Teoria defeza ai-horis nian ne'ebé diferente fornese orientasaun teórika importante hodi esplika padraun sira hosi metabolismo espesializadu ai-horis nian, maibé sira nia predisaun xave sira sei koko nafatin. Iha ne'e, ami uza análize espektrometria massa tandem (MS/MS) ne'ebé la iha prejuizu hodi esplora sistematikamente metaboloma hosi estirpe atenuadu tabaku nian hosi ai-horis individuál sira ba populasaun sira no espésie sira ne'ebé iha relasaun besik, no prosesa númeru boot ida hosi teoria karakterístika espektrométriku massa nian bazeia ba espektru kompostu sira iha informasaun. Enkuadramentu atu koko predisaun xave sira hosi teoria sira defeza ótimu (OD) no alvu movimentu (MT). Komponente informasaun husi metabolómika ai-horis nian konsistente ho teoria OD, maibé kontradiz ho predisaun prinsipál husi teoria MT kona-ba dinámika metabolómika ne'ebé kauza husi herbívora sira. Husi eskala evolusaun mikro ba makro, sinál jasmonatu identifika hanesan determinante prinsipál ba OD, enkuantu sinál etilenu fornese afinasaun ba resposta espesífiku herbívora nian ne'ebé anota hosi rede molekulár MS/MS.
Metabólitu espesiál sira ho estrutura oioin maka partisipante prinsipál sira iha adaptasaun ai-horis nian ba ambiente, liuliu iha defeza ba inimigu sira (1). Diversifikasaun furak hosi metabolismo espesiál ne'ebé hetan iha ai-horis sira estimula ona peskiza kle'an iha dékada barak kona-ba ninia aspetu oioin hosi funsaun ekolojia sira, no forma ona lista naruk ida hosi teoria sira defeza ai-horis nian, ne'ebé maka dezenvolvimentu evolutivu no ekolojiku hosi interasaun ai-horis-insetu sira. Peskiza empíriku fó orientasaun importante (2). Maibé, teoria defeza ai-horis sira-ne'e la tuir dalan normativu hosi razaun dedutivu hipotétiku, iha ne'ebé predisaun xave sira iha nivel análize ne'ebé hanesan (3) no koko ho esperimentál hodi avansa siklu dezenvolvimentu teóriku tuirmai (4). Limitasaun téknika sira restrinje kolesaun dadus ba kategoria metabóliku espesífiku sira no esklui análize komprensivu ba metabólitu espesializadu sira, nune'e prevene komparasaun entre kategoria sira ne'ebé esensiál ba dezenvolvimentu teóriku (5). Falta dadus metabolómiku komprensivu no moeda komún ida atu kompara fluxu serbisu prosesamentu espasu metabóliku entre grupu ai-horis oioin difikulta maturidade sientífika kampu nian.
Dezenvolvimentu ikus liu iha kampu espektrometria massa tandem (MS/MS) metabolomika bele karakteriza ho komprensivu mudansa metabóliku sira iha laran no entre espésie sira hosi klade sistema ida, no bele kombina ho métodu komputasionál sira hodi kalkula semellansa estruturál entre mistura kompleksu sira-ne'e. Koñesimentu anteriór kona-ba kímika (5). Kombinasaun husi teknolojia avansadu sira iha análize no komputasaun fornese enkuadramentu nesesáriu ida ba teste ba tempu naruk husi predisaun barak ne'ebé halo husi teoria ekolojia no evolusionáriu sira husi diversidade metabóliku. Shannon (6) introdús teoria informasaun ba dala uluk iha nia artigu seminál iha tinan 1948, hodi tau fundasaun ba análize matemátika informasaun nian, ne'ebé uza ona iha kampu barak la'ós nia aplikasaun orijinál. Iha jenomika, teoria informasaun nian aplika ona ho susesu hodi kuantifika informasaun konservadór sekuénsia nian (7). Iha peskiza transkriptómika, teoria informasaun analiza mudansa jerál sira iha transkriptoma (8). Iha peskiza anteriór, ami aplika kuadru estatístiku hosi teoria informasaun nian ba metabolomika hodi deskreve perísia metabóliku hosi nivel tesidu iha ai-horis sira (9). Iha ne'e, ami kombina fluxu serbisu bazeia ba MS/MS ho enkuadramentu estatístiku hosi teoria informasaun nian, ne'ebé karakteriza hosi diversidade metabóliku iha moeda komún, hodi kompara predisaun xave sira hosi teoria defeza ai-horis nian hosi metaboloma ne'ebé induzidu hosi erbívora sira.
Enkuadramentu teóriku sira hosi defeza ai-horis nian normalmente inkluzivu ba malu no bele fahe ba kategoria rua: sira ne'ebé koko atu esplika distribuisaun hosi metabólitu espesífiku ai-horis nian bazeia ba funsaun defeza nian, hanesan defeza ótimu (OD) (10), alvu ne'ebé movimenta (MT) (11) ) No teoria aparénsia (12), enkuantu sira seluk buka esplikasaun mekániku sira kona-ba oinsá mudansa afeta disponibilidade rekursu nian ai-horis nia kreximentu no akumulasaun metabólitu espesializadu sira, hanesan karbonu: hipóteze balansu nutriente (13), hipóteze taxa kreximentu (14 ), no hipóteze ekilíbriu kreximentu no diferensiasaun (15). Konjuntu teoria rua ne'e iha nivel análize ne'ebé la hanesan (4). Maibé, teoria rua ne'ebé envolve funsaun defensivu sira iha nivel funsionál domina konversa kona-ba defeza konstitutiva no induzivel ai-horis nian: teoria OD, ne'ebé asume katak ai-horis sira investe iha sira-nia defeza kímika karun bainhira de'it presiza, porezemplu, bainhira sira hetan injestaun Bainhira animál du'ut ida ataka, tanba ne'e, tuir posibilidade atake kompostu ida iha futuru, kompostu ho funsaun defensivu ida dezeña hanesan (10); hipóteze MT propoin katak laiha eixu mudansa diresionál metabólitu nian, maibé metabólitu ne'e muda ho aleatóriu, nune'e kria posibilidade Obstrui “alvu movimentu” metabóliku nian hodi ataka erbívoru sira. Ho liafuan seluk, teoria rua ne'e halo predisaun kontráriu kona-ba remodelasaun metabóliku ne'ebé akontese hafoin atake hosi erbívora sira: relasaun entre akumulasaun unidiresionál hosi metabólitu sira ho funsaun defensiva (OD) no mudansa metabóliku la-diresionadu (MT) (11 ).
Hipóteze OD no MT la'ós de'it envolve mudansa sira ne'ebé induzidu iha metaboloma, maibé mós konsekuénsia ekolojia no evolusionáriu sira hosi akumulasaun metabólitu sira-ne'e nian, hanesan kustu no benefísiu adaptativu sira hosi mudansa metabóliku sira-ne'e iha ambiente ekolojiku espesífiku ida (16). Maske hipóteze rua ne'e rekoñese funsaun defensiva hosi metabólitu espesializadu sira, ne'ebé bele ka labele karun, predisaun xave ne'ebé distinge hipóteze OD no MT maka iha diresionalidade hosi mudansa metabóliku induzidu sira. Predisaun hosi teoria OD hetan atensaun esperimentál liu to'o agora. Teste sira-ne'e inklui estudu kona-ba funsaun defeza direta ka indireta hosi tesidu oioin hosi kompostu espesífiku sira iha estufa no kondisaun naturál sira, no mós mudansa sira iha faze dezenvolvimentu ai-horis nian (17-19). Maibé, to'o agora, tanba falta fluxu serbisu no enkuadramentu estatístiku ba análize komprensivu globál kona-ba diversidade metabóliku hosi organizmu ruma, predisaun diferensa prinsipál entre teoria rua (katak, diresaun hosi mudansa metabóliku) sei koko nafatin. Iha ne'e, ami fornese análize ida hanesan ne'e.
Karakterístika ida ne'ebé signifikativu liu hosi metabólitu espesífiku ba ai-horis maka sira nia diversidade estruturál ne'ebé estremu iha nivel hotu-hotu hosi ai-horis mesak, populasaun sira ba espésie sira ne'ebé hanesan (20). Mudansa kuantitativu barak iha metabólitu espesializadu sira bele observa iha eskala populasaun nian, enkuantu diferensa kualitativu sira ne'ebé maka'as normalmente mantein iha nivel espésie nian (20). Tanba ne'e, diversidade metabóliku ai-horis nian maka aspetu prinsipál hosi diversidade funsionál, ne'ebé reflete adaptabilidade ba fatin oioin, liuliu fatin sira ne'ebé ho posibilidade invazaun oioin hosi insetu espesiál sira no erbívoru komún sira (21). Desde Fraenkel nia artigu inovador kona-ba razaun sira ba ezisténsia metabólitu espesífiku ba ai-horis, interasaun sira ho insetu oioin konsidera hanesan presaun selesaun importante sira, no interasaun sira-ne'e fiar katak forma ai-horis sira durante evolusaun. Dalan metabóliku (23). Diferensa entre espésie sira iha diversidade hosi metabólitu espesializadu sira bele mós reflete ekilíbriu fiziolójiku ne'ebé asosiadu ho defeza konstitutiva no induzivel ai-horis nian hasoru estratéjia herbívora sira, tanba espésie rua ne'e dalabarak iha korelasaun negativu ba malu (24). Maski bele sai benefisiál atu mantein defeza ne'ebé di'ak iha tempu hotu-hotu, mudansa metabóliku sira ne'ebé oportunu ne'ebé asosiadu ho defeza fó benefísiu sira ne'ebé klaru hodi permite ai-horis sira atu aloka rekursu sira ne'ebé iha valór ba investimentu fiziolójiku sira seluk (19, 24), no evita nesesidade ba simbioze. Estragu kolaterál (25). Aleinde ne'e, reorganizasaun sira-ne'e hosi metabólitu espesializadu sira ne'ebé kauza hosi insetu herbívoru sira bele hamosu distribuisaun destrutivu iha populasaun (26), no bele reflete leitura direta sira hosi mudansa naturál substansiál sira iha sinál ásidu jasmóniku (JA), ne'ebé bele mantein iha populasaun. Sinál JA aas no ki'ik maka kompromisu entre defeza hasoru herbívora sira no kompetisaun ho espésie espesífiku sira (27). Aleinde ne'e, dalan biosinteze metabólitu espesializadu sira sei hetan lakon no transformasaun lalais durante evolusaun, hodi rezulta iha distribuisaun metabóliku ne'ebé ladún di'ak entre espésie sira ne'ebé iha relasaun besik (28). Polimorfismu sira-ne'e bele estabelese lalais hodi hatán ba mudansa padraun herbívora nian (29), ne'ebé signifika katak flutuasaun komunidade herbívora nian maka fatór xave ida ne'ebé dudu heterojeneidade metabóliku.
