Diferentas teorias de la defensa vegetala provesisson d'orientacions teoricas importantas per explicar los modèls de metabolisme especializat de las plantas, mas lors prediccions claus demòran a èsser testadas. Aquí, utilizèrem l'analisi d'espectrometria de massa en tandem imparciala (EM/MS) per explorar sistematicament lo metabolòma de socas atenuadas per tabac de plantas individualas a de populacions e d'espècias estrechament ligadas, e avèm tractat un grand nombre de teorias de caracteristicas espectrometricas de massa basadas sus d'espèctres compausats dins l'informacion. Encastre per testar las prediccions claus de las teorias de la defensa optimala (DO) e de la cibla mobila (MT). Lo compausant d'informacion de la metabolomica vegetala es coerent amb la teoria OD, mas contradís la prediccion principala de la teoria MT sus la dinamica metabolomica causada pels erbivòrs. De l'escala evolutiva micro a la macro, lo senhal de jasmonat foguèt identificat coma lo determinant principal de l'OD, del temps que lo senhal d'etilèn provesiguèt l'afinament de la responsa especifica a l'erbivòr anotada per la ret moleculara MS/MS.
Los metabolits especials amb d'estructuras divèrsas son los principals participants a l'adaptacion de las plantas al mitan, mai que mai en defensa dels enemics (1). La diversificacion estonanta del metabolisme especial trobat dins las plantas a estimulat de decennis de recerca aprofundida sus sos nombroses aspèctes de foncions ecologicas, e a format una longa lista de teorias de defensa de las plantas, que son lo desvolopament evolutiu e ecologic de las interaccions planta-insècte. La recèrca empirica provesís d'orientacions importantas (2). Pasmens, aquelas teorias de la defensa vegetala seguissián pas lo camin normatiu del rasonament deductiu ipotetic, que las prediccions claus èran al meteis nivèl d'analisi (3) e foguèron testadas experimentalament per far avançar lo cicle seguent de desvolopament teoric (4). Las limitacions tecnicas restringisson la collecta de donadas a de categorias metabolicas especificas e excluson l'analisi completa dels metabolits especializats, empachant aital de comparasons intercategorias qu'an essenciala pel desvolopament teoric (5). La manca de donadas metabolomicas completas e d'una moneda comuna per comparar lo flux de trabalh de tractament de l'espaci metabolic entre diferents grops de plantas empacha la maduretat scientifica del camp.
Los darrièrs desvolopaments dins lo domeni de la metabolomica de l'espectrometria de massa en tandem (MS/MS) pòdon caracterizar de manièra completa los cambiaments metabolics dins e entre las espècias d'un clade de sistèma donat, e pòdon èsser combinats amb de metòdes computacionals per calcular la similitud estructurala entre aquelas mesclas complèxas. Coneissença prealabla de quimia (5). La combinason de tecnologias avançadas en analisi e informatica provesís un encastre necessari per de tèsts a long tèrme de fòrça prediccions fachas per las teorias ecologicas e evolutivas de la diversitat metabolica. Shannon (6) introdusiguèt la teoria de l'informacion pel primièr còp dins son article seminal en 1948, en pausant las basas per l'analisi matematica de l'informacion, qu'es estada utilizada dins fòrça domenis autres que son aplicacion originala. En genomica, la teoria de l'informacion es estada aplicada amb succès per quantificar l'informacion conservatritz de sequéncia (7). Dins la recèrca de la transcriptomica, la teoria de l'informacion analisa los cambiaments globals dins lo transcriptòma (8). Dins de recercas precedenta, aplicam l'encastre estatistic de la teoria de l'informacion a la metabolomica per descriure l'expertisa metabolica del nivèl de teissut dins las plantas (9). Aquí, combinam lo flux de trabalh basat sus MS/MS amb l'encastre estatistic de la teoria de l'informacion, caracterizat per la diversitat metabolica dins la moneda comuna, per comparar las prediccions claus de la teoria de la defensa vegetala del metabolòma induch pels erbivòrs.
Los encastres teorics de la defensa vegetala son generalament mutualament inclusius e pòdon èsser devesits en doas categorias: aqueles qu'ensajan d'explicar la distribucion dels metabolits especifics de las plantas basats sus de foncions de defensa, coma la defensa optimala (OD) (10), la teoria de la cibla en movement (MT) (11) ) e de l'aparéncia (12), del temps que d'autres cèrcan l'explicacion de cossí los cambiaments mecanics de las ressorsas afectan la creissença de las plantas e l'acumulacion de metabolits especializats, coma lo carbòni: ipotèsi de l'equilibri dels nutriments (13), l'ipotèsi del taus de creissença (14 ), e l'ipotèsi de l'equilibri de creissença e diferenciacion (15). Los dos ensembles de teorias son a diferents nivèls d'analisi (4). Pasmens, doas teorias implicant de foncions defensivas al nivèl foncional dominan la convèrsa sus las defensas constitutivas e induciblas de las plantas: la teoria OD, que supausa que las plantas investisson dins lors defensas quimicas caras sonque quand son necessaris, per exemple, quand son ingerits Quand un animal d'èrba ataca, doncas, segon la possibilitat d'ataca futura, lo compausat amb una foncion defensiva es dessenhada coma defensiva (10); l'ipotèsi MT prepausa qu'i a pas cap d'axe de cambiament direccional de metabolit, mas lo metabolit càmbia a l'azard, creant aital la possibilitat d'obstruire la "cibla de movement" metabolica d'atacar los erbivòrs. En d'autres mots, aquelas doas teorias fan de prediccions opausadas a prepaus del remodelatge metabolic que se produtz après l'ataca dels erbivòrs: la relacion entre l'acumulacion unidireccionala de metabolits amb foncion defensiva (DO) e los cambiaments metabolics non dirigits (MT) (11 ).
Las ipotèsis OD e MT implican pas solament los cambiaments induches dins lo metabolòma, mas tanben las consequéncias ecologicas e evolutivas de l'acumulacion d'aqueles metabolits, coma los còstes adaptatius e los beneficis d'aqueles cambiaments metabolics dins un environament ecologic especific (16). E mai se las doas ipotèsis reconeisson la foncion defensiva dels metabolits especializats, que pòdon èsser o pas caras, la prediccion clau que destria las ipotèsis OD e MT es dins la direccionalitat dels cambiaments metabolics induches. La prediccion de la teoria OD a recebut l'atencion mai experimentala fins ara. Aquestes tèsts incluson l'estudi de las foncions de defensa dirèctas o indirèctas de diferents teissuts de compausats especifics dins de serras e de condicions naturalas, e tanben de cambiaments dins l'estadi de desvolopament vegetal (17-19). Pasmens, fins ara, a causa de la manca d'un flux de trabalh e d'un encastre estatistic per l'analisi globala completa de la diversitat metabolica de quin organisme que siá, la principala prediccion de la diferéncia entre las doas teorias (es a dire, la direccion dels cambiaments metabolics) demòra a èsser testada. Aquí, provesissèm una tala analisi.
Una de las caracteristicas mai significativas dels metabolits especifics a las plantas es lor diversitat estructurala extrèma a totes los nivèls de plantas solas, de populacions a d'espècias similaras (20). Fòrça cambiaments quantitatius dins de metabolits especializats pòdon èsser observats a l'escala de la populacion, del temps que de fòrtas diferéncias qualitativas son generalament mantengudas al nivèl de l'espècia (20). Doncas, la diversitat metabolica de las plantas es l'aspècte principal de la diversitat foncionala, reflèchant l'adaptabilitat a diferents niches, mai que mai aqueles niches amb de possibilitats d'invasion diferentas per d'insèctes especials e d'erbivòrs comuns (21). Dempuèi l'article innovador de Fraenkel (22) sus las rasons de l'existéncia de metabolits especifics a las plantas, las interaccions amb divèrses insèctes son estadas consideradas coma de pressions de seleccion importantas, e se crei qu'aquelas interaccions an format las plantas pendent l'evolucion. Via metabolica (23). Las diferéncias interespècias dins la diversitat dels metabolits especializats pòdon tanben reflectir l'equilibri fisiologic associat a la defensa constitutiva e inducibla de las plantas contra las estrategias erbivòras, doncas que las doas espècias son sovent negativament correladas entre eles (24). E mai se pòt èsser benefic de manténer una bona defensa en tot moment, los cambiaments metabolics oportuns associats a la defensa provesisson de beneficis clars en permetent a las plantas d'assignar de ressorsas preciosas a d'autres investiments fisiologics (19, 24), e d'evitar lo besonh de simbiòsi. Danhs colaterals (25). De mai, aquelas reorganizacions de metabolits especializats causats pels erbivòrs d'insèctes pòdon menar a una distribucion destructiva dins la populacion (26), e pòdon reflectir de lecturas dirèctas de cambiaments naturals substancials dins lo senhal d'acid jasmonic (JA), que pòdon èsser mantenguts dins la populacion. Los senhals JA nauts e bas son de compromés entre la defensa contra los erbivòrs e la concurréncia amb d'espècias especificas (27). De mai, de vias de biosintesis de metabolits especializadas subiràn una pèrda e una transformacion rapidas pendent l'evolucion, çò que resultarà en una distribucion metabolica parciala entre d'espècias estrechament ligadas (28). Aquestes polimorfismes pòdon èsser rapidament establits en responsa als modèls d'erbivòrs cambiants (29), çò que significa que la fluctuacion de las comunautats d'erbivòrs es un factor clau que mena l'eterogeneïtat metabolica.
