa yo ki santre sou metabolit anpeche kapasite pou analize limit ak trajektwa rekonfigirasyon metabolòm pandan èbivò, epi yo pa pèmèt tès nan yon kad estatistik ki konsistan pou mande prediksyon kle ke yo ka konsidere kòm yon antye Kantifye chanjman nan metabolòm plant yo. La a, nou te itilize teknoloji inovatè nan metabolomik ki baze sou MS konpitasyonèl epi nou te fè analiz MS dekonvolisyon nan valè jeneral deskriptè teyori enfòmasyon yo pou teste distenksyon ki genyen ant de yo pwopoze nan nivo metabolomik mondyal la. Prediksyon kle teyori sa a. Teyori enfòmasyon an te aplike nan anpil domèn, espesyalman nan kontèks rechèch sou divèsite byolojik ak koule eleman nitritif (43). Sepandan, nan sa nou konnen, sa a se premye aplikasyon ki itilize pou dekri espas enfòmasyon metabolik plant yo epi rezoud pwoblèm ekolojik ki gen rapò ak chanjman metabolik tanporè an repons a siyal anviwònman yo. An patikilye, kapasite metòd sa a chita nan kapasite li pou konpare modèl nan ak ant espès plant yo pou egzamine kijan èbivò yo te evolye soti nan diferan espès rive nan modèl makroevolisyonè entè-espès nan diferan nivo evolisyon. Metabolis.
Analiz konpozan prensipal (PCA) konvèti yon seri done miltivarye an yon espas rediksyon dimansyonalite pou kapab eksplike tandans prensipal done yo, kidonk li anjeneral itilize kòm yon teknik eksploratwa pou analize seri done yo, tankou metabolòm dekonvolisyon. Sepandan, rediksyon dimansyonalite a pral pèdi yon pati nan kontni enfòmasyon ki nan seri done yo, epi PCA pa ka bay enfòmasyon kantitatif sou karakteristik ki patikilyèman enpòtan pou teyori ekolojik, tankou: kijan èbivò yo rekonfigure divèsite nan domèn espesyalize (pa egzanp, richès, distribisyon) ak abondans) metabolit? Ki metabolit ki predi eta pwovoke yon èbivò bay? Nan pèspektiv espesifikite, divèsite ak endikibilite, kontni enfòmasyon pwofil metabolit espesifik fèy la dekonpoze, epi yo jwenn ke manje èbivò yo ka aktive metabolis espesifik. Sanzatann, nou te obsève ke, jan sa dekri nan endikatè teyori enfòmasyon yo aplike a, sitiyasyon metabolik ki kapab lakòz la gen yon gwo sipèpoze apre atak de èbivò yo (jeneralis Sl ki te manje lannwit lan) ak ekspè Solanaceae Ms. Malgre ke konpòtman alimantè ak konsantrasyon yo siyifikativman diferan. Inisyatè konjige asid gra-asid amine (FAC) nan OS (31). Lè yo itilize OS èbivò pou trete blesi pike estanda, tretman èbivò simile te montre tou yon tandans menm jan an. Pwosedi estanda sa a pou simile repons plant yo a atak èbivò elimine faktè konfizyon ki koze pa chanjman nan konpòtman alimantè èbivò yo, ki mennen nan diferan degre domaj nan diferan moman (34). FAC, ki li te ye kòm kòz prensipal OSM, diminye JAS ak lòt repons òmòn plant nan OSS1, pandan ke OSS1 diminye plizyè santèn fwa (31). Sepandan, OSS1 te lakòz nivo akimilasyon JA menm jan an konpare ak OSM. Li te deja demontre ke repons JA nan Nepenthes atenye trè sansib a OSM, kote FAC ka kenbe aktivite li menm si li dilye 1:1000 ak dlo (44). Se poutèt sa, konpare ak OSM, byenke FAC nan OSS1 trè ba, li sifi pou pwovoke yon epidemi JA ase. Etid anvan yo te montre ke pwoteyin ki sanble ak porin (45) ak oligosakarid (46) yo ka itilize kòm endis molekilè pou deklanche repons defans plant yo nan OSS1. Sepandan, li toujou pa klè si wi ou non elisè sa yo nan OSS1 responsab pou akimilasyon JA ki obsève nan etid aktyèl la.