Iha ne'e, ami rezolve espesifikamente problema sira tuirmai. (I) Oinsá maka insetu herbívoru sira konfigura fali metaboloma ai-horis nian? (Ii) Saida maka komponente informasaun prinsipál sira hosi plastisidade metabóliku ne'ebé bele kuantifika hodi koko predisaun sira hosi teoria defeza ba tempu naruk? (Iii) Karik atu reprograma metaboloma ai-horis nian iha maneira ida ne'ebé úniku ba atakante, se nune'e, papél saida maka hormona ai-horis nian hala'o hodi adapta resposta metabóliku espesífiku ida, no metabólitu saida maka kontribui ba espesifisidade defeza nian? (Iv) Tanba predisaun sira ne'ebé halo hosi teoria defeza barak bele habelar ba nivel hotu-hotu hosi tesidu biolójiku sira, ami husu oinsá konsistente resposta metabóliku ne'ebé kauza hosi komparasaun internu ba komparasaun entre espésie sira? Ba ida-ne'e, ami estuda sistematikamente metaboloma nia fulin husi nikotina tabaku nian, ne'ebé maka hanesan ai-horis modelu ekolojiku ida ho metabolismo espesializadu ne'ebé riku, no efetivu hasoru larva husi herbívora nativa rua, Lepidoptera Datura (Ms) (Agresivu tebes, han liuliu) Iha Solanaceae no Spodoptera (Storal), maka tipu ida husi verme nia fulin “jéneru”, ho ai-horis uma-na'in sira husi Solanaceae no uma-na'in sira seluk husi jéneru no família sira seluk Ai-han ai-horis nian. Ami analiza espektru metabóliku MS/MS no hasai deskritór estatístiku teoria informasaun nian hodi kompara teoria OD no MT. Kria mapa espesifisidade nian hodi revela identidade hosi metabólitu xave sira. Análize ne'e habelar ba populasaun nativa N. nasi no espésie tabaku ne'ebé iha relasaun besik hodi analiza liután kovariánsia entre sinál hormona ai-horis no indusaun OD.
Atu kaptura mapa jerál ida kona-ba plastisidade no estrutura hosi metaboloma nia fulin hosi tabaku herbívoru, ami uza análize ida ne'ebé dezenvolve ona antes no fluxu serbisu kalkulasaun nian hodi halibur no dekonvoluta espektru MS/MS independente hosi dadus ho rezolusaun aas hosi extratu ai-horis nian ( 9). Métodu la diferensiadu ida-ne'e (naran MS/MS) bele konstrui espektru kompostu la-redundante, ne'ebé hafoin bele uza ba análize nivel kompostu hotu-hotu ne'ebé deskreve iha ne'e. Metabólitu ai-horis dekonvolutadu sira-ne'e iha tipu oioin, ne'ebé kompostu hosi metabólitu atus to'o rihun (besik 500-1000-s/MS/MS iha ne'e). Iha ne'e, ami konsidera plastisidade metabóliku iha kuadru teoria informasaun nian, no kuantifika diversidade no profisionalizmu metabóliku nian bazeia ba entropia Shannon hosi distribuisaun frekuénsia metabóliku. Uza fórmula ne'ebé implementa ona antes (8), ami kalkula konjuntu indikadór sira ne'ebé bele uza hodi kuantifika diversidade metabóliku (indikadór Hj), espesializasaun perfil metabóliku (indikadór δj) no espesifisidade metabóliku hosi metabólitu ida de'it (indikadór Si). Aleinde ne'e, ami aplika Índise Plastisidade Distánsia Relativa (RDPI) hodi kuantifika induzibilidade metabóliku hosi erbívora sira (Figura 1A) (30). Iha kuadru estatístiku ida-ne'e, ami trata espektru MS/MS hanesan unidade informasaun báziku, no prosesa abundánsia relativu MS/MS nian ba iha mapa distribuisaun frekuénsia nian, no hafoin uza entropia Shannon nian hodi halo estimasaun ba diversidade metabóliku nian hosi ida-ne'e. Espesializasaun metabolome nian sukat hosi espesifisidade média hosi espektru MS/MS ida de'it. Tanba ne'e, aumentu iha abundánsia hosi klase MS/MS balu hafoin indusaun herbívoru nian transforma ba induzibilidade espektrál, RDPI no espesializasaun, katak, aumentu iha índise δj, tanba metabólitu espesializadu liu maka produz no índise Si ne'ebé aas maka produz. Diminuisaun hosi índise diversidade Hj nian reflete katak númeru hosi MS/MS ne'ebé maka hamosu redús, ka distribuisaun frekuénsia perfil nian muda iha diresaun ne'ebé ladún uniforme, enkuantu hamenus ninia inserteza jerál. Liuhusi kálkulu índise Si, bele destaka MS/MS ne'ebé maka induzidu hosi herbívoru balu, pelu kontráriu, MS/MS ne'ebé maka la responde ba indusaun, ne'ebé maka sai hanesan indikadór xave ida atu distinge predisaun MT no OD.
(A) Deskritór estatístiku sira ne'ebé uza ba erbívoru (H1 to'o Hx) MS/MS dadus-induzibilidade (RDPI), diversidade (índise Hj), espesializasaun (índise δj) no espesifisidade metabólitu (índise Si). Aumentu iha grau espesializasaun (δj) indika katak, iha média, sei produz metabólitu espesífiku herbívoru barak liu, enkuantu diminuisaun iha diversidade (Hj) indika diminuisaun iha produsaun metabólitu ka distribuisaun metabólitu ne'ebé la hanesan iha mapa distribuisaun. Valór Si avalia se metabólitu ne'e espesífiku ba kondisaun ida (iha ne'e, herbívora) ka inversamente mantein iha nivel hanesan. (B) Diagrama konseituál hosi predisaun teoria defeza nian uza eixu teoria informasaun nian. Teoria OD prevee katak atake herbívora sei aumenta metabólitu defeza nian, nune'e aumenta δj. Iha tempu hanesan, Hj tun tanba perfil ne'e reorganiza ba inserteza ne'ebé redús hosi informasaun metabóliku. Teoria MT prevee katak atake hosi herbívora sira sei hamosu mudansa la-diresionál sira iha metaboloma, nune'e aumenta Hj hanesan indikadór ida hosi aumentu inserteza informasaun metabóliku no kauza distribuisaun aleatória hosi Si. Ami mós propoin modelu mistu ida, MT di'ak liu, iha ne'ebé metabólitu balu ho valór defensivu aas liu sei aumenta partikularmente (valór Si aas), enkuantu sira seluk hatudu resposta aleatória sira (valór Si ki'ik liu).
Uza deskritór sira teoria informasaun nian, ami interpreta teoria OD hodi predikte katak mudansa metabólitu espesiál sira ne'ebé induzidu hosi erbívora iha estadu konstitutivu ne'ebé la induzidu sei lori ba (i) aumentu iha espesifisidade metabóliku (índise Si) ne'ebé dudu espesifisidade metabóliku (índise δj) Aumentu hosi) grupu metabólitu espesiál balu ho valór defeza aas liu, no (ii) diminuisaun hosi diversidade metabóliku (Hj) tanba índise metabóliku mudansa hosi distribuisaun frekuénsia metabóliku ba distribuisaun isin leptina nian ne'ebé barak liu. Iha nivel metabólitu ida de'it, hein distribuisaun Si ne'ebé ordenadu, iha ne'ebé metabólitu sei aumenta valór Si tuir nia valór defeza (Figura 1B). Tuir liña ida-ne'e, ami esplika teoria MT hodi prevee katak eksitasaun sei hamosu (i) mudansa la-diresionál iha metabólitu sira ne'ebé rezulta iha diminuisaun iha índise δj, no (ii) aumentu iha índise Hj tanba aumentu iha inserteza metabóliku. Ka aleatoriedade, ne'ebé bele kuantifika hosi entropia Shannon iha forma diversidade jeneralizada. Kona-ba kompozisaun metabóliku, teoria MT sei halo predisaun ba distribuisaun aleatória Si nian. Hodi konsidera katak metabólitu balu iha kondisaun espesífiku sira iha kondisaun espesífiku sira, no kondisaun sira seluk la'ós iha kondisaun espesífiku sira, no sira nia valór defeza depende ba ambiente, ami mós propoin modelu defeza mistu ida, iha ne'ebé δj no Hj distribui iha rua tuir Si aumenta iha diresaun hotu-hotu, grupu metabólitu balu de'it, ne'ebé iha valór defeza aas liu, sei aumenta partikularmente enkuantu Sigura, sei iha distribuisaun aleatória sira seluk (Figura a 1B).
Atu koko predisaun teoria defeza ne'ebé define filafali iha eixu deskritór teoria informasaun nian, ami hakiak larva erbívora peritu (Ms) ka jeneralista (Sl) iha Nepenthes pallens nia fulin sira (Figura 2A). Uza análize MS/MS, ami hetan fali espektru MS/MS la'ós redundante 599 (arkivu dadus S1) hosi extratu metanol hosi tesidu ai-funan ne'ebé halibur hafoin fó-han ba lalar. Uza indeks RDPI, Hj, no δj hodi vizualiza rekonfigurasaun konteúdu informasaun iha arkivu konfigurasaun MS/MS nian revela padraun interesante sira (Figura 2B). Tendénsia jerál maka, hanesan deskreve hosi deskritór informasaun nian, bainhira lalar sira kontinua han ai-funan sira, grau hosi reorganizasaun metabóliku hotu-hotu aumenta iha tempu: oras 72 hafoin herbívoru han, RDPI aumenta signifikativamente. Kompara ho kontrolu ne'ebé la hetan estragu, Hj hetan redusaun signifikativa, ne'ebé tanba aumentu grau espesializasaun nian hosi perfil metabóliku, ne'ebé kuantifika hosi índise δj. Tendénsia aparente ida-ne'e konsistente ho predisaun sira hosi teoria OD, maibé la konsistente ho predisaun prinsipál sira hosi teoria MT, ne'ebé fiar katak mudansa aleatóriu (la'ós diresionál) iha nível metabólitu sira uza hanesan kamuflajen defensivu (Figura 1B). Maske konteúdu elisitor sekresaun oral (OS) no hahalok alimentasaun husi herbivora rua ne'e diferente, sira nia alimentasaun direta rezulta iha mudansa hanesan iha diresaun Hj no δj durante períodu kolleita oras 24 no oras 72. Diferensa úniku akontese iha oras 72 RDPI nian. Kompara ho ida ne'ebé kauza hosi alimentasaun Ms, metabolismo jerál ne'ebé induzidu hosi alimentasaun Sl aas liu.
(A) Dezeñu esperimentál: fahi komún (S1) ka peritu (Ms) herbívoru sira hetan ai-han ho ai-horis pitcher nia fulin sira ne'ebé desalinizadu, enkuantu ba erbívoru simuladu, OS husi Ms (W + OSMs) uza hodi maneja perfurasaun husi kanek pozisaun fulin padronizadu sira. S1 (W + OSSl) larva ka bee (W + W). Kontrolu (C) maka ai-funan ne'ebé la hetan estragu. (B) Indusibilidade (RDPI kompara ho gráfiku kontrolu), diversidade (índise Hj) no índise espesializasaun (índise δj) ne'ebé kalkula ba mapa metabólitu espesiál (599 MS/MS; arkivu dadus S1). Asterisku sira indika diferensa signifikativa entre alimentasaun direta ba erbívora no grupu kontrolu (Teste t Estudante nian ho teste t par, *P<0.05 no ***P<0.001). ns, la importante. (C) Índise rezolusaun tempu nian hosi prinsipál (kaixa azul, aminoásidu, ásidu orgániku no modo; arkivu dadus S2) no espektru metabólitu espesiál (kaixa mean 443 MS/MS; arkivu dadus S1) hafoin tratamentu herbívoru simuladu. Banda kór refere ba intervalu konfiansa 95%. Asterisku indika diferensa signifikativa entre tratamentu no kontrolu [análize kuadrátiku variasaun nian (ANOVA), tuir fali ho Tukey nia diferensa signifikativa onestu (HSD) ba komparasaun múltiplu post hoc, *P<0.05, **P<0.01 No *** P <0.001]. (D) Espesializasaun husi gráfiku espallamentu no perfil metabólitu espesiál sira (amostra repetidu ho tratamentu oioin).