Aquí, avèm resolgut especificament los problèmas seguents. (I) Cossí l'insècte erbivòr reconfigura lo metabolòma de la planta? (Ii) Quins son los principals compausants d'informacion de la plasticitat metabolica que pòdon èsser quantificats per testar las prediccions de la teoria de la defensa a long tèrme? (Iii) Se cal reprogramar lo metabolòma vegetal d'un biais unic a l'atacant, se òc, quin ròtle jòga l'ormona vegetala per adaptar una responsa metabolica especifica, e quins metabolits contribuisson a l'especificitat de la defensa de l'espècia? (Iv) Coma las prediccions fachas per fòrça teorias de defensa pòdon èsser estendudas a totes los nivèls de teissuts biologics, demandèrem cossí la responsa metabolica causada es coerenta de la comparason intèrna a la comparason interespècia? A aquela fin, avèm estudiat sistematicament lo metabolòma de la fuèlha de la nicotina del tabac, qu'es una planta modèl ecologic amb un metabolisme ric especializat, e qu'es eficaça contra las larvas de dos erbivòrs autoctòns, Lepidoptera Datura (Ms) ( Fòrça agressiu, subretot manjat) Sus Solanaceae e Spodopteral (Spodoptera) literalament, son una mena de fuèlha de fuèlhas de lomb “genre”, amb las plantas òstes de Solanaceae e d’autres òstes d’autres genres e familhas Alimentacion vegetala. Analisèrem l'espèctre metabolomic MS/MS e extrachèrem de descriptors estatistics de la teoria de l'informacion per comparar las teorias OD e MT. Crear de mapas d'especificitat per revelar l'identitat dels metabolits claus. L'analisi foguèt estenduda a la populacion autoctòna de N. nasi e d'espècias de tabac estrechament ligadas per analisar mai la covariança entre la senhalacion d'ormonas vegetalas e l'induccion OD.
Per capturar una mapa globala sus la plasticitat e l'estructura del metabolòma de la fuèlha del tabac erbivòr, utilizèrem un flux de trabalh d'analisi e de calcul desvolopat prèviament per collectar e deconvolucionar de manièra completa d'espèctres MS/MS independents de donadas de nauta resolucion d'extraches de plantas ( 9). Aqueste metòde indiferenciat (nomenat MS/MS) pòt construire d'espèctres de compausats non redondants, que pòdon alara èsser utilizats per totas las analisis a nivèl de compausats descrichas aicí. Aquestes metabolits vegetals desconvoluts son de divèrses tipes, consistent en de centenats a de milièrs de metabolits (aperaquí 500-1000-s/MS/MS aicí). Aquí, consideram la plasticitat metabolica dins l'encastre de la teoria de l'informacion, e quantificam la diversitat e lo professionalisme del metabolòma en foncion de l'entropia de Shannon de la distribucion de frequéncia metabolica. En utilizant la formula implementada prèviament (8), calculèrem un ensemble d'indicators que pòdon èsser utilizats per quantificar la diversitat del metabolòma (indicator Hj), l'especializacion del perfil metabolic (indicator δj) e l'especificitat metabolica d'un sol metabolit (indicator Si). De mai, aplicam l'indici de plasticitat a distància relativa (RDPI) per quantificar l'inducibilitat del metabolòma dels erbivòrs (Figura 1A) (30). Dins aquel encastre estatistic, tractam l'espèctre MS/MS coma l'unitat d'informacion de basa, e tractam l'abondància relativa de MS/MS dins una mapa de distribucion de frequéncia, e puèi utilizam l'entropia de Shannon per estimar la diversitat del metabolòma a partir d'aquò. L'especializacion del metabolòma es mesurada per l'especificitat mejana d'un sol espectre MS/MS. Doncas, l'aument de l'abondància de qualques classas MS/MS après l'induccion d'erbivòrs se transforma en inducibilitat espectrala, RDPI e especializacion, es a dire, l'aument de l'indici δj, perque de metabolits mai especializats son produches e un indici Si naut es produch. La baissa de l'indici de diversitat Hj reflècha que siá lo nombre de MS/MS generats es redusit, siá la distribucion de frequéncia del perfil cambia dins una direccion mens unifòrma, del temps que redusís son incertitud globala. A travèrs lo calcul de l'indici Si, es possible de metre en evidéncia quinas MS/MS son induchas per certans erbivòrs, al contrari, quinas MS/MS respond pas a l'induccion, qu'es un indicator clau per destriar la prediccion MT e OD.
(A) Descriptors estatistics utilizats per l'inducibilitat de donadas MS/MS erbivòras (H1 a Hx), la diversitat (indici Hj), l'especializacion (indici δj) e l'especificitat del metabolit (indici Si). Un aument del gra d'especializacion (δj) indica que, en mejana, mai de metabolits especifics erbivòrs seràn produches, del temps qu'una diminucion de la diversitat (Hj) indica una diminucion de la produccion de metabolits o una distribucion inegala dels metabolits dins la mapa de distribucion. La valor Si avalora se lo metabolit es especific a una condicion donada (aicí, erbivòra) o invèrsament mantengut al meteis nivèl. (B) Diagrama conceptual de prediccion de la teoria de la defensa en utilizant l'axe de la teoria de l'informacion. La teoria OD predís que l'ataca dels erbivòrs aumentarà los metabolits de defensa, aumentant aital δj. Al meteis temps, Hj disminuís perque lo perfil es reorganizat cap a l'incertitud redusida de l'informacion metabolica. La teoria MT predís que l'ataca dels erbivòrs causarà de cambiaments non direccionals dins lo metabolòma, aumentant aital Hj coma indicator d'una incertitud d'informacion metabolica aumentada e causant una distribucion aleatòria de Si. Prepausèrem tanben un modèl mixte, lo melhor MT, que qualques metabolits amb de valors defensivas mai nautas seràn particularament aumentats (valor de Si nauta), del temps que d'autres mòstran de responsas aleatòrias (valor de Si mai bassa).
En utilizant de descriptors de la teoria de l'informacion, interpretam la teoria de l'OD per predire que los cambiaments de metabolits especials induches per d'erbivòrs dins un estat constitutiu non induch menaràn a (i) un aument de l'especificitat metabolica (indici Si) menant l'especificitat metabolica (indici δj) L'aument de) certans grops de metabolits especials amb una valor de defensa mai nauta, e (ii) la diminucion de la diversitat de metabolisme (Hj) a causa de l'indici metabolic cambiament de distribucion de frequéncia metabolica a mai de distribucion corporala de leptina. Al nivèl d'un sol metabolit, una distribucion de Si ordenada es esperada, ont lo metabolit aumentarà la valor de Si segon sa valor de defensa (Figura 1B). Dins aquela linha, explicam la teoria MT per predire que l'excitacion menarà a (i) de cambiaments non direccionals dins los metabolits resultant en una diminucion de l'indici δj, e (ii) un aument de l'indici Hj a causa d'un aument de l'incertitud metabolica. O l'azard, que pòt èsser quantificada per l'entropia de Shannon jos la forma de diversitat generalizada. Per çò qu'es de la composicion metabolica, la teoria MT predirà la distribucion aleatòria de Si. En prenent en compte que certans metabolits son jos de condicions especificas jos de condicions especificas, e d'autras condicions son pas jos de condicions especificas, e que lor valor de defensa depend de l'environament, prepausèrem tanben un modèl de defensa mixta, que δj e Hj son distribuits en dos lo long de Si Aumentar dins totas las direccions, sonque certans grops de metabolits, qu'an de valors de defensa mai nautas, aumentaràn particularament del temps que d'autras Siure auràn una distribucion aleatòria (Figura a 1B).