Malgre ke gen kèk etid ki dekri anprent metabolik diferansyèl ki koze pa aplikasyon diferan èbivò oswa JA oswa SA ekzojèn (asid salisilik) (47), pèsonn pa janm deranje twoub espesifik espès èbivò nan rezo zèb plant lan ak efè li sou enfòmasyon pèsonèl espesifik. Yo etidye enpak jeneral metabolis la sistematikman. Analiz sa a te konfime tou ke koneksyon rezo òmòn entèn lan ak lòt òmòn plant apa de JA yo fòme espesifik reorganizasyon metabolik ki koze pa èbivò yo. An patikilye, nou detekte ke ET ki koze pa OSM te siyifikativman pi gwo pase sa ki koze pa OSS1. Mòd sa a konsistan avèk plis kontni FAC nan OSM, ki se yon kondisyon nesesè ak sifizan pou deklanche yon eksplozyon ET (48). Nan kontèks entèraksyon ant plant yo ak èbivò yo, fonksyon siyalizasyon ET sou dinamik metabolit espesifik plant yo toujou sporadik epi li vize sèlman yon sèl gwoup konpoze. Anplis de sa, pifò etid yo te itilize aplikasyon ekzojèn ET oswa prekisè li yo oswa divès inibitè pou etidye règleman ET, pami yo aplikasyon chimik ekzojèn sa yo pral pwodui anpil efè segondè ki pa espesifik. Nan konesans nou, etid sa a reprezante premye egzamen sistematik sou gwo echèl sou wòl ET nan itilizasyon ET pou pwodui ak pèsevwa plant transjenik ki gen pwoblèm pou kowòdone dinamik metabolòm plant yo. Endiksyon ET espesifik pou èbivò ka finalman modifye repons metabolòm lan. Pi enpòtan an se manipilasyon transjenik jèn byosentèz ET (ACO) ak pèsepsyon (ETR1) ki te revele akimilasyon de novo fenolamid espesifik pou èbivò. Yo te deja montre ke ET ka ajiste akimilasyon nikotin pwovoke pa JA lè li reglemante putrescine N-metiltransferaz (49). Sepandan, nan yon pwen de vi mekanik, li pa klè kijan ET ajiste endiksyon fenamid la. Anplis fonksyon transdiksyon siyal ET a, flux metabolik la kapab tou devye nan S-adenosil-1-metionin pou reglemante envestisman nan amid poliaminofenol. S-adenosil-1-metionin se ET ak yon entèmedyè komen nan chemen byosentèz poliamin. Mekanis ke siyal ET a itilize pou reglemante nivo fenolamid la bezwen plis etid.
Pandan lontan, akòz gwo kantite metabolit espesyal ki gen estrikti enkoni, atansyon entans ki te pote sou kategori metabolik espesifik yo pa t kapab evalye estrikteman chanjman tanporèl divèsite metabolik apre entèraksyon byolojik yo. Kounye a, ki baze sou analiz teyori enfòmasyon an, rezilta prensipal akizisyon spectre MS/MS ki baze sou metabolit san patipri se ke èbivò ki manje oswa ki simile èbivò yo kontinye diminye divèsite metabolik jeneral metabolòm fèy la pandan y ap ogmante degre espesyalizasyon li. Ogmantasyon tanporè sa a nan espesifikite metabolòm ki koze pa èbivò yo asosye avèk yon ogmantasyon sinèjik nan espesifikite transkriptòm. Karakteristik ki kontribye plis nan pi gwo espesyalizasyon metabolòm sa a (ki gen yon valè Si ki pi wo) se metabolit espesyal la ak fonksyon èbivò ki te deja karakterize a. Modèl sa a konsistan avèk prediksyon teyori OD a, men prediksyon MT ki gen rapò ak o aza repwogramasyon metabolòm nan pa konsistan. Sepandan, done sa a konsistan tou avèk prediksyon modèl melanje a (pi bon MT; Figi 1B), paske lòt metabolit ki pa karakterize ak fonksyon defans enkoni ka toujou swiv yon distribisyon Si o aza.