Atu esplora se remodelasaun induzidu hosi erbívora iha nivel metabóliku reflete iha mudansa sira iha nivel metabólitu individuál sira, ami foka uluk ba metabólitu sira ne'ebé uluk estuda iha ai-horis Nepenthes pallens nia fulin sira ho rezisténsia herbívora ne'ebé komprovadu. Amida fenólika sira maka konjugadu hidroksisinamida-poliamina ne'ebé akumula durante prosesu herbivora insetu sira-nian no koñesidu atu hamenus dezempeñu insetu sira-nian (32). Ami buka prekursór sira husi MS/MS ne'ebé korresponde no trasa sira nia kurva kinétika kumulativu (Figura S1). La'ós surpreza, derivadu fenol sira ne'ebé la envolve diretamente iha defeza hasoru herbívora sira, hanesan ásidu klorojéniku (CGA) no rutina, hetan regulasaun tun hafoin herbívora. Iha kontraste, herbívora sira bele halo fenol amides sai forte tebes. Alimentasaun kontínua hosi herbívora rua ne'e rezulta iha espektru eksitasaun kuaze hanesan hosi fenolamida sira, no padraun ida-ne'e espesialmente klaru ba sínteze de novo hosi fenolamida sira. Fenómenu hanesan sei observa bainhira esplora dalan 17-hydroxygeranyl nonanediol diterpene glycosides (17-HGL-DTGs) nia dalan, ne'ebé produz númeru boot ida husi diterpenes asíkliku ho funsaun anti-herbívoru ne'ebé efetivu (33), ne'ebé Ms Feeding ho Sl hamosu espresaun ne'ebé hanesan (Figura S1).
Desvantajen posivel hosi esperimentu sira kona-ba alimentasaun direta ba herbívora sira maka diferensa iha taxa konsumu ai-funan no tempu alimentasaun hosi herbívora sira, ne'ebé halo susar atu halakon efeitu espesífiku sira hosi herbívora sira ne'ebé kauza hosi kanek no herbívora sira. Atu bele rezolve di'ak liután espesifisidade espésie herbívora nian hosi resposta metabóliku ai-horis nian ne'ebé induzidu, ami simula alimentasaun larva Ms no Sl nian hodi aplika kedas OS ne'ebé foin halibur (OSM no OSS1) ba perfurasaun padraun W hosi pozisaun ai-horis nian ne'ebé konsistente. Prosedimentu ida-ne'e hanaran tratamentu W + OS, no ida-ne'e padroniza indusaun liuhosi tempu loloos ba inísiu resposta ne'ebé maka hamosu hosi herbívoru lahó kauza efeitu konfuzaun sira hosi diferensa sira iha taxa ka kuantidade lakon tesidu nian (Figura 2A) (34). Uza pipeline análize no kálkulu MS/MS, ami hetan fali espektru MS/MS 443 (arkivu dadus S1), ne'ebé maka sobrepoin ho espektru sira ne'ebé maka monta uluk hosi esperimentu alimentasaun direta. Análize teoria informasaun nian hosi konjuntu dadus MS/MS ida-ne'e hatudu katak reprogramasaun hosi metabólomu espesializadu iha ai-funan liuhosi simulasaun herbívora sira hatudu indusaun espesífiku ba OS (Figura 2C). Liuliu, kompara ho tratamentu OSS1, OSM kauza aumentu ida ba espesializasaun metaboloma nian iha oras 4 nia laran. Importante atu nota katak kompara ho konjuntu dadus esperimentál alimentasaun direta ba herbívora, kinétika metabóliku ne'ebé vizualiza iha espasu dimensaun rua uza Hj no δj hanesan koordenasaun no diresionalidade hosi espesializasaun metaboloma nian hodi hatán ba tratamentu herbívora simuladu iha tempu Aumenta konsistente (Figura 2D). Iha tempu hanesan, ami kuantifika konteúdu aminoásidu sira, ásidu orgániku sira no modo sira (arkivu dadus S2) hodi investiga se aumentu alvu ida-ne'e iha perísia metaboloma nian tanba rekonfigurasaun metabolismo sentrál karbonu nian hodi hatán ba erbívoru simuladu sira (Figura S2). Atu esplika di'ak liután padraun ida-ne'e, ami monitoriza liután kinétika akumulasaun metabóliku hosi dalan fenolamida no 17-HGL-DTG ne'ebé diskute ona antes. Indusaun espesífiku OS nian hosi herbívora sira transforma ba padraun rearranju diferensiál iha metabolismo fenolamida nia laran (Figura S3). Amida fenóliku sira ne'ebé kontein kumarina no kafeóil sira hetan indusaun preferensialmente hosi OSS1, enkuantu OSM sira hamosu indusaun espesífiku hosi konjugadu ferulil sira. Ba dalan 17-HGL-DTG, indusaun OS diferensiál hosi produtu malonilasaun no dimalonilasaun iha mota okos hetan detekta (Figura S3).
Tuir mai, ami estuda plastisidade transkriptóma induzidu hosi OS uza konjuntu dadus mikroarray kursu-tempu nian, ne'ebé simula uza OSM sira hodi trata ai-horis rosette nia fulin sira iha herbívora sira. Kinétika amostrajen nian bazikamente sobrepoin ho kinétika ne'ebé uza iha estudu metabolómiku ida-ne'e (35). Kompara ho rekonfigurasaun metabóliku iha ne'ebé plastisidade metabóliku aumenta partikularmente iha tempu, ami observa rebentasaun transkrisaun tranziente iha ai-funan sira ne'ebé induzidu hosi Ms, iha ne'ebé induzibilidade transkriptoma (RDPI) no espesializasaun (δj) iha 1 Iha aumentu signifikativu iha oras, no diversidade (Hj) iha pontu tempu ida-ne'e, espresaun hosi BMP1 hetan redusaun signifikativa, tuir fali hosi relaxamentu espesializasaun transkriptoma nian (Figura S4). Família jéniku metabóliku sira (hanesan P450, glycosyltransferase, no BAHD acyltransferase) partisipa iha prosesu monta metabólitu espesiál sira hosi unidade estruturál sira ne'ebé mai hosi metabolismo primáriu, tuir modelu espesializasaun aas nian ne'ebé temi ona. Hanesan estudu kazu ida, dalan fenilalanina nian hetan analiza. Análize konfirma katak jéniku sentrál sira iha metabolismo fenolamida nian maka induzidu maka'as hosi OS iha herbívora sira kompara ho ai-horis sira ne'ebé la atrai, no aliñadu besik iha sira nia padraun espresaun nian. Fatór transkrisaun MYB8 no jéniku estruturál sira PAL1, PAL2, C4H no 4CL iha parte leten hosi dalan ida-ne'e hatudu inisiasaun lalais hosi transkrisaun. Asiltransferase sira ne'ebé hala'o papél iha montajen finál fenolamida nian, hanesan AT1, DH29, no CV86, hatudu padraun regulasaun ne'ebé prolongadu (Figura S4). Observasaun sira iha leten indika katak inisiasaun lalais hosi espesializasaun transkriptóma no aumentu tuirmai hosi espesializasaun metabolómika maka modu akopladu ida, ne'ebé bele tanba sistema regulatóriu sínkronu ne'ebé inisia resposta defeza ida ne'ebé maka'as.
Rekonfigurasaun iha sinál hormona ai-horis nian atua hanesan kamada regulador ida ne'ebé integra informasaun herbívoru nian hodi reprograma fiziolojia ai-horis nian. Hafoin simulasaun herbívoru, ami sukat dinámika kumulativu hosi kategoria xave ormon ai-horis nian no vizualiza ko-espresaun temporál entre sira [koefisiente korelasaun Pearson (PCC)> 0.4] (Figura 3A). Hanesan hein, hormona ai-horis nian ne'ebé relasiona ho biosinteze iha ligasaun iha rede ko-espresaun hormona ai-horis nian. Aleinde ne'e, espesifisidade metabóliku (índise Si) maka mapa ba rede ida-ne'e hodi destaka hormona ai-horis nian ne'ebé induzidu hosi tratamentu oioin. Área prinsipál rua hosi resposta espesífiku herbívora nian maka dezeña: ida maka iha agrupamentu JA, iha ne'ebé JA (nia forma biolójikamente ativu JA-Ile) no derivadu JA sira seluk hatudu pontuasaun Si aas liu; ida seluk maka etilenu (ET). Gibberellin hatudu de'it aumentu moderadu iha espesifisidade herbívoru nian, enkuantu hormona ai-horis sira seluk, hanesan sitokinina, auxina, no ásidu absíziku, iha espesifisidade indusaun ki'ik ba herbívoru sira. Kompara ho uza W + W mesak, amplifikasaun hosi valór másimu hosi derivadu JA liuhosi aplikasaun OS (W + OS) bazikamente bele transforma ba indikadór espesífiku ida ne'ebé forte hosi JA sira. La espera, OSM no OSS1 ho konteúdu elisitór ne'ebé diferente koñesidu atu kauza akumulasaun JA no JA-Ile ne'ebé hanesan. Iha kontraste ho OSS1, OSM espesifikamente no maka'as induzidu hosi OSM sira, enkuantu OSS1 la amplifika resposta hosi kanek bazál sira (Figura 3B).
(A) Análize rede ko-espresaun bazeia ba kálkulu PCC husi simulasaun kinétika akumulasaun hormona ai-horis nian ne'ebé induzidu husi herbívora. Nodu reprezenta hormona ai-horis ida de'it, no nodu nia medida reprezenta índise Si espesífiku ba hormona ai-horis nian entre tratamentu sira. (B) Akumulasaun JA, JA-Ile no ET iha ai-funan sira ne'ebé kauza hosi tratamentu oioin ne'ebé indika hosi kór oioin: abrikó, W + OSM; azul, W + OSSl; metan, W + W; kinur, C (kontrolu) . Asterisku sira indika diferensa signifikativa entre tratamentu no kontrolu (ANOVA rua-dalan tuir fali ho komparasaun múltiplu post hoc Tukey HSD, *** P <0.001). Análize teoria informasaun nian husi (C)697 MS/MS (arkivu dadus S1) iha biosinteze JA no espektru persesaun ne'ebé ladi'ak (irAOC no irCOI1) no (D)585 MS/MS (arkivu dadus S1) iha ETR1 ho sinál ET ne'ebé ladi'ak Tratamentu herbívora simuladu rua maka hamosu liña ai-horis nian no ai-horis kontrolu veíkulu (EV). Asterisku sira indika diferensa signifikativa sira entre tratamentu W+OS no kontrolu ne'ebé la hetan estragu (ANOVA rua-dalan tuir fali ho komparasaun múltiplu post hoc Tukey HSD, *P<0.05, **P<0.01 no ***P<0.001). (E) Gráfiku sira ne'ebé namkari hosi opozisaun ne'ebé namkari ba espesializasaun. Kór sira reprezenta estirpe oioin ne'ebé modifikadu jenetikamente; símbolu sira reprezenta métodu tratamentu oioin: triángulu, W + OSS1; rektángulu, W + OSM; sírkulu C
Tuir mai, ami uza estirpe ida ne'ebé modifikadu jenétikamente hosi Nepenthes atenuadu (irCOI1 no sETR1) iha etapa xave sira hosi biosinteze JA no ET (irAOC no irACO) no persesaun (irCOI1 no sETR1) hodi analiza metabolismo hosi hormona ai-horis rua ne'e iha herbívora sira Kontribuisaun relativu hosi reprogramasaun. Konsistente ho esperimentu anteriór sira, ami konfirma indusaun herbivora-OS iha ai-horis portadór mamuk (EV) (Figura 3, C to'o D) no diminuisaun jerál iha índise Hj ne'ebé kauza hosi OSM, enkuantu índise δj aumenta. Resposta ne'e maka'as liu duké resposta ne'ebé maka hamosu hosi OSS1. Gráfiku liña rua ne'ebé uza Hj no δj hanesan koordenada hatudu deregulasaun espesífiku (Figura 3E). Tendénsia ne'ebé klaru liu maka iha estirpe sira ne'ebé laiha sinál JA, diversidade metaboloma no mudansa espesializasaun ne'ebé kauza hosi erbívoru sira kuaze eliminadu kompletamente (Figura 3C). Iha kontraste, persesaun ET ne'ebé nonook iha ai-horis sETR1, maski efeitu jerál ba mudansa sira iha metabolismo herbívoru ki'ik liu duké sinál JA nian, atenua diferensa iha índise Hj no δj entre eksitasaun OSM no OSS1 (Figura 3D no Figura S5). . Ida-ne'e indika katak aleinde funsaun sentrál hosi transdusaun sinál JA, transdusaun sinál ET mós serve hanesan afinasaun ida hosi resposta metabóliku espesífiku ba espésie hosi erbívoru sira. Konsistente ho funsaun afinasaun ida-ne'e, laiha mudansa iha indusibilidade metaboloma jerál iha ai-horis sETR1. Iha parte seluk, kompara ho ai-horis sETR1, ai-horis irACO induz amplitude jerál sira ne'ebé hanesan hosi mudansa metabóliku sira ne'ebé kauza hosi herbívora sira, maibé hatudu pontuasaun Hj no δj ne'ebé signifikativamente diferente entre dezafiu OSM no OSS1 (Figura S5).