Per tal de testar la prediccion de la teoria de la defensa redefinida sus l'axe del descriptor de la teoria de l'informacion, levèrem de larvas erbivòras expertas (Ms) o generalistas (Sl) sus las fuèlhas de Nepenthes pallens (Figura 2A). En utilizant l'analisi MS/MS, recuperèrem 599 espectres MS/MS non redondants (fichièr de donadas S1) d'extraches de metanòl de teissut de fuèlha collectats après l'alimentacion de l'eruga. L'utilizacion d'indicis RDPI, Hj, e δj per visualizar la reconfiguracion del contengut d'informacion dins los fichièrs de configuracion MS/MS revèla de modèls interessants (Figura 2B). La tendéncia globala es que, coma descrich pel descriptor d'informacion, a mesura que las erugas contunhan de manjar de fuèlhas, lo gra de tota reorganizacion metabolica aumenta amb lo temps: 72 oras après que l'erbivòr manja, lo RDPI aumenta significativament. Comparat amb lo contraròtle non damatjat, Hj foguèt significativament redusit, çò qu'èra degut al gra d'especializacion aumentat del perfil metabolic, que foguèt quantificat per l'indici δj. Aquesta tendéncia aparenta es coerenta amb las prediccions de la teoria OD, mas es incoerenta amb las prediccions principalas de la teoria MT, que crei que de cambiaments aleatòris (non direccionals) dels nivèls de metabolits son utilizats coma un camuflatge defensiu (Figura 1B). E mai se lo contengut d'elicitor de secrecion orala (OS) e lo comportament d'alimentacion d'aqueles dos erbivòrs son diferents, lor alimentacion dirècta resultèt en de cambiaments similars dins las direccions de Hj e δj pendent los periòdes de culhida de 24 oras e 72 oras. La sola diferéncia se produsiguèt a 72 oras de RDPI. Comparat amb aquel causat per l'alimentacion Ms, lo metabolisme global induch per l'alimentacion Sl èra mai naut.
(A) Dessenh experimental: los pòrcs comuns (S1) o los erbivòrs expèrts (Ms) son noirits amb de fuèlhas desalinizadas de plantas de pòt, del temps que per l'erbivòr simulat, l'OS de Ms (W + OSMs) es utilizat per gerir la puncion de las posicions de fuèlhas normalizadas. S1 (W + OSSl) larvas o agua (W + W). Lo contraròtle (C) es una fuèlha non damatjada. (B) Inducibilitat (RDPI comparat amb lo tablèu de contraròtle), diversitat (indici Hj) e indici d'especializacion (indici δj) calculat per la mapa especiala de metabolits (599 MS/MS; fichièr de donadas S1). Los asterisques indican de diferéncias significativas entre l'alimentacion dirècta dels erbivòrs e lo grop de contraròtle (T-test d'Estudiant amb t-test acoblat, *P<0,05 e ***P<0,001). ns, pas important. (C) Indici de resolucion temporala del principal (caissa blava, acid aminat, acid organic e sucre; fichièr de donadas S2) e d'espèctre de metabolits especials (caissa roja 443 MS/MS; fichièr de donadas S1) après tractament d'erbivòri simulat. La banda de color fa referéncia a l'interval de confiéncia de 95%. L'asterisc indica la diferéncia significativa entre lo tractament e lo contraròtle [analisi quadratica de variança (ANOVA), seguida de la diferéncia onèstament significativa de Tukey (HSD) per de comparasons multiplas post hoc, *P<0,05, **P<0,01 E *** P <0,001]. (D) Especializacion de grafics de dispersion e de perfils de metabolits especials (mòstras repetidas amb de tractaments diferents).
Per explorar se lo remodelatge induch pels erbivòrs al nivèl del metabolòma se rebat dins los cambiaments del nivèl dels metabolits individuals, nos centrèrem d'en primièr suls metabolits estudiats prèviament dins las fuèlhas de Nepenthes pallens amb una resisténcia erbivòra provada. Las amidas fenòlicas son de conjugats d'idroxicinamida-poliamina que s'acumulan pendent lo procès d'erbivòr dels insèctes e son coneguts per reduire la performància dels insèctes (32). Cerquèrem los precursors de l'MS/MS correspondent e tracèrem lors corbas cineticas acumulativas (Figura S1). Es pas estonant que los derivats de fenòl que son pas dirèctament implicats dins la defensa contra los erbivòrs, coma l'acid clorogenic (CGA) e la rutina, son desregulats après l'erbivòr. En contraste, los erbivòrs pòdon far d'amidas fenòls fòrça potentas. L'alimentacion contunha dels dos erbivòrs resultèt en gaireben lo meteis espectre d'excitacion de las fenolamidas, e aquel modèl èra mai que mai evident per la sintèsi de novo de las fenolamidas. Lo meteis fenomèn serà observat al moment d'explorar la via dels glicòsids diterpèns 17-idroxigeranil non-anediol (17-HGL-DTGs), que produtz un grand nombre de diterpèns aciclics amb de foncions anti-erbivòras eficaças (33), que Ms Feeding amb Sl desencadenèt una expression similara (Figura S1) (Figura S1).
L'inconvenient possible dels experiments d'alimentacion dirècta d'erbivòrs es la diferéncia dins lo taus de consomacion de fuèlhas e lo temps d'alimentacion dels erbivòrs, çò que fa dificil d'eliminar los efièches especifics a l'erbivòr causats per las feridas e los erbivòrs. Per tal de melhor resòlvre l'especificitat de l'espècia erbivòra de la responsa metabolica de la fuèlha inducha, simulèrem l'alimentacion de las larvas Ms e Sl en aplicant immediatament l'OS recentament collectat (OSM e OSS1) a la puncion estandard W de posicions de fuèlhas coerentas. Aqueste procediment es nomenat tractament W + OS, e estandardiza l'induccion en cronometrant precisament l'aparicion de la responsa provocada per l'erbivòr sens causar d'efièches confonents de diferéncias dins lo taus o la quantitat de pèrda de teissut (Figura 2A) (34). En utilizant lo pipeline d'analisi e de calcul MS/MS, recupèrem 443 espectres MS/MS (fichièr de donadas S1), que se superpausavan amb los espectres assemblats prèviament a partir d'experiéncias d'alimentacion dirècta. L'analisi de la teoria de l'informacion d'aqueste ensemble de donadas MS/MS mostrèt que la reprogramacion dels metabolòmas especializats en fuèlhas en simulant d'erbivòrs mostrèt d'induccions especificas a l'OS (Figura 2C). En particular, comparat amb lo tractament OSS1, OSM provoquèt una melhoracion de l'especializacion del metabolòma a 4 oras. Es de notar que comparat amb l'ensemble de donadas experimentalas d'alimentacion dirècta d'erbivòrs, la cinetica metabolica visualizada dins un espaci bidimensional en utilizant Hj e δj coma coordenadas e la direccionalitat de l'especializacion del metabolòma en responsa al tractament simulat d'erbivòrs dins lo temps aumentan coerent (Figura 2D). Al meteis temps, quantifiquèrem lo contengut d'acids aminats, d'acids organics e de sucres (fichièr de donadas S2) per estudiar se aquel aument ciblat de l'expertisa del metabolòma es degut a la reconfiguracion del metabolisme central del carbòni en responsa als erbivòrs simulats ( Figura S2). Per explicar melhor aquel modèl, susvelhèrem mai la cinetica d'acumulacion metabolica de las vias de fenolamida e 17-HGL-DTG discutidas prèviament. L'induccion especifica al SO dels erbivòrs es transformada en un modèl de reorganizacion diferencial dins lo metabolisme de la fenolamida (Figura S3). Las amidas fenòlicas que contenon de fraccions de cumarina e de cafeoil son induchas preferencialament per OSS1, del temps que los OSMs desencadenan una induccion especifica de conjugats de ferulil. Per la via 17-HGL-DTG, l'induccion diferenciala de l'OS per de produchs de malonilacion e dimalonilacion en aval foguèt detectada (Figura S3).