Yon modèl remakab ke rechèch sa a kapte plis se ke soti nan nivo mikwo-evolisyon an (yon sèl plant ak popilasyon tabak) rive nan yon pi gwo echèl evolisyonè (espès tabak ki gen rapò sere), diferan nivo òganizasyon evolisyonè yo nan "meyè defans lan". Gen diferans enpòtan nan kapasite èbivò yo. Moore et al. (20) ak Kessler ak Kalske (1) te pwopoze endepandamman pou konvèti twa nivo fonksyonèl byodiversite ke Whittaker te distenge okòmansman (50) an chanjman tanporèl konstitif ak pwovoke divèsite chimik; otè sa yo pa ni rezime ni pwosedi pou koleksyon done metabolòm sou gwo echèl pa dekri kijan pou kalkile divèsite metabolik apati done sa yo. Nan etid sa a, ti ajisteman nan klasifikasyon fonksyonèl Whittaker a pral konsidere divèsite α-metabolik kòm divèsite spectre MS/MS nan yon plant bay, ak divèsite β-metabolik kòm metabolis entraspesifik debaz yon gwoup popilasyon Espas, ak divèsite γ-metabolik pral yon ekstansyon analiz espès ki sanble yo.
Siyal JA a esansyèl pou yon pakèt repons metabolik èbivò. Sepandan, pa gen ase tès kantitatif solid sou kontribisyon règleman entraspesifik byosentèz JA a nan divèsite metabolòm, epi li toujou difisil pou detèmine si siyal JA a se yon sit jeneral pou divèsifikasyon metabolik pwovoke pa estrès sou yon echèl makroevolisyonè ki pi wo. Nou obsève ke nati èbivò Nepenthes èbivò a pwovoke espesyalizasyon metabolòm epi varyasyon espesyalizasyon metabolòm nan popilasyon espès Nicotiana yo ak pami espès Nicotiana ki gen rapò sere yo korele pozitivman sistematikman ak siyal JA. Anplis de sa, lè siyal JA a afekte, espesifikite metabolik ki pwovoke pa yon sèl jenotip èbivò ap anile (Figi 3, C ak E). Piske chanjman nan spectre metabolik popilasyon Nepenthes ki atenye natirèlman yo sitou kantitatif, chanjman nan divèsite ak espesifikite β metabolik nan analiz sa a ka lajman koze pa gwo eksitasyon kategori konpoze rich an metabolit. Klas konpoze sa yo domine yon pati nan pwofil metabolòm lan epi mennen nan yon korelasyon pozitif ak siyal JA yo.
Paske mekanis byochimik espès tabak ki gen rapò sere avèk li yo trè diferan, metabolit yo idantifye espesyalman nan aspè kalitatif la, kidonk li pi analitik. Tretman teyori enfòmasyon an sou pwofil metabolik ki kaptire a revele ke endiksyon èbivò a agrave konpwomi ant divèsite gama metabolik ak espesyalizasyon an. Siyal JA a jwe yon wòl santral nan konpwomi sa a. Ogmantasyon nan espesyalizasyon metabolòm nan konsistan avèk prediksyon OD prensipal la epi li korele pozitivman ak siyal JA a, alòske siyal JA a korele negatifman ak divèsite gama metabolik. Modèl sa yo endike ke kapasite OD plant yo detèmine sitou pa plastisite JA a, kit se sou yon echèl mikwoevolisyonè oswa sou yon echèl evolisyonè ki pi gwo. Eksperyans aplikasyon JA ekzojèn ki kontourne domaj byosentèz JA yo revele tou ke espès tabak ki gen rapò sere yo ka distenge an espès ki reponn a siyal ak espès ki pa reponn a siyal, menm jan ak mòd JA yo ak plastisite metabolòm ki pwovoke pa èbivò yo. Espès ki pa reponn a siyal yo pa ka reponn akòz enkapasite yo pou pwodui JA andojèn e pakonsekan yo sijè a limitasyon fizyolojik. Sa ka koze pa mitasyon nan kèk jèn kle nan chemen siyal JA a (AOS ak JAR4 nan N. crescens). Rezilta sa a mete aksan sou ke modèl makroevolisyonè entèspesifik sa yo ka sitou kondwi pa chanjman nan pèsepsyon ak repons òmòn entèn yo.