Atu identifika metabólitu espesializadu sira ne'ebé iha kontribuisaun importante ba resposta espesífiku espésie nian hosi erbívoru sira no ajusta sira nia produsaun liuhosi sinál ET sira, ami uza métodu estruturál MS/MS ne'ebé dezenvolve ona antes. Métodu ida-ne'e depende ba métodu bi-agrupamentu hodi infere filafali família metabóliku hosi fragmentu MS/MS [produtu pontu normalizadu (NDP)] no pontuasaun similaridade bazeia ba lakon neutru (NL). Konjuntu dadus MS/MS ne'ebé konstrui liuhosi análize liña transjéniku ET nian produz 585 MS/MS (arkivu dadus S1), ne'ebé rezolve liuhosi agrupa sira ba iha módulu MS/MS prinsipál hitu (M) (Figura 4A). Módulu sira-ne'e balun maka nakonu ho metabólitu espesiál sira ne'ebé maka karakteriza ona antes: porezemplu, M1, M2, M3, M4 no M7 riku ho derivadu fenól oioin (M1), glikózidu flavonóide (M2), asíliku sira (M3 No M4), no 17-HGL-DTG (M7). Aleinde ne'e, informasaun espesífiku metabóliku (índise Si) hosi metabólitu ida de'it iha módulu ida-idak kalkula, no nia distribuisaun Si bele haree ho intuitivu. Ho liafuan badak, espektru MS/MS ne'ebé hatudu erbivora aas no espesifisidade jenotipu nian karakteriza ho valór Si aas, no estatístika kurtoze indika distribuisaun fulun nian iha sikun ikun loos. Distribuisaun koloide magra ida hanesan ne'e hetan iha M1, iha ne'ebé fenol amida hatudu frasaun Si aas liu (Figura 4B). 17-HGL-DTG induzivel herbívoru ne'ebé temi ona iha M7 hatudu pontuasaun Si moderadu, ne'ebé indika grau regulasaun diferensiál moderadu entre tipu OS rua. Iha kontraste, maioria metabólitu espesializadu sira ne'ebé produz konstitutivamente, hanesan rutina, CGA, no asil sugars, maka entre pontuasaun Si ne'ebé ki'ik liu. Atu bele esplora di'ak liután kompleksidade estruturál no distribuisaun Si entre metabólitu espesiál sira, rede molekulár ida konstrui ba módulu ida-idak (Figura 4B). Predisaun importante ida hosi teoria OD (rezumu iha Figura 1B) maka katak reorganizasaun hosi metabólitu espesiál sira hafoin herbivora tenke lori ba mudansa sira iha dalan ida de'it iha metabólitu sira ho valór defeza aas, liuliu hodi aumenta sira-nia espesifisidade (kontrariu ho distribuisaun aleatória) Modu) Metabólitu defensivu ne'ebé prevee hosi teoria MT. Maioria hosi derivadu fenol sira ne'ebé akumula iha M1 iha relasaun funsionál ho diminuisaun hosi dezempeñu insetu nian (32). Bainhira kompara valór Si sira iha metabólitu M1 entre ai-funan induzidu sira no ai-horis konstituente ai-horis kontrolu EV nian iha oras 24, ami observa katak espesifisidade metabóliku hosi metabólitu barak hafoin insetu herbívoru sira iha tendénsia aumentu signifikativu (Figura 4C). Aumentu espesífiku iha valór Si hetan de'it iha fenolamida defensiva sira, maibé laiha aumentu iha valór Si ne'ebé hetan iha fenol sira seluk no metabólitu deskoñesidu sira ne'ebé koeziste iha módulu ida-ne'e. Ida-ne'e maka modelu espesializadu, ne'ebé iha relasaun ho teoria OD. Predisaun prinsipál sira kona-ba mudansa metabóliku sira ne'ebé kauza hosi herbívora sira maka konsistente. Atu koko se partikularidade ida-ne'e hosi espektru fenolamida nian induzidu hosi ET espesífiku ba OS, ami trasa índise metabólitu Si no kauza valór espresaun diferensiál entre OSM no OSS1 iha jenotipu EV no sETR1 (Figura 4D ). Iha sETR1, diferensa ne'ebé induzidu hosi fenamida entre OSM no OSS1 hetan redusaun maka'as. Métodu bi-agrupamentu mós aplika ba dadus MS/MS ne'ebé halibur iha estirpe sira ho JA ne'ebé la sufisiente hodi infere módulu prinsipál sira MS/MS nian ne'ebé relasiona ho espesializasaun metabóliku ne'ebé regula hosi JA (Figura S6).
(A) Rezultadu sira agrupamentu nian hosi 585 MS/MS bazeia ba fragmentu fahe (similaridade NDP) no lakon neutru fahe (similaridade NL) rezulta iha módulu (M) ne'ebé konsistente ho família kompostu ne'ebé koñesidu, ka hosi kompozisaun Metabolitu ne'ebé deskoñesidu ka ladún metabolizadu. Iha módulu ida-idak nia sorin, hatudu distribuisaun espesífiku (Si) metabólitu (MS/MS). (B) Rede molekulár modular: Nodu sira reprezenta MS/MS no ninin sira, NDP (mean) no NL (azul) pontuasaun MS/MS (cut-off,> 0.6). Índise espesifisidade metabólitu graduadu (Si) ne'ebé kór bazeia ba módulu (karuk) no mapa ba rede molekulár (loos). (C) Módulu M1 husi ai-horis EV iha estadu konstitutivu (kontrolu) no induzidu (herbívoru simuladu) iha oras 24: diagrama rede molekulár (valór Si maka medida nodu nian, fenolamida defensiva destaka iha kór azul). (D) Diagrama rede molekulár M1 hosi liña espektru sETR1 ho persesaun EV no ET ne'ebé ladi'ak: kompostu fenóliku ne'ebé reprezenta hosi nodu sírkulu verde, no diferensa signifikativa (valór P) entre tratamentu W + OSM no W + OSS1 hanesan medida Nodu. CP, N-kafeoil-tirosina; CS, N-caffeoyl-spermidine; FP, ásidu N-ferúliku éster-ásidu úriku; FS, N-ferulyl-spermidine; CoP, N', N “-Coumarolyl-tyrosine; DCS, N', N”-dicaffeoyl-spermidine; CFS, N', N”-caffeoyl, feruloyl-spermidine; Lycium barbarum iha wolfberry Son; Nick. O-AS, O-acyl sugar.
Ami habelar liután análize hosi jenotipu Nepenthes atenuadu ida de'it ba populasaun naturál sira, iha ne'ebé mudansa intraespesífiku maka'as iha nível JA herbívora no nível metabólitu espesífiku sira deskreve ona antes iha populasaun naturál sira (26). Uza konjuntu dadus ida-ne'e atu kobre jermplasma 43. Jermplasma sira-ne'e kompostu hosi espésie ai-horis 123 hosi N. pallens. Ai-horis sira-ne'e foti hosi fini sira ne'ebé halibur iha habitat nativa oioin iha Utah, Nevada, Arizona, no California (Figura S7), ami kalkula diversidade metabóliku (iha ne'e hanaran nivel populasaun) diversidade β) no espesializasaun ne'ebé kauza hosi OSM. Konsistente ho estudu anteriór sira, ami observa mudansa metabóliku oioin iha eixu Hj no δj, ne'ebé indika katak jermplasma sira iha diferensa signifikativa iha plastisidade hosi sira nia resposta metabóliku ba erbívora sira (Figura S7). Organizasaun ida-ne'e hanesan ho observasaun anteriór sira kona-ba luan dinámiku hosi mudansa sira JA nian ne'ebé kauza hosi herbívora sira, no mantein ona valór aas tebes iha populasaun ida de'it (26, 36). Hodi uza JA no JA-Ile hodi koko korelasaun nivel jerál entre Hj no δj, ami hetan katak iha korelasaun pozitivu signifikativu entre JA no índise diversidade no espesializasaun metabolome β (Figura S7). Ida-ne'e sujere katak heterojeneidade induzidu hosi herbívora iha indusaun JAs ne'ebé detekta iha nivel populasaun bele tanba polimorfizmu metabóliku xave sira ne'ebé kauza hosi selesaun hosi herbívora insetu sira.
Estudu anteriór sira hatudu katak tipu tabaku nian diferente tebes iha tipu no dependénsia relativa ba defeza metabóliku induzidu no konstitutivu. Fiar katak mudansa sira-ne'e iha transdusaun sinál anti-erbívoru no kapasidade defeza nian sira regula hosi presaun populasaun insetu nian, siklu moris ai-horis nian, no kustu produsaun defeza nian iha fatin ne'ebé espésie ida moris. Ami estuda konsisténsia hosi remodelasaun metaboloma ai-funan nian ne'ebé induzidu hosi herbívora sira hosi espésie Nicotiana neen ne'ebé nativa hosi Amérika Norte no Amérika Súl. Espésie sira-ne'e iha relasaun besik ho Nepenthes Amérika Norte, maka Nicolas Bociflo. La, N. nicotinis, Nicotiana n. du'ut atenuadu, Nicotiana tabacum, tabaku linear, tabaku (Nicotiana spegazzinii) no tabaku nia fulin (Nicotiana obtusifolia) (Figura 5A) (37). Espésie neen hosi espésie sira-ne'e, inklui espésie ne'ebé karakterizadu ho di'ak N. please, maka ai-horis anuál sira hosi klade petunia, no obtusifolia N. maka ai-horis perene sira hosi klade irmán Trigonophyllae (38). Tuir mai, indusaun W + W, W + OSM no W + OSS1 hala'o iha espésie hitu ne'e hodi estuda rearranju metabóliku nivel espésie nian hosi alimentasaun insetu nian.
(A) Ai-hun filojenétika bootstrap ida bazeia ba probabilidade másimu [ba sínteze glutamina nukleár (38)] no distribuisaun jeográfika hosi espésie Nicotiana hitu ne'ebé iha relasaun besik (kór oioin) (37). (B) Gráfiku espallamentu ida hosi diversidade espesializada ba perfil metabóliku sira hosi espésie Nicotiana hitu (939 MS/MS; arkivu dadus S1). Iha nivel espésie nian, diversidade metabóliku iha korelasaun negativu ho grau espesializasaun nian. Análize ba korelasaun nivel espésie entre diversidade metabóliku no espesializasaun no akumulasaun JA hatudu iha Figura 2. S9. Kór, tipu oioin; triángulu, W + OSS1; rektángulu, W + OSM; (C) Nicotiana JA no JA-Ile dinámika sira klasifika tuir amplitude eksitasaun OS (ANOVA rua-dalan no Tukey HSD pós-komparasaun múltiplu, * P <0.05, ** P <0.01 no * ** Ba komparasaun W + OS no W + W, P <0.001). Gráfiku kaixa nian hosi (D) diversidade no (E) espesializasaun hosi espésie ida-idak hafoin simula JA herbívoru no metil (MeJA). Asterisku indika diferensa signifikativa entre W + OS no W + W ka lanolin plus W (Lan + W) ka Lan plus MeJA (Lan + MeJa) no kontrolu Lan (análize variasaun rua-dalan, tuir fali ho komparasaun múltiplu post hoc HSD Tukey nian, *P<0.05, **P<0.01 no ***P<0.001).