Puèi, estudièrem la plasticitat del transcriptòma induch per OS en utilizant l'ensemble de donadas de micromatriças de cors temporal, que simula l'utilizacion d'OSMs per tractar las fuèlhas de las fuèlhas de la planta de roseta dins d'erbivòrs. La cinetica de l'escandalhatge se superpausa basicament amb la cinetica utilizada dins aqueste estudi de metabolomica (35). Comparat amb la reconfiguracion del metabolòma que la plasticitat metabolica es particularament aumentada dins lo temps, observam de petadas de transcripcion transitòrias dins las fuèlhas induchas per Ms, ont l'inducibilitat de transcripcion (RDPI) e l'especializacion (δj) son a 1 I aguèt un aument significatiu de las oras, e de la diversitat (Hj) a aquel moment, l'expression de BMP1 foguèt significativament redusida, seguida de la relaxacion de la relaxacion especializacion del transcriptòma (Figura S4). Las familhas de gèns metabolics (coma P450, la glicosiltransferasa, e l'aciltransferasa BAHD) participan al procès d'assemblatge de metabolits especials a partir d'unitats estructuralas derivadas del metabolisme primari, en seguissent lo modèl de nauta especializacion precoç susmencionat. Coma estudi de cas, la via de la fenilalanina foguèt analizada. L'analisi confirmèt que los gèns de basa dins lo metabolisme de la fenolamida son fòrça induches per l'OS dins los erbivòrs comparats a las plantas non atiradas, e son estrechament alinhats dins lors modèls d'expression. Lo factor de transcripcion MYB8 e los gèns estructurals PAL1, PAL2, C4H e 4CL dins l'amont d'aquela via mostrèron una iniciacion precoça de la transcripcion. Las aciltransferasas que jògan un ròtle dins l'assemblatge final de la fenolamida, coma AT1, DH29, e CV86, mòstran un modèl de regulacion en naut prolongat (Figura S4). Las observacions çai-sus indican que l'iniciacion precoça de l'especializacion del transcriptòma e la melhoracion posteriora de l'especializacion metabolomica son un mòde acoblat, que pòt èsser degut al sistèma de regulacion sincròna qu'inicia una responsa de defensa poderosa.
La reconfiguracion dins la senhalacion de las ormonas vegetalas agís coma una capa reguladora qu'integra l'informacion erbivòra per reprogramar la fisiologia de las plantas. Après la simulacion d'erbivòrs, mesurèrem la dinamica acumulativa de las categorias claus d'ormonas vegetalas e visualizèrem la coexpression temporala entre elas [coeficient de correlacion Pearson (PCC)> 0,4] (Figura 3A). Coma esperat, las ormonas vegetalas ligadas a la biosintèsi son ligadas dins la ret de coexpression d'ormonas vegetalas. De mai, l'especificitat metabolica (indici Si) es mapada a aquel ret per metre en evidéncia las ormonas vegetalas induchas per de tractaments diferents. Dos airals principals de responsa especifica erbivòra son traçats: un es dins lo cluster JA, ont JA (sa forma biologicament activa JA-Ile) e d'autres derivats JA mòstran la nòta Si mai nauta; l'autre es l'etilèn (ET). La giberellina mostrèt pas qu'un aument moderat de l'especificitat dels erbivòrs, del temps que d'autras ormonas vegetalas, coma la citoquinina, l'auxina e l'acid abscisic, avián una especificitat d'induccion bassa pels erbivòrs. Comparat amb l'utilizacion de W + W sol, l'amplificacion de la valor de pic dels derivats JA a travèrs l'aplicacion OS (W + OS) pòt basicament èsser transformada en un fòrt indicator especific de JAs. De manièra inesperada, OSM e OSS1 amb de contengut elicitor diferent son coneguts per causar una acumulacion similara de JA e JA-Ile. Al contrari d'OSS1, OSM es especificament e fòrtament induch per d'OSM, del temps qu'OSS1 amplifica pas la responsa de las feridas basalas (Figura 3B).
(A) Analisi de ret de coexpression basada sul calcul PCC de la simulacion de la cinetica de l'acumulacion d'ormonas vegetalas inducha per d'erbivòrs. Lo node representa una sola ormona vegetala, e la talha del node representa l'indici Si especific a l'ormona vegetala entre los tractaments. (B) Acumulacion de JA, JA-Ile e ET dins de fuèlhas causada per de tractaments diferents indicats per de colors diferentas: abricòt, W + OSM; blau, W + OSSl; negre, W + W; gris, C (contròl) . Los asterisques indican de diferéncias significativas entre tractament e contraròtle (ANOVA bidireccionala seguida de comparason multipla post hoc Tukey HSD, *** P <0,001). Analisi de teoria de l'informacion de (C)697 MS/MS (fichièr de donadas S1) dins la biosintèsi JA e l'espèctre de percepcion alterat (irAOC e irCOI1) e (D)585 MS/MS (fichièr de donadas S1) dins ETR1 amb un senhal ET alterat Dos tractaments simulats d'erbivòrs desencadenèron de linhas vegetalas e de plantas de contraròtle de veïcul (EV). Los asterisques indican de diferéncias significativas entre lo tractament W+OS e lo contraròtle non damatjat (ANOVA bidireccionala seguida de comparason multipla post hoc Tukey HSD, *P<0,05, **P<0,01 e ***P<0,001). (E) Grafics escampats d'oposicion escampilhada a l'especializacion. Las colors representan diferentas socas geneticament modificadas; los simbòls representan diferents metòdes de tractament: triangle, W + OSS1; rectangle, W + OSM; cercle C
Puèi, utilizam una soca geneticament modificada de Nepenthes atenuats (irCOI1 e sETR1) dins las estapas claus de la biosintèsi de JA e ET (irAOC e irACO) e de la percepcion (irCOI1 e sETR1) per analisar lo metabolisme d'aquelas doas ormonas vegetalas suls erbivòrs La contribucion relativa de la reprogramacion. Coerent amb d'experiéncias precedentas, confirmèrem l'induccion d'erbivòr-OS dins de plantas portaires vuèges (EV) (Figura 3, C a D) e la diminucion globala de l'indici Hj causat per OSM, del temps que l'indici δj aumentèt. La responsa es mai prononciada que la responsa desencadenada per OSS1. Un grafic de doas linhas utilizant Hj e δj coma coordenadas mòstra la desregulacion especifica (Figura 3E). La tendéncia mai evidenta es que dins las socas sens senhal JA, la diversitat del metabolòma e los cambiaments d'especializacion causats pels erbivòrs son gaireben completament eliminats (Figura 3C). En contraste, la percepcion ET silenciosa dins las plantas sETR1, e mai se l'efièch global suls cambiaments dins lo metabolisme erbivòr es fòrça mai bas qu'aquel de la senhalacion JA, atenua la diferéncia dins los indicis Hj e δj entre las excitacions OSM e OSS1 (Figura 3D e Figura S5). . Aquò indica qu'en mai de la foncion centrala de la transduccion de senhal JA, la transduccion de senhal ET servís tanben d'afinament de la responsa metabolica especifica a l'espècia dels erbivòrs. Coerent amb aquela foncion d'afinament, i aguèt pas cap de cambiament dins l'inducibilitat globala del metabolòma dins las plantas sETR1. D'autra part, comparat amb las plantas sETR1, las plantas irACO induguèron d'amplituds globalas similaras de cambiaments metabolics causats pels erbivòrs, mas mostrèron de puntuacions Hj e δj significativament diferentas entre los desfís OSM e OSS1 (Figura S5).