Anplis entèraksyon ant plant yo ak èbivò yo, eksplorasyon divèsite metabolik la gen rapò ak tout avansman teyorik enpòtan nan rechèch sou adaptasyon byolojik nan anviwònman an ak evolisyon karakteristik fenotipik konplèks yo. Avèk ogmantasyon nan kantite done enstriman MS modèn yo jwenn, tès ipotèz sou divèsite metabolik la kapab kounye a depase diferans metabolit endividyèl/kategori yo epi fè analiz global pou revele modèl inatandi. Nan pwosesis analiz gwo echèl la, yon metafò enpòtan se lide pou konsevwa kat ki gen sans ki ka itilize pou eksplore done yo. Se poutèt sa, yon rezilta enpòtan nan konbinezon aktyèl metabolomik MS/MS san patipri ak teyori enfòmasyon an se ke li bay yon metrik senp ki ka itilize pou konstwi kat pou browse divèsite metabolik la sou diferan echèl taksonomik. Li se egzijans debaz metòd sa a. Etid evolisyon mikwo/makwo ak ekoloji kominote a.
Nan nivo makro-evolisyonè a, nwayo teyori ko-evolisyon plant-ensèk Ehrlich ak Raven (51) lan se predi ke varyasyon divèsite metabolik entèspesyèn se kòz divèsifikasyon liy plant yo. Sepandan, nan senkant ane depi piblikasyon travay fondatè sa a, ipotèz sa a raman te teste (52). Sa a se lajman akòz karakteristik filojenetik karakteristik metabolik konparab atravè liy plant long distans. Rarite a ka itilize pou ankre metòd analiz sib yo. Workflow MS/MS aktyèl la ki trete pa teyori enfòmasyon an quantifye resanblans estriktirèl MS/MS metabolit enkoni yo (san seleksyon metabolit anvan) epi konvèti MS/MS sa yo an yon seri MS/MS, kidonk nan metabolis pwofesyonèl modèl makro-evolisyonè sa yo konpare nan echèl klasifikasyon. Endikatè estatistik senp. Pwosesis la sanble ak analiz filojenetik, ki ka itilize aliyman sekans pou quantifye to divèsifikasyon oswa evolisyon karaktè san prediksyon anvan.
Nan nivo byochimik la, ipotèz tès depistaj Firn ak Jones (53) la montre ke divèsite metabolik la konsève nan diferan nivo pou bay matyè premyè pou egzèse aktivite byolojik metabolit ki pa t gen rapò oswa ki te ranplase anvan. Metòd teyori enfòmasyon yo bay yon kad kote tranzisyon evolisyonè espesifik metabolit sa yo ki rive pandan espesyalizasyon metabolit yo ka quantifye kòm yon pati nan pwosesis tès depistaj evolisyonè ki pwopoze a: adaptasyon byolojikman aktif soti nan yon espesifikite ki ba rive nan yon espesifikite ki wo. Metabolit inibi nan yon anviwònman bay.
An jeneral, nan premye jou byoloji molekilè a, yo te devlope teyori enpòtan sou defans plant yo, epi metòd deduktif ki baze sou ipotèz yo lajman konsidere kòm sèl mwayen pou pwogrè syantifik. Sa a se an gwo pati akòz limitasyon teknik ki genyen nan mezire metabolòm nan an antye. Malgre ke metòd ki baze sou ipotèz yo patikilyèman itil nan chwazi lòt mekanis kozatif, kapasite yo pou fè avanse konpreyansyon nou sou rezo byochimik yo pi limite pase metòd enfòmatik ki disponib kounye a nan syans kontanporen ki baze sou done. Se poutèt sa, teyori ki pa ka predi yo byen lwen pi lwen pase sijè done ki disponib yo, kidonk fòmil ipotetik/sik tès pwogrè nan domèn rechèch la pa ka aboli (4). Nou prevwa ke workflow enfòmatik metabolomik ki prezante isit la ka relanse enterè nan pwoblèm resan (kijan) ak final (poukisa) divèsite metabolik yo, epi kontribye nan yon nouvo epòk syans done ki gide teyorikman. Epòk la te re-egzamine teyori enpòtan ki te enspire jenerasyon anvan yo.