Uza métodu agrupamentu duplu, ami identifika módulu 9 husi 939 MS/MS (arkivu dadus S1). Kompozisaun MS/MS ne'ebé konfigura fali hosi tratamentu oioin varia tebes entre módulu oioin entre espésie sira (Figura S8). Vizualizasaun Hj (refere iha ne'e hanesan espésie-nivel γ-diversidade) no δj revela katak espésie oioin agrega ba grupu oioin tebes iha espasu metabóliku, iha ne'ebé divizaun nivel espésie nian normalmente proeminente liu duké eksitasaun. Ho exesaun ba N. linear no N. obliquus, sira hatudu efeitu indusaun ne'ebé luan (Figura 5B). Iha kontraste, espésie sira hanesan N. purpurea no N. obtusifolia iha resposta metabóliku ne'ebé ladún klaru ba tratamentu, maibé metabóliku maka oioin liu. Distribuisaun espesífiku ba espésie sira hosi resposta metabóliku induzidu rezulta iha korelasaun negativu signifikativu entre espesializasaun no diversidade gama (PCC = -0.46, P = 4.9×10-8). Mudansa sira ne'ebé induzidu hosi OS iha nível JAs iha korelasaun pozitivu ho espesializasaun metaboloma, no iha korelasaun negativu ho diversidade gamma metabóliku ne'ebé hatudu hosi espésie ida-idak (Figura 5B no Figura S9). Importante atu nota katak espésie sira ne'ebé kolokialmente refere hanesan espésie "resposta sinál" iha Figura 5C, hanesan Nepenthes nematodes, Nepenthes nepenthes, Nepenthes agudu, no Nepenthes atenuadu, kauza sinál signifikativu sira iha minutu 30 nia laran. Surtu JA no JA-Ile espesífiku OS nian foin lalais ne'e, enkuantu baktéria sira seluk ne'ebé hanaran "sinál la responde", hanesan Nepenthes mills, Nepenthes powdery no N. obtusifolia hatudu de'it indusaun JA-Ile Edge lahó espesifisidade OS ruma (Figura 5C). Iha nivel metabóliku, hanesan temi ona iha leten, ba Nepenthes ne'ebé atenuadu, substánsia sira ne'ebé responde ba sinál hatudu espesifisidade OS no aumenta signifikativamente δj, enkuantu hamenus Hj. Efeitu priming espesífiku OS ida-ne'e la hetan iha espésie sira ne'ebé klasifika hanesan espésie sira ne'ebé la reativa ho sinál (Figura 5, D no E). Metabólitu espesífiku sira OS nian fahe beibeik liu entre espésie sira ne'ebé responde ba sinál, no agrupamentu sinál sira-ne'e halibur ho espésie sira ho resposta sinál ne'ebé fraku liu, enkuantu espésie sira ho resposta sinál ne'ebé fraku liu hatudu interdependénsia menus (Figura S8 ). Rezultadu ida-ne'e indika katak indusaun espesífiku OS nian hosi JA sira no rekonfigurasaun espesífiku OS nian hosi metaboloma downstream nian maka akopladu iha nivel espésie nian.
Tuir mai, ami uza pasta lanolin ne'ebé kontein metil JA (MeJA) hodi trata ai-horis sira hodi investiga se modu akoplamentu sira-ne'e hetan restrisaun hosi disponibilidade JA ne'ebé aplika hosi JA ezojéniu, ne'ebé sei iha sitoplasma ai-horis sira-nian. Deesterifikasaun lalais maka JA. Ami hetan tendénsia hanesan hosi mudansa graduál hosi espésie sira ne'ebé responde ba sinál ba espésie sira ne'ebé la responde ba sinál ne'ebé kauza hosi fornesimentu kontínuu hosi JA (Figura 5, D no E). Ho liafuan badak, tratamentu MeJA reprograma maka'as metabolome sira hosi nematode lineár sira, N. obliquus, N. aquaticus, N. pallens, no N. mikimotoi, hodi rezulta iha aumentu signifikativu iha δj no diminuisaun iha Hj. N. purpurea hatudu de'it aumentu iha δj, maibé la'ós Hj. N. obtusifolia, ne'ebé maka hatudu ona katak akumula nível JA sira ne'ebé maka ki'ik tebes, mós responde ladi'ak ba tratamentu MeJA iha termu sira rekonfigurasaun metaboloma nian. Rezultadu sira-ne'e indika katak produsaun JA ka transdusaun sinál nian maka fiziolójikamente restritu iha espésie sira ne'ebé la responde ba sinál. Atu koko hipóteze ida-ne'e, ami estuda espésie haat (N. pallens, N. mills, N. pink no N. microphylla) ne'ebé induzidu hosi W + W, W + OSMs no W + OSS1 Transcriptome (39). Konsistente ho padraun remodelasaun metaboloma nian, espésie sira haketak ho di'ak iha espasu transkriptoma nian, entre ne'ebé N. atenuadu hatudu RDPI induzidu hosi OS aas liu, enkuantu N. gracilis iha ki'ik liu (Figura 6A). Maibé, hetan katak diversidade transkriptóma ne'ebé induzidu hosi N. oblonga maka ki'ik liu entre espésie haat, kontráriu ho diversidade metabónómiku aas liu hosi N. oblonga ne'ebé hatudu uluk iha espésie hitu. Estudu anteriór sira hatudu katak konjuntu jéniku sira ne'ebé relasiona ho sinál defeza inisiál, inklui sinál JA, esplika espesifisidade hosi resposta defeza inisiál ne'ebé induzidu hosi elisitór sira ne'ebé relasiona ho erbívora iha espésie Nicotiana (39). Kompara dalan sinál JA nian entre espésie haat ne'e hatudu padraun ida ne'ebé interesante (Figura 6B). Maioria jéniku sira iha dalan ida-ne'e, hanesan AOC, OPR3, ACX no COI1, hatudu nivel indusaun ne'ebé relativamente aas iha espésie haat ne'e. Maibé, jéniku xave ida, JAR4, konverte JA ba nia forma biolójikamente ativu hosi transkritu akumuladu JA-Ile nian, no nia nivel transkrisaun ki'ik tebes, liuliu iha N. mills, Nepenthes pieris no N. microphylla. Aleinde ne'e, la detekta de'it transkritu hosi jéniku AOS seluk iha N. bifidum. Mudansa sira-ne'e iha espresaun jéniku bele sai responsavel ba fenótipu estremu sira ne'ebé induzidu hosi produsaun JA ne'ebé ki'ik iha espésie sinál anérjiku sira no indusaun hosi N. gracilis.
(A) Análize teoria informasaun nian kona-ba reprogramasaun resposta transkripsaun inisiál sira hosi espésie tabaku haat ne'ebé iha relasaun besik ne'ebé foti amostra minutu 30 hafoin indusaun herbivoru. RDPI kalkula liuhosi kompara ai-funan sira ne'ebé induzidu hosi OS herbívoru ho kontrolu kanek. Kór sira indika espésie oioin, no símbolu sira indika métodu tratamentu oioin. (B) Análize espresaun jéniku iha dalan sinál JA entre espésie haat. Dalan JA ne'ebé simplifikadu hatudu iha gráfiku kaixa nia sorin. Kór oioin indika métodu prosesamentu oioin. Asterisku indika katak iha diferensa signifikativa entre tratamentu W + OS no kontrolu W + W (ba teste t Estudante nian ba diferensa par, *P<0.05, **P<0.01 no ***P<0.001). OPDA, 12-oxophytodienoic acid; OPC-8: 0,3-oxo-2(2′(Z)-pentenyl)-cyclopentane-1-octanoic acid.
Iha parte ikus, ami estuda oinsá remodelasaun espesífiku ba espésie insetu nian hosi metaboloma hosi espésie ai-horis oioin bele rezistente ba erbívora sira. Peskiza anteriór sira subliña jéneru Nicotiana. Sira nia rezisténsia ba Ms no larva sira diferente tebes (40). Iha ne'e, ami estuda ligasaun entre modelu ida-ne'e no sira nia plastisidade metabóliku. Uza espésie tabaku haat iha leten, no koko korelasaun entre diversidade no espesializasaun hosi metaboloma ne'ebé kauza hosi herbívoru sira no rezisténsia hosi ai-horis sira ba Ms no Sl, ami hetan rezisténsia, diversidade no espesializasaun ba jeneralista Sl Hotu-hotu iha korelasaun pozitivu, enkuantu korelasaun entre rezisténsia ba señora peritu sira no espesializasaun fraku, no korelasaun ho diversidade la signifikativu (Figura 10). Kona-ba rezisténsia S1, tantu N. chinensis no N. gracilis ne'ebé atenuadu, ne'ebé uluk hatudu katak hatudu nivel transdusaun sinál JA no plastisidade metaboloma, iha resposta ne'ebé diferente tebes ba indusaun herbívora, no sira mós hatudu rezisténsia aas ne'ebé hanesan. Seksu.
Iha tinan neen-nulu liubá, teoria defeza ai-horis nian fornese ona enkuadramentu teóriku ida, bazeia ba ne'ebé maka peskizadór sira prevee ona númeru konsideravel ida hosi evolusaun no funsaun sira hosi metabólitu espesializadu ai-horis nian. Maioria hosi teoria sira-ne'e la tuir prosedimentu normál hosi inferénsia forte sira (41). Sira propoin predisaun xave sira (3) iha nivel análize ne'ebé hanesan. Bainhira teste ba predisaun xave sira permite atu analiza teoria espesífiku sira, ida-ne'e sei halo kampu ne'e la'o ba oin. Hetan apoiu, maibé rejeita ema seluk (42). Envezde, teoria foun halo predisaun sira iha nivel análize oioin no aumenta konsiderasaun deskritiva foun (42). Maibé, teoria rua ne'ebé propoin iha nivel funsionál, MT no OD, bele esplika ho fasil hanesan predisaun importante sira hosi mudansa metabóliku espesializadu sira ne'ebé kauza hosi erbívoru sira: teoria OD fiar katak mudansa sira iha "espasu" metabóliku espesializadu maka diresionál tebes. Teoria MT fiar katak mudansa sira-ne'e sei la'ós diresionál no lokaliza ho aleatóriu iha espasu metabóliku, no iha tendénsia atu iha metabólitu sira ho valór defeza aas. Ezame anteriór sira hosi predisaun sira OD no MT nian koko ona uza konjuntu ki'ik ida hosi kompostu "defeza" a priori nian. Teste sira ne'ebé sentradu iha metabólitu sira-ne'e preklui abilidade atu analiza extensaun no trajetória hosi rekonfigurasaun metabóliku nian durante herbivora, no la permite teste sira iha kuadru estatístiku konsistente ida hodi ezije predisaun xave sira ne'ebé bele konsidera hanesan totál Kuantifika mudansa sira iha metabóliku ai-horis nian. Iha ne'e, ami uza teknolojia inovativu iha metabolómika bazeia ba MS komputasionál no hala'o análize MS dekonvolusaun iha moeda jerál deskritór teoria informasaun nian hodi koko distinsaun entre rua ne'ebé propoin iha nivel metabolómiku globál. Predisaun xave husi teoria ida-ne'e. Teoria informasaun nian aplika ona iha kampu barak, liuliu iha kontestu peskiza biodiversidade no fluxu nutriente nian (43). Maibé, tuir ita hatene, ida-ne'e maka aplikasaun dahuluk ne'ebé uza hodi deskreve espasu informasaun metabóliku ai-horis sira-nian no rezolve problema ekolojia sira relasiona ho mudansa metabóliku temporáriu sira hodi hatán ba sinál ambientál sira. Liuliu, abilidade hosi métodu ida-ne'e maka iha ninia abilidade atu kompara padraun sira iha no entre espésie ai-horis sira hodi ezamina oinsá herbívora sira evolui hosi espésie oioin ba padraun makroevolusionáriu entre espésie sira iha nivel evolusaun oioin. Metabolizmu.