Per tal d'identificar de metabolits especializats qu'an de contribucions importantas a la responsa especifica a l'espècia dels erbivòrs e afinar lor produccion a travèrs de senhals ET, utilizèrem lo metòde estructural MS/MS desvolopat prèviament. Aqueste metòde s'apièja sul metòde de bi-agropament per tornar inferir la familha metabolica a partir de fragments MS/MS [produch de punt normalizat (NDP)] e la nòta de similitud basada sus la pèrda neutra (NL). L'ensemble de donadas MS/MS bastit a travèrs l'analisi de linhas transgenicas ET produsiguèt 585 MS/MS (fichièr de donadas S1), que foguèt resolu en los agropant en sèt moduls MS/MS principals (M) (Figura 4A) . Qualques unes d'aqueles moduls son densament empaquetats de metabolits especials caracterizats prèviament: per exemple, M1, M2, M3, M4 e M7 son rics en divèrses derivats de fenol (M1), de glicòsids flavonoïdes (M2), de sucres acil (M3 e M4), e 17-HGL-DTG (M7). De mai, l'informacion especifica metabolica (indici de Si) d'un sol metabolit dins cada modul es calculada, e sa distribucion de Si pòt èsser vista intuitivament. En resumit, los espectres MS/MS qu'expausan una especificitat d'erbivòria e de genotipe nauta son caracterizats per de valors de Si nautas, e las estatisticas de curtosi indican la distribucion de la pelissa sul canton drech de la coa. Una d'aquelas distribucions colloïdas magras foguèt detectada dins M1, que l'amida de fenol mostrèt la fraccion de Si mai nauta (Figura 4B). Lo 17-HGL-DTG inducible erbivòr mencionat prèviament dins M7 mostrèt una nòta Si moderada, çò qu'indica un gra moderat de regulacion diferenciala entre los dos tipes de SO. En contraste, la màger part dels metabolits especializats produches constitutivament, coma la rutina, lo CGA, e los sucres acil, son demest los puntuacions Si mai bassas. Per melhor explorar la complexitat estructurala e la distribucion de Si entre de metabolits especials, una ret moleculara foguèt bastida per cada modul (Figura 4B). Una prediccion importanta de la teoria OD (resumida dins la Figura 1B) es que la reorganizacion de metabolits especials après l'erbivòri deuriá menar a de cambiaments unidireccionals dins los metabolits amb una valor de defensa nauta, mai que mai en aumentant lor especificitat (al contrari de la distribucion aleatòria) Mode) Metabolit defensiu predich per la teoria MT. La màger part dels derivats de fenòl acumulats dins M1 son foncionalament ligats al declin de la performància dels insèctes (32). En comparant las valors de Si dins los metabolits M1 entre las fuèlhas induchas e las fuèlhas constituentas de las plantas de contraròtle EV a 24 oras, observèrem que l'especificitat metabolica de fòrça metabolits après d'insèctes erbivòrs a una tendéncia creissenta significativa (Figura 4C). L'aument especific de la valor de Si foguèt detectat sonque dins las fenolamidas defensivas, mas cap d'aument de la valor de Si foguèt pas detectat dins d'autres fenòls e de metabolits desconeguts que coexistent dins aquel modul. Aquò's un modèl especializat, qu'es ligat a la teoria OD. Las prediccions principalas dels cambiaments metabolics causats pels erbivòrs son coerentas. Per testar se aquela particularitat de l'espèctre de fenolamida èra inducha per ET especific a l'OS, tracèrem l'indici Si del metabolit e causèrem una valor d'expression diferenciala entre OSM e OSS1 dins los genotipes EV e sETR1 (Figura 4D). Dins sETR1, la diferéncia inducha per la fenamida entre OSM e OSS1 foguèt fòrça redusida. Lo metòde de bi-agropament foguèt tanben aplicat a de donadas MS/MS collectadas dins de socas amb JA insufisenta per inferir los moduls MS/MS principals ligats a l'especializacion metabolica regulada per JA (Figura S6).
(A) Los resultats d'agropament de 585 MS/MS basats sus de fragments partejats (similitud NDP) e de pèrda neutra partejada (similitud NL) resultan en que lo modul (M) es coerent amb la familha de compausats coneguda, o per una composicion de metabolit desconeguda o mal metabolizada. A costat de cada modul, la distribucion especifica (Si) del metabolit (MS/MS) es mostrada. (B) Ret molecular modular: Los nœuds representan los punts MS/MS e los bòrds, NDP (roge) e NL (blau) MS/MS (talh,> 0,6). L'indici d'especificitat de metabolit graduat (Si) colorat en foncion del modul (esquèrra) e mapat a la ret moleculara (drecha). (C) Modul M1 de la planta EV en estat constitutiu (contròl) e induch (erbivòr simulat) a 24 oras: diagrama de ret moleculara (la valor de Si es la talha del nœud, la fenolamida defensiva es restacada en blau). (D) Lo diagrama de ret moleculara M1 de la linha d'espèctre sETR1 amb una percepcion EV e ET alterada: lo compausat fenòlic representat pel nœud de cercle verd, e la diferéncia significativa (valor P) entre los tractaments W + OSM e W + OSS1 coma talha del nœud. CP, N-cafeoil-tirosina; CS, N-cafeoil-espermidina; FP, acid N-ferulic èster-acid uric; FS, N-ferulil-espermidina; CoP, N', N “-Coumaroil-tirosina; DCS, N’, N”-dicafeoil-espermidina; CFS, N', N”-cafeoil, feruloil-espermidina; Lycium barbarum dins la baia de lop Son; Nick. O-AS, sucre O-acil.
Amplièrem mai l'analisi d'un sol genotipe Nepenthes atenuat a de populacions naturalas, ont de fòrts cambiaments intraespecifics dins los nivèls de JA erbivòrs e los nivèls de metabolits especifics son estats descriches prèviament dins de populacions naturalas (26). Utilizatz aqueste ensemble de donadas per cobrir 43 germplasmas. Aquestes germplasmas son compausats de 123 espècias de plantas de N. pallens. Aquelas plantas foguèron presas de granas collectadas dins diferents abitats autoctòns en Utah, Nevada, Arizona, e Califòrnia (Figura S7), calculèrem la diversitat del metabolòma (aicí nomenat nivèl de populacion) diversitat β) e l'especializacion causada per OSM. Coerent amb d'estudis precedents, observèrem una granda varietat de cambiaments metabolics lo long dels axes Hj e δj, çò qu'indica que los germoplasmas an de diferéncias significativas dins la plasticitat de lors responsas metabolicas als erbivòrs (Figura S7). Aquesta organizacion remembra d'observacions precedentas a prepaus de la gama dinamica dels cambiaments de JAs causats pels erbivòrs, e a mantengut una valor fòrça nauta dins una sola populacion (26, 36). En utilizant JA e JA-Ile per testar la correlacion de nivèl global entre Hj e δj, trobèrem qu'i a una correlacion positiva significativa entre JA e l'indici de diversitat e d'especializacion del metabolòma β (Figura S7). Aquò suggerís que l'eterogeneïtat inducha pels erbivòrs dins l'induccion de JAs detectada al nivèl de la populacion pòt èsser deguda a de polimorfismes metabolics claus causats per la seleccion dels erbivòrs d'insèctes.
D'estudis precedents an mostrat que los tipes de tabac diferís fòrça en tipe e en dependéncia relativa de las defensas metabolicas induchas e constitutivas. Se crei qu'aqueles cambiaments dins la transduccion de senhal anti-erbivòr e las capacitats de defensa son regulats per la pression de la populacion d'insèctes, lo cicle de vida de las plantas, e los còstes de produccion de defensa dins lo niç ont una espècia donada creis. Estudièrem la consisténcia del remodelatge del metabolòma de las fuèlhas induch pels erbivòrs de sièis espècias Nicotiana originàrias d'America del Nòrd e d'America del Sud. Aquestas espècias son estrechament ligadas a Nepenthes America del Nòrd, a saber Nicolas Bociflo. La, N. nicotinis, Nicotiana n. èrba atenuada, Nicotiana tabacum, tabac linear, tabac (Nicotiana spegazzinii) e tabac de fuèlha de tabac (Nicotiana obtusifolia) (Figura 5A) (37). Sièis d'aquelas espècias, dont l'espècia plan caracterizada N. please, son de plantas annalas del clade petunia, e obtusifolia N. son de plantas perennes del clade sòrre Trigonophyllae (38). Puèi, l'induccion W + W, W + OSM e W + OSS1 foguèt realizada sus aquelas sèt espècias per estudiar lo reorganizament metabolic al nivèl d'espècia de l'alimentacion dels insèctes.