Pou èbivò yo manje dirèkteman, yo elve yon lav dezyèm etap oubyen yon lav Sl sou yon sèl fèy plant krich koulè pal ki soti nan yon sèl plant roz k ap fleri, avèk 10 repetisyon plant pou chak plant. Yo te kenbe lav ensèk yo ak kranpon, epi yo te kolekte rès tisi fèy la 24 ak 72 èdtan apre enfeksyon an epi yo te konjele l rapidman, epi yo te ekstrè metabolit yo.
Simile tretman èbivò nan yon fason trè senkronize. Metòd la se sèvi ak wou modèl twal pou pike twa ranje pikan sou chak bò mitan twa fèy plant lan ki konplètman elaji pandan etap kwasans girland twal la, epi imedyatman aplike 1:5 Ms Diluye. Oubyen sèvi ak dwèt ak gan pou mete S1 OS nan blesi pike a. Rekòlte epi trete yon fèy jan sa dekri pi wo a. Sèvi ak metòd ki dekri anvan an pou ekstrè metabolit prensipal yo ak òmòn plant yo (54).
Pou aplikasyon JA ekzojèn, twa fèy pesyol chak nan sis plant roz k ap fleri nan chak espès yo trete ak 20μl pat lanolin ki gen 150μg MeJA (Lan + MeJA), ak 20μl lanolin plis tretman pou blesi (Lan + W), oubyen itilize 20μl lanolin pi kòm kontwòl. Fèy yo te rekòlte 72 èdtan apre tretman an, yo te konjele yo rapidman nan nitwojèn likid, epi yo te estoke yo a -80°C jiskaske yo itilize yo.
Kat liy transjenik JA ak ET, sètadi irAOC (36), irCOI1 (55), irACO ak sETR1 (48), te idantifye nan gwoup rechèch nou an. irAOC te montre yon gwo diminisyon nan nivo JA ak JA-Ile, alòske irCOI1 pa te sansib a JA yo. Konpare ak EV, akimilasyon JA-Ile a ogmante. Menm jan an tou, irACO ap diminye pwodiksyon ET a, epi konpare ak EV, sETR1, ki pa sansib a ET, ap ogmante pwodiksyon ET a.
Yo itilize yon espektwomèt lazè fotoakoustik (Sensor Sense ETD-300 captè ET an tan reyèl) pou fè mezi ET san envazyon. Touswit apre tretman an, yo te koupe mwatye fèy yo epi yo te transfere yo nan yon ti boutèy an vè sele 4 ml, epi yo te kite espas ki nan tèt la akimile nan lespas 5 èdtan. Pandan mezi a, yo te rense chak ti boutèy ak yon kouran 2 lit/èdtan lè pi pandan 8 minit, ki te deja pase nan yon katalis Sensor Sense te bay pou retire CO2 ak dlo.
Done mikroplak yo te pibliye okòmansman nan (35) epi yo te sove nan Baz Done Konpreyansif Ekspresyon Jèn Sant Nasyonal pou Enfòmasyon sou Byoteknoloji (NCBI) (nimewo aksè GSE30287). Done ki koresponn ak fèy ki te koze pa tretman W + OSM yo ak kontwòl ki pa domaje a te ekstrè pou etid sa a. Entansite brit la se log2. Anvan analiz estatistik la, yo te konvèti epi nòmalize liy debaz la nan 75yèm persentil li a lè l sèvi avèk pake lojisyèl R la.
Done orijinal sekans ARN (RNA-seq) espès Nicotiana yo te rekipere nan Achiv Lekti Kout NCBI (SRA), nimewo pwojè a se PRJNA301787, ki te rapòte pa Zhou et al. (39) epi kontinye jan sa dekri nan (56). Done brit yo trete pa W + W, W + OSM ak W + OSS1 ki koresponn ak espès Nicotiana yo te chwazi pou analiz nan etid sa a, epi trete nan fason sa a: Premyèman, lekti RNA-seq brit yo te konvèti nan fòma FASTQ. HISAT2 konvèti FASTQ an SAM, epi SAMtools konvèti fichye SAM yo an fichye BAM klase. StringTie itilize pou kalkile ekspresyon jèn, epi metòd ekspresyon li se ke gen fragman pou chak mil fragman baz pou chak milyon fragman transkripsyon sekansye.