Análize komponente prinsipál (PCA) konverte konjuntu dadus multivariadu ida ba espasu redusaun dimensionalidade nian atu nune'e tendénsia prinsipál dadus nian bele esplika, nune'e normalmente uza hanesan téknika esploratóriu ida hodi analiza konjuntu dadus nian, hanesan metaboloma dekonvolusaun nian. Maibé, redusaun dimensionalidade sei lakon parte ida hosi konteúdu informasaun iha konjuntu dadus, no PCA labele fornese informasaun kuantitativu kona-ba karakterístika sira ne'ebé partikularmente relevante ba teoria ekolojia, hanesan: oinsá herbívoru sira konfigura fali diversidade iha kampu espesializadu sira (ezemplu, rikusoin, distribuisaun) No abundánsia) metabólitu sira? Metabólitu sira ne'ebé maka sai hanesan preditór ba estadu induzidu hosi erbívoru ida? Husi perspetiva espesifisidade, diversidade no induzibilidade, konteúdu informasaun hosi perfil metabólitu espesífiku ba ai-horis nia fulin maka dekompostu, no hetan katak han hosi erbívora sira bele ativa metabolismo espesífiku. La espera, ami observa katak, hanesan deskreve iha indikadór sira teoria informasaun nian ne'ebé implementa, situasaun metabóliku ne'ebé rezulta iha sobrepozisaun boot ida hafoin atake sira hosi erbívoru rua (jeneralista Sl ne'ebé han kalan) no peritu Solanaceae Sra. Maski sira nia hahalok no konsentrasaun alimentasaun nian diferente tebes. Inisiadór konjugadu ásidu gordura-aminoásidu (FAC) iha OS (31). Hodi uza OS herbívoru hodi trata kanek sira ne'ebé maka padronizadu, tratamentu herbívoru simuladu mós hatudu tendénsia ne'ebé hanesan. Prosedimentu padronizadu ida-ne'e hodi simula resposta ai-horis sira nian ba atake herbívora sira nian halakon fatór konfuzaun sira ne'ebé kauza hosi mudansa sira iha hahalok han nian hosi herbívora sira, ne'ebé hamosu grau estragu oioin iha tempu oioin (34). FAC, ne'ebé maka koñesidu hanesan kauza prinsipál ba OSM, hamenus JAS no resposta hormona ai-horis sira seluk iha OSS1, enkuantu OSS1 hamenus dala atus ba atus (31). Maibé, OSS1 kauza nivel akumulasaun JA ne'ebé hanesan kompara ho OSM. Antes ne'e hatudu ona katak resposta JA iha Nepenthes atenuadu sensivel tebes ba OSM, iha ne'ebé FAC bele mantein nia atividade maski diluídu 1:1000 ho bee (44). Tanba ne'e, kompara ho OSM, maski FAC iha OSS1 ki'ik tebes, ida-ne'e sufisiente atu induz surtu JA ne'ebé sufisiente. Estudu anteriór sira hatudu katak proteína sira hanesan porin (45) no oligosakarida sira (46) bele uza hanesan indísiu molekulár sira hodi hamosu resposta defeza ai-horis nian iha OSS1. Maibé, seidauk klaru nafatin se elicitor sira-ne'e iha OSS1 maka responsavel ba akumulasaun JA ne'ebé observa iha estudu atuál.
Maski iha estudu uitoan de'it ne'ebé deskreve imprime metabóliku diferensiál sira ne'ebé kauza hosi aplikasaun herbívoru oioin ka JA ka SA ezojéniu (ásidu salisíliku) (47), laiha ema ida maka perturba perturbasaun espesífiku espésie herbívoru nian iha rede du'ut ai-horis nian no ninia efeitu sira iha espesífiku Impaktu jerál hosi metabolismo estuda sistematikamente. informasaun pesoál. Análize ida-ne'e konfirma liután katak ligasaun rede ormonál internu ho ormon ai-horis sira seluk la'ós JA sira forma espesifisidade hosi reorganizasaun metabóliku ne'ebé kauza hosi herbívora sira. Liuliu, ami detekta katak ET ne'ebé kauza hosi OSM maka signifikativamente boot liu duké ida ne'ebé kauza hosi OSS1. Modu ida-ne'e konsistente ho konteúdu FAC barak liu iha OSM, ne'ebé maka kondisaun nesesáriu no sufisiente atu hamosu ET burst (48). Iha kontestu interasaun entre ai-horis no herbívora sira, funsaun sinál ET nian iha dinámika metabólitu espesífiku ai-horis nian sei esporádiku nafatin no alvu de'it ba grupu kompostu ida de'it. Aleinde ne'e, maioria estudu sira uza ona aplikasaun ezojéniu husi ET ka ninia prekursór sira ka inibidor oioin hodi estuda regulasaun husi ET, entre sira ne'ebé aplikasaun kímika ezojéniu sira-ne'e sei produz efeitu sekundáriu barak ne'ebé la espesífiku. Tuir ami nia koñesimentu, estudu ida-ne'e reprezenta ezame sistemátiku dahuluk ho eskala boot kona-ba papél ET nian iha utilizasaun ET nian hodi produz no persebe ai-horis transjéniku sira ne'ebé hetan defisiénsia hodi koordena dinámika metaboloma ai-horis nian. Indusaun ET espesífiku ba herbívora bele ikusmai modula resposta metaboloma nian. Ida ne'ebé signifikativu liu maka manipulasaun transjéniku hosi biosinteze ET (ACO) no jéniku persesaun (ETR1) ne'ebé revela akumulasaun de novo espesífiku ba herbívoru hosi fenolamida sira. Antes ne'e hatudu ona katak ET bele hadi'a akumulasaun nikotina ne'ebé induzidu hosi JA liuhosi regula putrescine N-metiltransferase (49). Maibé, hosi pontu-de-vista mekániku, la klaru oinsá ET ajusta indusaun fenamida nian. Aleinde funsaun transdusaun sinál ET nian, fluxu metabóliku bele mós muda ba S-adenosyl-1-metionine hodi regula investimentu iha amida poliaminofenol. S-adenosyl-1-metionine maka ET no intermédiu komún hosi dalan biosinteze poliamina nian. Mekanizmu ne'ebé maka sinál ET regula nivel fenolamida nian presiza estudu liután.
Durante tempu naruk, tanba númeru boot hosi metabólitu espesiál sira ho estrutura deskoñesidu, atensaun maka'as ba kategoria metabóliku espesífiku sira la konsege avalia ho rigorozu mudansa temporál sira hosi diversidade metabóliku hafoin interasaun biolójiku sira. Agora daudaun, bazeia ba análize teoria informasaun nian, rezultadu prinsipál hosi akizisaun espektru MS/MS bazeia ba metabólitu sira ne'ebé la iha prejuizu maka herbívoru sira ne'ebé han ka simula erbívoru sira kontinua hamenus diversidade metabóliku jerál hosi metaboloma ai-funan nian enkuantu aumenta nia grau espesializasaun nian. Aumentu temporáriu ida-ne'e iha espesifisidade metabóliku ne'ebé kauza hosi herbívoru sira asosiadu ho aumentu sinérjiku iha espesifisidade transkriptómiku. Karakterístika ne'ebé kontribui liu ba espesializasaun metaboloma ne'ebé boot liu (iha valór Si ne'ebé aas liu) maka metabólitu espesiál ho funsaun herbívora ne'ebé karakteriza ona antes. Modelu ida-ne'e konsistente ho predisaun hosi teoria OD, maibé predisaun hosi MT relasiona ho aleatoriedade hosi reprogramasaun metaboloma nian la konsistente. Maibé, dadus ida-ne'e mós konsistente ho predisaun hosi modelu mistu (MT di'ak liu; Figura 1B), tanba metabólitu sira seluk ne'ebé la karakteriza ho funsaun defeza ne'ebé deskoñesidu bele tuir nafatin distribuisaun Si aleatóriu.
Padraun ida ne'ebé notavel ne'ebé kaptura liután hosi peskiza ida-ne'e maka katak hosi nivel mikro-evolusaun (populasaun ai-horis mesak no tabaku) ba eskala evolusaun ne'ebé boot liu (espésie tabaku ne'ebé iha relasaun besik), nivel oioin hosi organizasaun evolusaun iha "defeza di'ak liu" Iha diferensa signifikativa iha abilidade sira hosi erbívoru sira. Moore et al. (20) no Kessler no Kalske (1) independentemente propoin atu konverte nivel funsionál tolu hosi biodiversidade ne'ebé orijinalmente distinge hosi Whittaker (50) ba iha mudansa temporál konstitutivu no induzidu hosi diversidade kímika; autór sira-ne'e la halo rezumu Prosedimentu sira ba kolesaun dadus metabóliku ho eskala boot mós la deskreve oinsá atu kalkula diversidade metabóliku hosi dadus sira-ne'e. Iha estudu ida-ne'e, ajustamentu ki'ik sira ba klasifikasaun funsionál Whittaker nian sei konsidera diversidade α-metabóliku hanesan diversidade espektru MS/MS iha ai-horis ida, no diversidade β-metabóliku hanesan metabolismo intraespesífiku báziku hosi grupu populasaun ida Espasu, no diversidade γ-metabóliku sei sai hanesan estensaun ida hosi análize espésie sira ne'ebé hanesan.
Sinál JA esensiál ba resposta metabóliku herbívoru oioin. Maibé, iha falta ida hosi teste kuantitativu ne'ebé rigorozu hosi kontribuisaun hosi regulasaun intraespesífiku hosi biosinteze JA nian ba diversidade metabóliku, no se sinál JA maka fatin jerál ida ba diversifikasaun metabóliku induzidu hosi estrese iha eskala makroevolusionáriu ne'ebé aas liu sei susar atu hetan. Ami observa katak natureza herbívora husi Nepenthes herbivora induz espesializasaun metaboloma no variasaun espesializasaun metaboloma iha populasaun espésie Nicotiana nia laran no entre espésie Nicotiana ne'ebé iha relasaun besik sistematikamente iha korelasaun pozitivu ho sinál JA. Aleinde ne'e, bainhira sinál JA hetan impaktu, espesifisidade metabóliku ne'ebé induzidu hosi jenotipu herbívoru ida de'it sei kansela (Figura 3, C no E). Tanba mudansa sira iha espektru metabóliku hosi populasaun Nepenthes ne'ebé atenuadu naturalmente barak liu maka kuantitativu, mudansa sira iha diversidade no espesifisidade β metabóliku iha análize ida-ne'e bele kauza liuliu hosi eksitasaun maka'as hosi kategoria kompostu sira ne'ebé riku ho metabólitu. Klase kompostu sira-ne'e domina parte ida hosi perfil metabóliku no lori ba korelasaun pozitivu ho sinál sira JA nian.