(A) Un arbre filogenetic de bootstrap basat sus la probabilitat maximala [per la sintèsi de glutamina nucleara (38)] e la distribucion geografica de sèt espècias Nicotiana estrechament ligadas (colors diferentas) (37). (B) Un grafic de dispersion de diversitat especializada pels perfils metabolics de sèt espècias Nicotiana (939 MS/MS; fichièr de donadas S1). Al nivèl de l'espècia, la diversitat del metabolòma es negativament correlada amb lo gra d'especializacion. L'analisi de la correlacion al nivèl d'espècia entre la diversitat metabolica e l'especializacion e l'acumulacion de JA es mostrada dins la Figura 2. S9. Color, diferents tipes; triangle, W + OSS1; rectangle, W + OSM; (C) Las dinamicas de Nicotiana JA e JA-Ile son classadas segon l'amplitud d'excitacion OS (ANOVA bidireccional e Tukey HSD post-comparason multipla, * P <0,05, ** P <0,01 e * ** Per la comparason de W + OS e W + W, P <0,001). Grafic de bóstia de (D) diversitat e (E) especializacion de cada espècia après simulacion de JA erbivòra e metil (MeJA). L'asterisc indica la diferéncia significativa entre W + OS e W + W o lanolina mai W (Lan + W) o Lan mai MeJA (Lan + MeJa) e lo contraròtle Lan (analisi de variança bidireccionala, seguida de la comparason multipla post hoc HSD de Tukey, *P<0,05, **P<0,01 e ***P<0,001).
En utilizant lo metòde de cluster doble, identifiquèrem 9 moduls de 939 MS/MS (fichièr de donadas S1). La composicion de MS/MS reconfigurat per diferents tractaments varia fòrça entre diferents moduls entre espècias (Figura S8). Visualizar Hj (aquí designat coma γ-diversitat a nivèl d'espècia) e δj revèla que d'espècias diferentas s'agregan dins de grops fòrça diferents dins l'espaci metabolic, ont la division a nivèl d'espècia es generalament mai proeminenta que l'excitacion. A l'excepcion de N. linear e N. obliquus, mòstran una granda gama dinamica d'efièches d'induccion (Figura 5B). En contraste, d'espècias coma N. purpurea e N. obtusifolia an una responsa metabolica mens evidenta al tractament, mas lo metabolòma es mai divèrs. La distribucion especifica a l'espècia de la responsa metabolica inducha resultèt en una correlacion negativa significativa entre l'especializacion e la diversitat gamma (PCC = -0,46, P = 4,9×10-8). Los cambiaments induches per OS dins los nivèls de JAs son positivament correlats amb l'especializacion del metabolòma, e negativament correlats amb la diversitat gamma metabolica expausada per cada espècia (Figura 5B e Figura S9). Es de notar que las espècias coloquialament nomenadas espècias de "responsa de senhal" dins la Figura 5C, coma los nematodes Nepenthes, Nepenthes nepenthes, Nepenthes acute, e Nepenthes atenuat, causèron de signes significatius a 30 minutas. Los recents brots de JA e JA-Ile especifics a l'OS, del temps que d'autras bacterias nomenadas "senhal non respondon", coma los molins Nepenthes, los Nepenthes powdery e N. obtusifolia mòstran pas qu'una induccion de JA-Ile Edge sens cap d'especificitat OS (Figura 5C). Al nivèl metabolic, coma mencionat çai-sus, per Nepenthes atenuats, las substàncias sensiblas al senhal mostrèron una especificitat OS e aumentèron significativament δj, del temps que redusissián Hj. Aqueste efièch d'amorçament especific al SO foguèt pas detectat dins d'espècias classadas coma d'espècias non reactivas de senhal (Figura 5, D e E). Los metabolits especifics a l'OS son partejats mai sovent entre las espècias sensiblas al senhal, e aqueles amassas de senhal s'agropan amb d'espècias amb de responsas de senhal mai feblas, del temps que las espècias amb de responsas de senhal mai feblas mòstran mens d'interdependéncia (Figura S8). Aqueste resultat indica que l'induccion especifica al SO de JAs e la reconfiguracion especifica al SO del metabolòma aval son acobladas al nivèl de l'espècia.
Puèi, utilizèrem una pasta de lanolina contenent de metil JA (MeJA) per tractar las plantas per estudiar se aqueles mòdes d'acoblament son restrenchs per la disponibilitat de JA aplicat per JA exogèn, que serà dins lo citoplasma de las plantas. La desesterificacion rapida es JA. Trobèrem la meteissa tendéncia del cambiament gradual d'espècias sensiblas al senhal a d'espècias non sensiblas al senhal causadas per l'avitalhament contunhat de JA (Figura 5, D e E). En resumit, lo tractament MeJA reprogramèt fòrtament los metabolòmas dels nematòdes linears, N. obliquus, N. aquaticus, N. pallens, e N. mikimotoi, çò que resultèt en un aument significatiu de δj e una diminucion de Hj. N. purpurea mostrèt pas qu'un aument de δj, mas pas de Hj. N. obtusifolia, qu'es estat mostrat prèviament per acumula de nivèls extrèmament bas de JAs, respond tanben mal al tractament MeJA en tèrmes de reconfiguracion del metabolòma. Aquestes resultats indican que la produccion de JA o la transduccion de senhal es fisiologicament restrencha dins las espècias que respondon pas al senhal. Per testar aquela ipotèsi, estudièrem las quatre espècias (N. pallens, N. mills, N. pink e N. microphylla) induchas per W + W, W + OSMs e W + OSS1 Transcriptome (39). Coerent amb lo modèl de remodelacion del metabolòma, las espècias son plan separadas dins l'espaci del transcriptòma, demest los quals N. atenuat mostrèt lo RDPI induch per l'OS mai naut, del temps que N. gracilis aviá lo mai bas (Figura 6A). Pasmens, se trobèt que la diversitat de transcriptòma inducha per N. oblonga èra la mai bassa demest las quatre espècias, contrariament a la diversitat metabolomica mai nauta de N. oblonga mostrada prèviament dins sèt espècias. D'estudis precedents an mostrat qu'un ensemble de gèns ligats als senhals de defensa precoç, inclusent los senhals JA, explica l'especificitat de las responsas de defensa precoça induchas per d'elicitors ligats a d'erbivòrs dins las espècias Nicotiana (39). La comparason de las vias de senhalament JA entre aquelas quatre espècias revelèt un modèl interessant (Figura 6B). La màger part dels gèns d'aquela via, coma AOC, OPR3, ACX e COI1, mostrèron de nivèls relativament nauts d'induccion dins aquelas quatre espècias. Pasmens, un gèn clau, JAR4, convertís JA dins sa forma biologicament activa de transcripcions acumuladas JA-Ile, e son nivèl de transcripcion es fòrça bas, mai que mai dins N. mills, Nepenthes pieris e N. microphylla. De mai, sonque lo transcripcion d'un autre gèn AOS foguèt pas detectat dins N. bifidum. Aquestes cambiaments dins l'expression genica pòdon èsser responsables dels fenotipes extrèms induches per la bassa produccion de JA dins las espècias anergicas de senhal e l'induccion de N. gracilis.
(A) Analisi de la teoria de l'informacion de la reprogramacion de las responsas transcripcionalas precoças de quatre espècias de tabac estrechament ligadas mostradas 30 minutas après l'induccion d'erbivòr. RDPI es calculat en comparant las fuèlhas induchas per l'OS erbivòr amb lo contraròtle de la nafra. Las colors indican d'espècias diferentas, e los simbòls indican de metòdes de tractament diferents. (B) Analisi de l'expression genica dins las vias de senhalament JA entre quatre espècias. Lo camin JA simplificat es mostrat a costat del grafic de bóstia. De colors diferentas indican de metòdes de tractament diferents. L'asterisc indica qu'i a una diferéncia significativa entre lo tractament W + OS e lo contraròtle W + W (pel t-test de Student per las diferéncias per parelhs, *P<0,05, **P<0,01 e ***P<0,001). OPDA, acid 12-oxofitodienoïc; OPC-8: 0,3-oxo-2(2′(Z)-pentenil)-ciclopentan-1-octanoic acid.