Kolòn kromatografik Acclaim lan (150 mm x 2.1 mm; gwosè patikil 2.2μm) ki te itilize nan analiz la ak kolòn gad 4 mm x 4 mm lan fèt ak menm materyèl la. Gradyan binè sa a itilize nan sistèm Kromatografi Likid Dionex UltiMate 3000 Ultra High Performance (UHPLC): 0 a 0.5 minit, izokratik 90% A [dlo deyonize, 0.1% (v/v) asetonitril ak 0.05% asid formik], 10% B (Asetonitril ak 0.05% asid formik); 0.5 a 23.5 minit, faz gradyan an se 10% A ak 90% B, respektivman; 23.5 a 25 minit, izokratik 10% A ak 90% B. Debi a se 400μl/min. Pou tout analiz MS yo, enjekte elyan kolòn nan nan yon analizè kwadripòl ak tan-de-vòl (qTOF) ekipe ak yon sous elektwoespre k ap fonksyone nan mòd iyonizasyon pozitif (vòltaj kapilè, 4500 V; sòti kapilè 130 V; Tanperati siye 200°C; koule lè siye 10 lit/min).
Fè analiz fragman MS/MS (ki pral rele MS/MS apre sa) ki pa enpòtan oswa ki pa ka distenge ak done yo pou jwenn enfòmasyon estriktirèl sou pwofil metabolik jeneral ki ka detekte a. Konsèp metòd MS/MS san diskriminasyon an baze sou lefèt ke kwadripòl la gen yon fenèt izolasyon mas ki trè gwo [kidonk, konsidere tout siyal rapò mas-a-chaj (m/z) kòm fragman]. Pou rezon sa a, paske enstriman Impact II a pa t kapab kreye yon enklinasyon CE, plizyè analiz endepandan te fèt lè l sèvi avèk valè enèji kolizyon (CE) ki ogmante pa kolizyon. An brèf, premye analize echantiyon an pa UHPLC-electrospray ionizasyon/qTOF-MS lè l sèvi avèk mòd espektwometri mas sèl (kondisyon fragmentasyon ki ba ki pwodui pa fragmentasyon nan sous la), eskane soti nan m/z 50 a 1500 nan yon frekans repetisyon 5 Hz. Sèvi ak nitwojèn kòm gaz kolizyon pou analiz MS/MS, epi fè mezi endepandan nan kat vòltaj disosyasyon diferan sa yo ki pwovoke pa kolizyon: 20, 30, 40, ak 50 eV. Pandan tout pwosesis mezi a, kwadripòl la gen pi gwo fenèt izolasyon mas la, soti nan m/z 50 a 1500. Lè eksperyans m/z kò devan an ak lajè izolasyon an mete sou 200, lojisyèl operasyon enstriman an ak 0 Da aktive seri mas la otomatikman. Eskane fragman mas yo menm jan ak nan mòd yon sèl mas. Sèvi ak fòmat sodyòm (50 ml izopropanol, 200 μl asid formik ak 1 ml solisyon akeuz 1M NaOH) pou kalibrasyon mas. Lè l sèvi avèk algorithm kalibrasyon wo presizyon Bruker a, fichye done a kalibre apre yo fin kouri spectre mwayèn nan nan yon peryòd tan bay. Sèvi ak fonksyon ekspòtasyon lojisyèl Data Analysis v4.0 (Brook Dalton, Bremen, Almay) pou konvèti fichye done brit yo an fòma NetCDF. Ansanm done MS/MS la te sove nan baz done metabolomik ouvè MetaboLights (www.ebi.ac.uk) ak nimewo aksè a. MTBLS1471.
Asanblaj MS/MS ka reyalize atravè analiz korelasyon ant siyal kalite MS1 ak MS/MS pou enèji kolizyon ki ba ak wo ak règ ki fèk aplike yo. Yo itilize script R la pou reyalize analiz korelasyon distribisyon prekisè a nan pwodwi a, epi yo itilize script C# la (https://github.com/MPI-DL/indiscriminant-MS-MS-assembly-pipeline) pou aplike règ yo.