Tanba mekanizmu biokímiku sira hosi espésie tabaku nian ne'ebé iha relasaun besik ho nia diferente tebes, metabólitu sira identifika espesifikamente iha aspetu kualitativu, nune'e ida-ne'e analítiku liu. Prosesamentu teoria informasaun nian ba perfil metabóliku ne'ebé kaptura ona hatudu katak indusaun herbívoru agrava kompromisu entre diversidade gamma metabóliku no espesializasaun. Sinál JA iha papél sentrál iha kompromisu ida-ne'e. Aumentu iha espesializasaun metaboloma konsistente ho predisaun OD prinsipál no iha korelasaun pozitivu ho sinál JA, enkuantu sinál JA iha korelasaun negativu ho diversidade gamma metabóliku. Modelu sira-ne'e indika katak kapasidade OD ai-horis sira nian determina liuliu hosi plastisidade JA nian, tantu iha eskala mikroevolusionáriu ka iha eskala evolusionáriu ne'ebé boot liu. Esperimentu sira aplikasaun JA ezojéniu nian ne'ebé evita defeitu sira biosinteze JA nian revela liután katak espésie tabaku sira ne'ebé iha relasaun besik bele distinge ba espésie sira ne'ebé responde ba sinál no la responde ba sinál, hanesan de'it ho sira-nia modu JA no plastisidade metaboloma ne'ebé induzidu hosi herbívoru sira. Espésie sira ne'ebé la responde ba sinál labele responde tanba sira nia inkapasidade atu produz JA endójenu no tanba ne'e sujeita ba limitasaun fiziolójiku sira. Ida-ne'e bele kauza hosi mutasaun sira iha jéniku xave balu iha dalan sinál JA nian (AOS no JAR4 iha N. crescens) hosi. Rezultadu ida-ne'e destaka katak padraun makroevolusaun entre espésie sira-ne'e bele liuliu tanba mudansa sira iha persesaun no resposta ormonál internu nian.
Aleinde interasaun entre ai-horis no herbívora sira, esplorasaun diversidade metabóliku nian iha relasaun ho avansu teóriku importante hotu-hotu iha peskiza adaptasaun biolójiku ba ambiente no evolusaun karakterístika fenotípiku kompleksu sira. Ho aumentu iha kuantidade dadus ne'ebé hetan hosi instrumentu MS modernu sira, teste hipóteze sira kona-ba diversidade metabóliku agora bele ultrapasa diferensa metabólitu individuál/kategoria sira no hala'o análize globál hodi revela padraun sira ne'ebé la espera. Iha prosesu análize ho eskala boot, metáfora importante ida maka ideia atu konsebe mapa sira ne'ebé signifikativu ne'ebé bele uza hodi esplora dadus. Tanba ne'e, rezultadu importante ida hosi kombinasaun atuál hosi metabolómika MS/MS ne'ebé la iha prejuizu no teoria informasaun maka fornese métrika simples ida ne'ebé bele uza hodi konstrui mapa sira hodi buka diversidade metabóliku iha eskala taxonómika oioin. Ida-ne'e maka ezijénsia báziku hosi métodu ida-ne'e. Estudu kona-ba evolusaun mikro/makro no ekolojia komunidade nian.
Iha nivel makro-evolusionáriu, núkleu hosi teoria ko-evolusaun ai-horis-insetu hosi Ehrlich no Raven (51) maka atu prevee katak variasaun hosi diversidade metabóliku entre espésie sira maka kauza hosi diversifikasaun hosi liñajen ai-horis nian. Maibé, iha tinan lima-nulu nia laran dezde publikasaun obra seminal ida-ne'e, hipóteze ida-ne'e ladún hetan teste (52). Ida-ne'e barak liu tanba karakterístika filojenétika sira hosi karakterístika metabóliku sira ne'ebé komparavel iha liñajen ai-horis sira ne'ebé dook. Raridade bele uza hodi ânkora métodu análize alvu sira. Fluxu serbisu MS/MS atuál ne'ebé prosesa hosi teoria informasaun nian kuantifika semellansa estruturál MS/MS hosi metabólitu deskoñesidu sira (lahó selesaun metabólitu anteriór) no konverte MS/MS sira-ne'e ba konjuntu ida hosi MS/MS, nune'e iha metabolismo profisionál Modelu makro-evolusionáriu sira-ne'e kompara iha eskala klasifikasaun. Indikadór estatístiku simples sira. Prosesu ne'e hanesan ho análize filojenétika, ne'ebé bele uza aliñamentu sekuénsia nian hodi kuantifika taxa diversifikasaun ka evolusaun karakter nian lahó predisaun anteriór.
Iha nivel biokímiku, hipóteze triajen husi Firn no Jones (53) hatudu katak diversidade metabóliku mantein iha nivel oioin hodi fornese matéria-prima sira hodi ezerse atividade biolójiku sira hosi metabólitu sira ne'ebé uluk la iha relasaun ka substituidu. Métodu sira teoria informasaun nian fornese enkuadramentu ida iha ne'ebé tranzisaun evolusaun espesífiku ba metabólitu sira-ne'e ne'ebé akontese durante espesializasaun metabólitu nian bele kuantifika hanesan parte ida hosi prosesu triajen evolusaun nian ne'ebé propoin: adaptasaun biolójikamente ativu hosi espesifisidade ki'ik ba espesifisidade aas Metabólitu sira ne'ebé inibidu hosi ambiente ida.
Hotu-hotu, iha loron dahuluk sira biolojia molekulár nian, teoria importante sira kona-ba defeza ai-horis nian dezenvolve ona, no métodu sira ne'ebé bazeia ba hipóteze dedutiva konsidera hanesan meiu úniku ba progresu sientífiku. Ida-ne'e barak liu tanba limitasaun tékniku sira hodi sukat metaboloma tomak. Maske métodu sira ne'ebé bazeia ba hipóteze maka partikularmente útil hodi hili mekanizmu kauzais sira seluk, sira nia abilidade atu avansa ita-nia komprensaun kona-ba rede biokímika sira limitadu liu duké métodu komputasionál sira ne'ebé agora daudaun disponivel iha siénsia kontemporáneu ne'ebé uza dadus barak. Tanba ne'e, teoria sira ne'ebé labele prevee dook liu ámbitu dadus ne'ebé disponivel, nune'e fórmula hipotétika/siklu teste progresu iha kampu peskiza labele halakon (4). Ami prevee katak fluxu serbisu komputasionál hosi metabolomika ne'ebé introdús iha ne'e bele hamoris fali interese iha kestaun sira resente (oinsá) no finál (tanbasá) hosi diversidade metabóliku, no kontribui ba era foun ida hosi siénsia dadus ne'ebé orientadu teorikamente. Era ne'e ezamina filafali teoria importante sira ne'ebé inspira jerasaun anteriór sira.
Alimentasaun direta ba herbívora sira hala'o liuhosi hakiak larva instar daruak ka larva Sl iha ai-horis pitcher kór-mutin ida de'it hosi ai-horis rosa ida de'it, ho ai-horis replikadu 10 kada ai-horis. Larva insetu sira nian hetan pregu ho pregu, no tesidu daun nian ne'ebé restu rekolla oras 24 no 72 hafoin infesaun no konjela lalais, no metabólitu sira hasai.
Simula tratamentu herbívoru ho maneira ida ne'ebé sinkronizadu tebes. Métodu maka uza roda ho padraun hena nian hodi sona ai-tarak liña tolu iha sorin ida-idak hosi ai-horis nia fulin tolu ne'ebé habelar tomak durante faze kreximentu hosi guirlanda hena nian, no aplika kedas 1:5 Diluted Ms. Ka uza liman-fuan ho luvas hodi hatama S1 OS iha kanek sona nian. Kolleita no prosesa ai-funan ida hanesan deskreve iha leten. Uza métodu ne'ebé deskreve ona antes atu hasai metabólitu primáriu sira no hormona ai-horis nian (54).
Ba aplikasaun JA ezojéniu, ai-horis petíolu nia fulin tolu husi ai-horis neen ne'ebé moris husi espésie ida-idak hetan tratamentu ho 20μl husi pasta lanolin ne'ebé kontein 150μg MeJA (Lan + MeJA), no 20μl husi lanolin plus tratamentu ba kanek (Lan + W), ka uza 20μl lanolin ne'ebé moos hanesan kontrolu. Daun sira kolleita oras 72 hafoin tratamentu, konjela lalais iha nitrojéniu líkidu, no rai iha -80°C to'o uza.
Liña transjéniku JA no ET haat, maka hanesan irAOC (36), irCOI1 (55), irACO no sETR1 (48), identifika ona iha ami nia grupu peskiza. irAOC hatudu maka'as diminuisaun iha nível JA no JA-Ile, enkuantu irCOI1 la sensivel ba JA sira. Kompara ho EV, akumulasaun JA-Ile aumenta. Nune'e mós, irACO sei hamenus produsaun ET, no kompara ho EV, sETR1, ne'ebé la sensivel ba ET, sei aumenta produsaun ET.
Espektrómetru laser fotoakustiku (Sensor Sense ETD-300 sensor ET tempu-reál) uza hodi hala'o sasukat ET ho la invazivu. Hafoin kedas tratamentu, metade hosi ai-funan sira tesi no transfere ba iha frasku vidru taka metin ho 4-ml, no husik espasu ulun nian atu akumula iha oras 5 nia laran. Durante sasukat, kada vial hetan hamoos ho korrente 2 litru/oras husi ar ne'ebé moos durante minutu 8, ne'ebé uluk liu ona husi katalizadór ne'ebé fornese husi Sensor Sense hodi hasai CO2 no bee.
Dadus microarray nian publika uluk iha (35) no rai iha Sentru Nasionál ba Informasaun Bioteknolojia (NCBI) Baze-dadus Komprensivu Espresaun Jéniku (númeru asesu GSE30287). Dadus ne'ebé koresponde ba ai-funan sira ne'ebé kauza hosi tratamentu W + OSMs no kontrolu ne'ebé la hetan estragu maka hasai ba estudu ida-ne'e. Intensidade brutu maka log2. Molok análize estatístika, liña baze konverte no normaliza ba nia persentil 75 uza pakote software R.
Dadus sekuensiamentu RNA orijinál (RNA-seq) hosi espésie Nicotiana hetan hosi NCBI Short Reading Archives (SRA), númeru projetu maka PRJNA301787, ne'ebé maka relata hosi Zhou et al. (39) no kontinua hanesan deskreve iha (56). Dadus brutu ne'ebé prosesa hosi W + W, W + OSM no W + OSS1 ne'ebé koresponde ba espésie Nicotiana maka hili ba análize iha estudu ida-ne'e, no prosesa iha maneira tuirmai: Primeiru, leitura RNA-seq brutu sira konverte ba formatu FASTQ. HISAT2 konverte FASTQ ba SAM, no SAMtools konverte arkivu SAM sira ba arkivu BAM ne'ebé klasifikadu. StringTie uza hodi kalkula espresaun jéniku, no nia métodu espresaun maka iha fragmentu sira kada fragmentu baze rihun ida kada millaun fragmentu transkrisaun sekuensiadu.
Koluna kromatográfika Acclaim (150 mm x 2.1 mm; medida partikula 2.2μm) ne'ebé uza iha análize no koluna guarda 4 mm x 4 mm kompostu hosi material ne'ebé hanesan. Gradiente bináriu tuirmai ne'e uza iha sistema Dionex UltiMate 3000 Ultra High Performance Liquid Chromatography (UHPLC): 0 to'o 0.5 minutu, isokrátiku 90% A [bee deionizadu, 0.1% (v/v) asetonitrilu no 0.05% ásidu fórmiku] (Acetonitrile 10% no 0.05% 0.05% ásidu fórmiku); 0.5 to'o 23.5 minutu, faze gradiente maka 10% A no 90% B, respetivamente; 23.5 to'o 25 minutu, isokrátiku 10% A no 90% B. Taxa fluxu maka 400μl/min. Ba análize MS hotu-hotu, injeta eluente koluna nian iha kuadrúpol no analizadór tempu-de-semo (qTOF) ne'ebé ekipadu ho fonte eletrospray ne'ebé funsiona iha modo ionizasaun pozitivu (tensaun kapilár, 4500 V; saída kapilár 130 V ; Temperatura maran 200°C; fluxu ar maran 10 litru minutu).