Dins la darrièra partida, estudièrem cossí la remodelacion especifica de l'espècia d'insèctes del metabolòma de diferentas espècias de plantas pòt èsser resistenta als erbivòrs. Las recèrcas precedentas metèron l'accent sul genre Nicotiana. Lor resisténcia a Ms e larvas diferís fòrça (40). Aquí, estudièrem lo ligam entre aquel modèl e lor plasticitat metabolica. En utilizant las quatre espècias de tabac çai-sus, e en testant la correlacion entre la diversitat e l'especializacion del metabolòma causada pels erbivors e la resisténcia de las plantas a Ms e Sl, trobèrem que la resisténcia, la diversitat e l'especializacion al generalista Sl All son positivament correladas, del temps que la correlacion entre la resisténcia a las damas expertas e l'especializacion es febla, e la correlacion amb la diversitat amb Sl es pas significativa (Figura 10). Per çò qu'es de la resisténcia a S1, tant lo N. chinensis atenuat coma lo N. gracilis, que foguèron prèviament mostrats per expausar a l'encòp de nivèls de transduccion de senhal JA e de plasticitat del metabolòma, avián de responsas fòrça diferentas a l'induccion dels erbivòrs, e mostrèron tanben una resisténcia nauta similara. Sèxe.
Dins los seissanta ans passats, la teoria de la defensa vegetala a provesit un encastre teoric, basat sus lo qual los cercaires an predich un nombre considerable d'evolucion e de foncions de metabolits especializats vegetals. La màger part d'aquelas teorias seguisson pas lo procediment normal de las inferéncias fòrtas (41). Prepausan de prediccions claus (3) al meteis nivèl d'analisi. Quand lo tèst de prediccions claus permet d'analisar de teorias especificas, aquò farà que lo domeni avança. Èsser sostengut, mas refusar los autres (42). En plaça, la novèla teoria fa de prediccions a diferents nivèls d'analisi e apond un novèl jaç de consideracions descriptivas (42). Pasmens, las doas teorias prepausadas al nivèl foncional, MT e OD, pòdon èsser aisidament explicadas coma de prediccions importantas de cambiaments metabolics especializats causats pels erbivòrs: la teoria OD crei que los cambiaments dins l'"espaci" metabolic especializat son fòrça direccionals. La teoria MT crei qu'aqueles cambiaments seràn non direccionals e situats a l'azard dins l'espaci metabolic, e tendon a aver de metabolits de valor de defensa nauta. D'examens precedents de las prediccions OD e MT son estats testats en utilizant un ensemble estrech de compausats de "defensa" a priori. Aquestes tèsts centrats suls metabolits empachan la capacitat d'analisar l'espandida e la trajectòria de la reconfiguracion del metabolòma pendent l'erbivòri, e permeton pas de far de tèsts dins un encastre estatistic coerent per exigir de prediccions claus que pòdon èsser consideradas coma un ensemble Quantificar los cambiaments dins lo metabolòma de la planta. Aquí, utilizèrem la tecnologia innovatritz en metabolomica basada sus l'MS computacionala e realizèrem l'analisi de l'MS de deconvolucion dins la moneda generala dels descriptors de la teoria de l'informacion per testar la distincion entre los dos prepausats al nivèl de la metabolomica globala. La prediccion clau d'aquela teoria. La teoria de l'informacion es estada aplicada dins fòrça domenis, mai que mai dins lo contèxte de la recerca sus la biodiversitat e lo flux de nutriments (43). Pasmens, per çò que sabèm, es la primièra aplicacion utilizada per descriure l'espaci d'informacion metabolica de las plantas e resòlvre de problèmas ecologics ligats als cambiaments metabolics temporaris en responsa a d'indicis environamentals. En particular, la capacitat d'aqueste metòde es dins sa capacitat de comparar de modèls dins e entre d'espècias vegetalas per examinar cossí los erbivòrs an evoluit de diferentas espècias a de modèls macroevolutius interespècias a diferents nivèls d'evolucion. Metabolisme.
L'analisi de compausants principals (ACA) convertís un ensemble de donadas multivariada en un espaci de reduccion de dimensionalitat per que la tendéncia principala de las donadas pòsca èsser explicada, es doncas utilizada generalament coma una tecnica exploratòria per analisar l'ensemble de donadas, coma lo metabolòma de deconvolucion. Pasmens, la reduccion de la dimensionalitat perdrà una partida del contengut d'informacion dins l'ensemble de donadas, e PCA pòt pas provesir d'informacions quantitativas sus de caracteristicas que son particularament pertinentas per la teoria ecologica, coma: cossí los erbivòrs reconfiguran la diversitat dins de camps especializats (per exemple, riquesa, distribucion) e abondància) los metabolits? Quins metabolits son de predictors de l'estat induch d'un erbivòr donat? Del punt de vista de l'especificitat, de la diversitat e de l'inducibilitat, lo contengut d'informacion del perfil de metabolit especific a la fuèlha es descompausat, e se tròba que lo manjar d'erbivòrs pòt activar un metabolisme especific. Inesperadament, observèrem que, coma descrich dins los indicators de teoria de l'informacion implementats, la situacion metabolica resultanta a un grand superpaus après las atacas dels dos erbivòrs (lo generalista nocturn Sl) e l'expèrta Solanaceae Ms. E mai se lor comportament alimentari e concentracion son significativament diferents. Iniciator de conjugat d'acid gras-aminoacid (FAC) dins l'OS (31). En utilizant l'OS erbivòr per tractar de feridas de puncion estandardizadas, lo tractament simulat d'erbivòr mostrèt tanben una tendéncia similara. Aqueste procediment estandardizat per simular la responsa de las plantas a las atacas d'erbivòrs elimina los factors de confusion causats pels cambiaments dins lo comportament alimentari dels erbivòrs, que menan a de gras variables de damatge a diferents moments (34). FAC, que se sap per èsser la causa principala d'OSM, redusís JAS e d'autras responsas d'ormonas vegetalas dins OSS1, del temps que OSS1 redusís de centenats de còps (31). Pasmens, OSS1 causèt de nivèls similars d'acumulacion de JA comparat a OSM. S'es demostrat prèviament que la responsa JA dins Nepenthes atenuat es fòrça sensibla a OSM, ont FAC pòt manténer son activitat quitament se diluit 1:1000 amb d'aiga (44). Doncas, comparat amb OSM, e mai se lo FAC dins OSS1 es fòrça bas, es sufisent per induire una epidèmia de JA sufisenta. D'estudis precedents an mostrat que las proteïnas similaras a la porina (45) e los oligosacarids (46) pòdon èsser utilizats coma d'indicis moleculars per desencadenar de responsas de defensa de las plantas dins OSS1. Pasmens, es encara pas clar se aqueles elicitors dins OSS1 son responsables de l'acumulacion de JA observada dins l'estudi actual.
E mai se i a pauc d'estudis que descrivon las emprentas metabolicas diferencialas causadas per l'aplicacion de diferents erbivòrs o JA o SA exogèn (acid salicilic) (47), degun a pas perturbat la perturbacion especifica de l'espècia d'erbivòr dins la ret d'èrba vegetala e sos efièches sus l'especific L'impacte global del metabolisme es sistematicament estudiat. informacion personala. Aquesta analisi confirmèt mai que la connexion de la ret ormonala intèrna amb d'autras ormonas vegetalas autras que las JA forma l'especificitat de la reorganizacion metabolica causada pels erbivòrs. En particular, detectèrem que l'ET causat per OSM èra significativament mai grand qu'aquel causat per OSS1. Aqueste mòde es coerent amb mai de contengut FAC dins OSM, qu'es una condicion necessària e sufisenta per desencadenar un esclat ET (48). Dins lo contèxte de l'interaccion entre plantas e erbivòrs, la foncion de senhalament d'ET sus la dinamica dels metabolits especifics a las plantas es encara esporadica e cibla pas qu'un sol grop compausat. De mai, la màger part dels estudis an utilizat l'aplicacion exogèna d'ET o sos precursors o divèrses inhibitors per estudiar la regulacion de l'ET, demest las qualas aquelas aplicacions quimicas exogènas produiràn fòrça efièches secundaris non especifics. A nòstra coneissença, aqueste estudi representa lo primièr examen sistematic a granda escala del ròtle de l'ET dins l'utilizacion de l'ET per produire e percebre de plantas transgènicas alteradas per coordinar la dinamica del metabolòma de las plantas. L'induccion ET especifica a l'erbivòr pòt finalament modular la responsa del metabolòma. Lo mai significatiu es la manipulacion transgenica dels gèns de biosintèsi ET (ACO) e de percepcion (ETR1) que revelèron l'acumulacion de novo especifica de l'erbivòr de fenolamidas. S'es mostrat prèviament que l'ET pòt afinar l'acumulacion de nicotina inducha per JA en regulant la putrescina N-metiltransferasa (49). Pasmens, d'un punt de vista mecanic, es pas clar cossí ET afina l'induccion de fenamida. En mai de la foncion de transduccion de senhal d'ET, lo flux metabolic pòt tanben èsser desviat cap a S-adenosil-1-metionina per regular l'investiment dins d'amidas de poliaminofènòl. S-adenosyl-1-metionina es ET e intermediari comun de la via biosintetica de la poliamina. Lo mecanisme per lo qual lo senhal ET regula lo nivèl de fenolamida a besonh d'estudis suplementaris.