Pou diminye erè fo pozitif ki koze pa bri background ak fo korelasyon ki koze pa deteksyon sèten karakteristik m/z nan sèlman kèk echantiyon, nou itilize fonksyon "pik ranpli" nan pake R XCMS la (pou koreksyon bri background). Yo ta dwe itilize li pou ranplase entansite "NA" (pik ki pa detekte). Lè yo itilize fonksyon pik ranpli a, toujou gen anpil valè entansite "0" nan seri done yo ki pral afekte kalkil korelasyon an. Apre sa, nou konpare rezilta pwosesis done yo jwenn lè yo itilize fonksyon pik ranpli a ak lè yo pa itilize fonksyon pik ranpli a, epi nou kalkile valè bri background lan ki baze sou valè mwayèn estime korije a, epi answit ranplase valè entansite 0 sa yo ak valè background ki kalkile a. Nou te konsidere tou sèlman karakteristik ki gen entansite ki depase twa fwa valè background lan epi nou konsidere yo kòm "pik vre". Pou kalkil PCC yo, se sèlman siyal m/z prekisè echantiyon an (MS1) ak seri done fragman ki gen omwen uit pik vre yo konsidere.
Si entansite karakteristik kalite prekisè a nan tout echantiyon an korele anpil ak entansite redwi menm karakteristik kalite a ki sibi yon enèji kolizyon ki ba oswa ki wo, epi CAMERA pa make karakteristik la kòm yon pik izotòp, li ka defini pi byen. Lè sa a, lè yo kalkile tout pè prekisè-pwodwi posib nan 3 s (fenèt tan retansyon estime pou retansyon pik la), yo fè analiz korelasyon an. Se sèlman lè valè m/z la pi ba pase valè prekisè a epi fragmentasyon MS/MS rive nan menm kote echantiyon an nan seri done a tankou prekisè kote li sòti a, yo konsidere li kòm yon fragman.
Baze sou de règ senp sa yo, nou eskli fragman espesifye ki gen valè m/z pi gran pase m/z prekisè idantifye a, epi baze sou pozisyon echantiyon kote prekisè a parèt ak fragman espesifye a. Li posib tou pou chwazi karakteristik kalite ki pwodui pa anpil fragman nan sous ki pwodui nan mòd MS1 kòm prekisè kandida, kidonk jenere konpoze MS/MS redondan. Pou diminye redondans done sa a, si similarite NDP spectre yo depase 0.6, epi yo fè pati kromatogram "pcgroup" ki anote pa CAMERA, nou pral fusionne yo. Finalman, nou fusionne tout kat rezilta CE ki asosye ak prekisè a ak fragman yo nan spectre konpoze dekonvolusyon final la lè nou chwazi pik ki gen pi gwo entansite pami tout pik kandida ki gen menm valè m/z nan diferan enèji kolizyon. Etap pwosesis ki vin apre yo baze sou konsèp spectre konpoze a epi yo pran an kont diferan kondisyon CE ki nesesè pou maksimize pwobabilite fragmentasyon an, paske gen kèk fragman ki ka sèlman detekte anba yon enèji kolizyon espesifik.
Yo te itilize RDPI (30) pou kalkile endikibilite pwofil metabolik la. Divèsite spectre metabolik la (endèks Hj) sòti nan abondans prekisè MS/MS yo lè l sèvi avèk entropi Shannon distribisyon frekans MS/MS la lè l sèvi avèk ekwasyon sa a ke Martínez et al. (8) dekri. Hj = −∑i = 1mPijlog2(Pij) kote Pij koresponn ak frekans relatif i-yèm MS/MS la nan j-yèm echantiyon an (j = 1, 2,…, m) (i = 1, 2,…, m) t).
Espesifikasyon metabolik (endèks Si) defini kòm idantite ekspresyon yon MS/MS bay an relasyon ak frekans ki genyen ant echantiyon yo ap konsidere yo. Espesifikasyon MS/MS la kalkile kòm Si = 1t (∑j = 1tPijPilog2PijPi)
Sèvi ak fòmil sa a pou mezire endèks δj espesifik pou metabolòm chak echantiyon j, ak mwayèn espesifikite MS/MS δj = ∑i = 1mPijSi
Espèk MS/MS yo aliyen an pè, epi yo kalkile similarite a dapre de nòt yo. Premyèman, lè l sèvi avèk NDP estanda a (ke yo rele tou metòd korelasyon kosinis), sèvi ak ekwasyon sa a pou evalye similarite segman ant espèk yo. NDP = (∑iS1 & S2WS1, iWS2, i) 2∑iWS1, i2∑iWS2, i2 kote S1 ak S2. Kidonk, pou espèk 1 ak espèk 2, ansanm ak WS1, i ak WS2, i reprezante pwa ki baze sou entansite pik la kote diferans i-yèm pik komen ant de espèk yo mwens pase 0.01 Da. Yo kalkile pwa a jan sa a: W = [entansite pik] m [kalite] n, m = 0.5, n = 2, jan MassBank sijere a.