Halo análize fragmentu MS / MS (iha ne'e refere hanesan MS / MS) ne'ebé la relevante ka labele distinge hosi dadus hodi hetan informasaun estruturál kona-ba perfil metabóliku jerál ne'ebé bele detekta. Konseitu hosi métodu MS/MS indiskriminadu depende ba faktu katak kuadrupólu iha janela izolamentu massa ne'ebé boot tebes [tanba ne'e, konsidera sinál hotu-hotu hosi rásiu massa-ba-karga (m/z) hanesan fragmentu sira]. Tanba razaun ida-ne'e, tanba instrumentu Impaktu II la konsege kria inklinasaun CE, análize independente oioin hala'o uza aumentu valór enerjia kolizaun dissosiasaun induzidu hosi kolizaun (CE). Ho liafuan badak, uluknanai analiza amostra liuhosi UHPLC-electrospray ionization/qTOF-MS uza modo espektrometria massa úniku (kondisaun fragmentasaun ki'ik ne'ebé maka hamosu hosi fragmentasaun iha fonte), eskaneamentu hosi m/z 50 to'o 1500 ho frekuénsia repetisaun 5 Hz. Uza nitrojéniu hanesan gás kolizaun nian ba análize MS/MS, no hala'o sasukat independente sira iha tensaun dissosiasaun induzidu hosi kolizaun haat tuirmai: 20, 30, 40, no 50 eV. Iha prosesu sasukat tomak, quadrupole iha janela izolamentu massa ne'ebé boot liu, husi m/z 50 to'o 1500. Bainhira m/z korpu oin no esperimentu luan izolamentu nian tau ba 200, luan massa nian ativa automatikamente husi software operasaun instrumentu nian no 0 Da. Halo eskaneamentu ba fragmentu massa nian hanesan iha modo massa úniku. Uza formatu sódiu (50 ml isopropanol, 200 μl ásidu fórmiku no 1 ml 1M NaOH solusaun akuoza) ba kalibrasaun massa. Uza Bruker nia algoritmu kalibrasaun ho presizaun aas, arkivu dadus nian hetan kalibrasaun hafoin hala'o espektru médiu iha períodu tempu ida. Uza funsaun esportasaun husi software Data Analysis v4.0 (Brook Dalton, Bremen, Germany) hodi konverte arkivu dadus brutu sira ba formatu NetCDF. Konjuntu dadus MS/MS nian rai ona iha baze-dadus metabolómiku nakloke MetaboLights (www.ebi.ac.uk) ho númeru asesaun. MTBLS1471.
Montajen MS/MS bele realiza liuhosi análize korelasaun entre sinál kualidade MS1 no MS/MS ba enerjia kolizaun ki'ik no aas no regra sira ne'ebé foin implementa. Skript R uza hodi realiza análize korelasaun hosi distribuisaun prekursór ba produtu, no skript C# (https://github.com/MPI-DL/indiscriminant-MS-MS-assembly-pipeline) uza hodi implementa regra sira.
Atu hamenus erru pozitivu falsu sira ne'ebé kauza hosi barullu iha fundo no korelasaun falsu ne'ebé kauza hosi detekta karakterístika m/z balu iha amostra balun de'it, ami uza funsaun "filled peak" hosi pakote R XCMS (ba koresaun barullu iha fundo) Tenke uza hodi troka intensidade "NA" (piku ne'ebé la detekta). Bainhira uza funsaun fill peak, iha nafatin valór intensidade “0′′ barak iha konjuntu dadus ne'ebé sei afeta kalkulasaun korelasaun. Hafoin, ita kompara rezultadu prosesamentu dadus ne'ebé hetan bainhira uza funsaun filled peak no bainhira la uza funsaun filled peak, no kalkula valór barullu iha kotuk bazeia ba valór médiu ne'ebé korrije ona, hafoin troka ho valór sira-ne'e ho intensidade 0″ valór fundo ne'ebé kalkula ona. Ami mós konsidera de'it karakterístika sira ne'ebé nia intensidade liu dala tolu valór fundo no konsidera sira hanesan "pontu loloos". Ba kálkulu PCC, konsidera de'it sinál m/z husi prekursór amostra (MS1) no konjuntu dadus fragmentu ho pelumenus piku loloos ualu.
Se intensidade husi karakterístika kualidade prekursór iha amostra tomak iha korelasaun signifikativa ho intensidade ne'ebé redús husi karakterístika kualidade hanesan ne'ebé sujeita ba enerjia kolizaun ki'ik ka aas, no karakterístika ne'e la marka hanesan piku isótopu husi CAMERA, ida-ne'e bele define liután. Hafoin, hodi kalkula par prekursór-produtu hotu-hotu ne'ebé posivel iha 3 s nia laran (janela tempu retensaun estimativa ba retensaun másimu), hala'o análize korelasaun. Só bainhira valór m/z ki'ik liu duké valór prekursór no fragmentasaun MS/MS akontese iha fatin amostra hanesan iha konjuntu dadus hanesan prekursór ne'ebé nia mai, maka ida-ne'e konsidera hanesan fragmentu.
Bazeia ba regra simples rua ne'e, ami esklui fragmentu espesífiku sira ho valór m/z ne'ebé boot liu m/z hosi prekursór ne'ebé identifika ona, no bazeia ba pozisaun amostra nian iha ne'ebé prekursór mosu no fragmentu espesífiku. Ida-ne'e mós posivel atu hili karakterístika kualidade sira ne'ebé maka hamosu hosi fragmentu sira iha fonte barak ne'ebé maka hamosu iha modo MS1 hanesan kandidatu prekursór sira, nune'e hamosu kompostu MS/MS redundante sira. Atu hamenus redundansia dadus ida-ne'e, se similaridade NDP hosi espektru sira liu 0.6, no sira pertense ba kromatograma "pcgroup" ne'ebé anota hosi CAMERA, ami sei tau hamutuk sira. Ikus liu, ami tau hamutuk rezultadu CE haat hotu ne'ebé asosiadu ho prekursór no fragmentu sira ba iha espektru kompostu dekonvolutadu finál liuhosi hili piku intensidade aas liu entre piku kandidatu hotu-hotu ho valór m/z hanesan iha enerjia kolizaun oioin. Etapa prosesamentu sira tuirmai bazeia ba konseitu espektru kompostu no konsidera kondisaun CE oioin ne'ebé presiza atu maximiza probabilidade fragmentasaun nian, tanba fragmentu balu bele de'it detekta iha enerjia kolizaun espesífiku ida nia okos.
RDPI (30) uza hodi kalkula indusibilidade hosi perfil metabóliku. Diversidade espektru metabóliku (índise Hj) mai hosi abundánsia prekursór MS/MS nian uza entropia Shannon hosi distribuisaun frekuénsia MS/MS uza ekuasaun tuirmai ne'ebé deskreve hosi Martínez et al. (8). Hj = −∑i = 1mPijlog2(Pij) iha ne'ebé Pij koresponde ba frekuénsia relativu husi i-th MS/MS iha j-th amostra (j = 1, 2,…, m) (i = 1, 2, …, m) t).
Espesifisidade metabóliku (índise Si) define hanesan identidade espresaun husi MS/MS ida ne'ebé fó iha relasaun ho frekuénsia entre amostra sira ne'ebé konsidera hela. Espesifisidade MS/MS kalkula hanesan Si = 1t (∑j = 1tPijPilog2PijPi)
Uza fórmula tuirmai atu sukat índise δj espesífiku ba metaboloma hosi amostra j ida-idak, no média hosi espesifisidade MS/MS δj = ∑i = 1mPijSi
Espektru MS/MS sira aliña iha par, no semellansa kalkula bazeia ba pontuasaun rua. Primeiru, uza NDP padraun (ne'ebé koñesidu mós hanesan métodu korelasaun kosinus), uza ekuasaun tuirmai hodi fó pontuasaun ba segmentu ne'ebé hanesan entre espektru sira NDP = (∑iS1 & S2WS1, iWS2, i) 2∑iWS1, i2∑iWS2, i2 iha ne'ebé S1 no S2 Korespondentemente, ba espektru 1 no WS2, no mós iWS2, i2 reprezenta pezu bazeia ba intensidade piku nian katak diferensa hosi piku komún i-th entre espektru rua ne'e menus hosi 0.01 Da. Pezu ne'e kalkula hanesan tuirmai: W = [intensidade másimu] m [kualidade] n, m = 0.5, n = 2, hanesan sujere hosi MassBank.
Métodu pontuasaun daruak ida implementa ona, ne'ebé envolve analiza NL ne'ebé fahe entre MS/MS. Ba ida-ne'e, ami uza lista NL 52 ne'ebé hasoru beibeik durante prosesu fragmentasaun MS iha tandem, no NL espesífiku liu (arkivu dadus S1) ne'ebé uluk anota ona ba espektru MS/MS hosi metabólitu sekundáriu sira hosi espésie Nepenthes ne'ebé fraku ( 9, 26). Kria vetor bináriu ida ho 1 no 0 ba kada MS/MS, ne'ebé koresponde ba atuál no la ezistente hosi NL balun respetivamente. Bazeia ba similaridade distánsia Euclidean, pontuasaun similaridade NL kalkula ba kada par vetor NL bináriu.
Atu hala'o agrupamentu duplu, ami uza pakote R DiffCoEx, ne'ebé bazeia ba estensaun ida husi Análize Ko-espresaun Jéniku Ponderadu (WGCNA). Uza matrís pontuasaun NDP no NL husi espektru MS/MS, ami uza DiffCoEx hodi kalkula matrís korelasaun komparativa. Agrupamentu bináriu hala'o liuhosi tau parametru "cutreeDynamic" ba métodu = "híbridu", cutHeight = 0.9999, deepSplit = T, no minClusterSize = 10. Kódigu fonte R husi DiffCoEx download husi arkivu adisionál 1 husi Tesson et al. (57); Pakote software R WGCNA ne'ebé presiza bele hetan iha https://horvath.genetics.ucla.edu/html/CoexpressionNetwork/Rpackages/WGCNA.
Atu hala'o análize rede molekulár MS/MS, ami kalkula konetividade espektrál par bazeia ba tipu similaridade NDP no NL, no uza software Cytoscape hodi vizualiza topolojia rede nian uza dezeñu orgániku iha aplikasaun estensaun algoritmu dezeñu CyFilescape yFiles.
Uza R versaun 3.0.1 hodi hala'o análize estatístika ba dadus. Signifikánsia estatístika hetan avaliasaun uza análize variasaun rua-dalan (ANOVA), tuir fali ho teste pós-hoc diferensa signifikativa onestu (HSD) Tukey nian. Atu analiza diferensa entre tratamentu herbívoru no kontrolu, distribuisaun rua-ikun hosi grupu rua hosi amostra sira ho variasaun hanesan analiza uza teste t Student nian.
Ba materiál suplementár sira ba artigu ida-ne'e, favór haree http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/24/eaaz0381/DC1
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Teoria informasaun fornese moeda universál ida ba komparasaun metabólomu espesiál sira no predisaun teoria defeza teste nian.
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©2021 Asosiasaun Amerikana ba Avansu Siénsia nian. direitu hotu-hotu rezervadu. AAAS hanesan parseiru husi HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef no COUNTER. ScienceAdvances ISSN 2375-2548.