Yo te aplike yon dezyèm metòd nòt, ki te enplike analize NL pataje ant MS/MS yo. Pou sa, nou te itilize 52 lis NL yo rankontre souvan pandan pwosesis fragmentasyon MS la ansanm, ak NL ki pi espesifik la (fichye done S1) ki te deja anote pou spectre MS/MS metabolit segondè espès Nepenthes ki febli yo (9, 26). Kreye yon vektè binè 1 ak 0 pou chak MS/MS, ki koresponn ak NL aktyèl ak inegzistan kèk NL respektivman. Baze sou similarite distans euklidyen an, yo kalkile nòt similarite NL la pou chak pè vektè NL binè.
Pou nou fè doub gwoupman (double clustering), nou te itilize pake R DiffCoEx la, ki baze sou yon ekstansyon Weighted Gene Co-expression Analysis (WGCNA). Lè nou te itilize matris nòt NDP ak NL nan spectre MS/MS yo, nou te itilize DiffCoEx pou kalkile matris korelasyon konparatif la. Gwoupman binè a fèt lè nou mete paramèt "cutreeDynamic" la sou method = "hybrid", cutHeight = 0.9999, deepSplit = T, ak minClusterSize = 10. Kòd sous R DiffCoEx la te telechaje nan fichye adisyonèl 1 pa Tesson et al. (57); Pake lojisyèl R WGCNA ki nesesè a ka jwenn nan https://horvath.genetics.ucla.edu/html/CoexpressionNetwork/Rpackages/WGCNA.
Pou nou te kapab fè analiz rezo molekilè MS/MS, nou te kalkile konektivite espektral pè ki baze sou kalite similarite NDP ak NL, epi nou te itilize lojisyèl Cytoscape pou vizyalize topoloji rezo a lè l sèvi avèk layout òganik nan aplikasyon ekstansyon algoritm layout CyFilescape yFiles la.
Sèvi ak R vèsyon 3.0.1 pou fè analiz estatistik sou done yo. Yo te evalye siyifikasyon estatistik la lè l sèvi avèk analiz varyans bidireksyonèl (ANOVA), epi apre sa, yo te itilize tès post-hoc diferans onètman siyifikatif Tukey a (HSD). Pou analize diferans ki genyen ant tretman èbivò a ak kontwòl la, yo te analize distribisyon bilateral de gwoup echantiyon yo ki gen menm varyans lan lè l sèvi avèk tès t Student la.
Pou plis materyèl pou atik sa a, tanpri gade http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/24/eaaz0381/DC1
Sa a se yon atik aksè ouvè distribye anba kondisyon Lisans Atribisyon-Non-Komèsyal Creative Commons lan, ki pèmèt itilizasyon, distribisyon ak repwodiksyon nan nenpòt mwayen, depi itilizasyon final la pa pou benefis komèsyal epi prensip la se ke travay orijinal la kòrèk. Referans.
Nòt: Nou sèlman mande w pou w bay adrès imel ou pou moun ou rekòmande sou paj la ka konnen ou vle yo wè imel la epi li pa spam. Nou p ap pran okenn adrès imel.
Kesyon sa a sèvi pou teste si ou se yon vizitè epi pou anpeche soumèt spam otomatik.
Teyori enfòmasyon an bay yon lajan inivèsèl pou konparezon metabolòm espesyal ak prediksyon teyori defans tès yo.
Teyori enfòmasyon an bay yon lajan inivèsèl pou konparezon metabolòm espesyal ak prediksyon teyori defans tès yo.
©2021 Asosyasyon Ameriken pou Avansman Syans. tout dwa rezève. AAAS se yon patnè HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef ak COUNTER. ScienceAdvances ISSN 2375-2548.