Dempuèi longtemps, a causa del grand nombre de metabolits especials d'estructura desconeguda, l'atencion intensa a de categorias metabolicas especificas es estada incapabla d'avalorar estrictament los cambiaments temporals de la diversitat metabolica après las interaccions biologicas. A l'ora d'ara, en foncion de l'analisi de la teoria de l'informacion, lo resultat principal de l'aquisicion d'espèctre MS/MS basat sus de metabolits imparcials es que los erbivòrs que manjan o simulan d'erbivòrs contunhan de reduire la diversitat metabolica globala del metabolòma de la fuèlha del temps qu'aumenta son gra d'especializacion. Aqueste aument temporari de l'especificitat del metabolòma causat pels erbivòrs es associat amb un aument sinergic de l'especificitat del transcriptòri. La caracteristica que contribuís lo mai a aquela especializacion del metabolòma mai granda (avent una valor de Si mai nauta) es lo metabolit especial amb la foncion erbivòra caracterizada prèviament. Aqueste modèl es coerent amb la prediccion de la teoria OD, mas la prediccion de MT ligada a l'azard de la reprogramacion del metabolòma es pas coerenta. Pasmens, aquelas donadas son tanben coerentas amb la prediccion del modèl mixte (melhor MT; Figura 1B), perque d'autres metabolits non caracterizats amb de foncions de defensa desconegudas pòdon encara seguir una distribucion aleatòria de Si.
Un modèl notable mai capturat per aquesta recèrca es que del nivèl de microevolucion (populacion de planta e de tabac unica) a una escala evolutiva mai granda (espècias de tabac estrechament ligadas), diferents nivèls d'organizacion evolutiva son dins la "melhora defensa" I a de diferéncias significativas dins las capacitats dels erbivòrs. Moore et al. (20) e Kessler e Kalske (1) prepausèron independentament de convertir los tres nivèls foncionals de biodiversitat distinguits a l'origina per Whittaker (50) dins los cambiaments temporals constitutius e induches de la diversitat quimica; aqueles autors resumiguèron pas tanpauc Los procediments per la collecta de donadas de metabolòma a granda escala descrivon pas tanben cossí calcular la diversitat metabolica a partir d'aquelas donadas. Dins aqueste estudi, d'ajustaments menors a la classificacion foncionala de Whittaker consideraràn la diversitat α-metabolica coma la diversitat dels espectres MS/MS dins una planta donada, e la diversitat β-metabolica coma lo metabolisme intraespecific de basa d'un grop de populacions L'espaci, e la diversitat γ-metabolica serà una extension de l'analisi d'espècias similaras.
Lo senhal JA es essencial per una granda varietat de responsas metabolicas d'erbivòrs. Pasmens, i a una manca de tèsts quantitatius rigorós de la contribucion de la regulacion intraespecifica de la biosintèsi de JA a la diversitat del metabolòma, e se lo senhal JA es un site general per la diversificacion metabolica inducha per l'estrès a una escala macroevolutiva mai nauta es encara escafandre. Observèrem que la natura erbivòra de Nepenthes erbivòra indusís l'especializacion del metabolòma e la variacion de l'especializacion del metabolòma dins la populacion d'espècias Nicotiana e entre las espècias Nicotiana estrechament ligadas es sistematicament positivament correlada amb la senhalacion JA. De mai, quand lo senhal JA es alterat, l'especificitat metabolica inducha per un sol genotipe erbivòr serà anullada (Figura 3, C e E). Coma los cambiaments d'espèctre metabolic de las populacions de Nepenthes atenuadas naturalament son subretot quantitatius, los cambiaments dins la diversitat e l'especificitat β metabolicas dins aquesta analisi pòdon èsser en granda partida causats per la fòrta excitacion de categorias de compausats rics en metabolits. Aquelas classas de compausats dominan una partida del perfil del metabolòma e menan a una correlacion positiva amb los senhals JA.
Perque los mecanismes bioquimics de las espècias de tabac estrechament ligadas a ela son fòrça diferents, los metabolits son especificament identificats dins l'aspècte qualitatiu, es doncas mai analitic. Lo tractament de la teoria de l'informacion del perfil metabolic capturat revèla que l'induccion erbivòra exacerba lo compromés entre la diversitat gamma metabolica e l'especializacion. Lo senhal JA jòga un ròtle central dins aquel compromés. L'aument de l'especializacion del metabolòma es coerent amb la prediccion principala de l'OD e es positivament correlat amb lo senhal JA, del temps que lo senhal JA es negativament correlat amb la diversitat gamma metabolica. Aquestes modèls indican que la capacitat OD de las plantas es subretot determinada per la plasticitat de JA, que siá a una escala microevolutiva o a una escala evolutiva mai granda. D'experiéncias d'aplicacion exogèna de JA que contornan los defauts de biosintèsi de JA revelan mai que mai que las espècias de tabac estrechament ligadas pòdon èsser destriadas en espècias sensiblas al senhal e non sensiblas al senhal, coma lor mòde de JA e lor plasticitat del metabolòma induch pels erbivòrs. Las espècias non sensiblas al senhal pòdon pas respondre a causa de lor incapacitat de produire de JA endogèna e son doncas somesas a de limitacions fisiologicas. Aquò pòt èsser causat per de mutacions dins qualques gèns claus dins la via de senhalament JA (AOS e JAR4 dins N. crescens) de. Aqueste resultat met en evidéncia qu'aqueles modèls macroevolutius interespècias pòdon èsser subretot menats per de cambiaments dins la percepcion e la responsa de l'ormona intèrna.
En mai de l'interaccion entre plantas e erbivòrs, l'exploracion de la diversitat metabolica es ligada a totes los progrèsses teorics importants dins la recerca de l'adaptacion biologica a l'environament e l'evolucion de traches fenotipics complèxes. Amb l'aument de la quantitat de donadas aqueridas pels instruments modèrnes de MS, los tèsts d'ipotèsis sus la diversitat metabolica pòdon ara transcendir las diferéncias de metabolits individuals/categorias e realizar d'analisi globalas per revelar de modèls inesperats. Dins lo procès d'analisi a granda escala, una metafòra importanta es l'idèa de concebre de mapas significativas que pòdon èsser utilizadas per explorar de donadas. Doncas, un resultat important de la combinason actuala de metabolomica MS/MS imparciala e de teoria de l'informacion es que provesís una metrica simpla que pòt èsser utilizada per construire de mapas per consultar la diversitat metabolica sus d'escalas taxonomicas diferentas. Es l'exigéncia de basa d'aqueste metòde. L'estudi de l'evolucion micro/macro e de l'ecologia comunitària.
Al nivèl macroevolutiu, lo còr de la teoria de coevolucion planta-insècte d'Ehrlich e Raven (51) es de predire que la variacion de la diversitat metabolica interespècia es la causa de la diversificacion dels linhatges vegetals. Pasmens, dins los cinquanta ans dempuèi la publicacion d'aqueste trabalh seminal, aquela ipotèsi es estada rarament testada (52). Aquò es en granda partida degut a las caracteristicas filogeneticas de caracteristicas metabolicas comparablas a travèrs de linhatges vegetals de longa distància. La raretat pòt èsser utilizada per ancorar de metòdes d'analisi cibla. Lo flux de trabalh actual MS/MS tractat per la teoria de l'informacion quantifica la similitud estructurala MS/MS de metabolits desconeguts (sens seleccion prealabla de metabolits) e convertís aqueles MS/MS en un ensemble de MS/MS, aital dins lo metabolisme professional Aquestes modèls macroevolutius son comparats a l'escala de classificacion. Indicadors estatistics simples. Lo procès es similar a l'analisi filogenetica, que pòt utilizar l'alinhament de sequéncia per quantificar lo taus de diversificacion o d'evolucion del caractèr sens prediccion prealabla.
Al nivèl bioquimic, l'ipotèsi de cribratge de Firn e Jones (53) mòstra que la diversitat metabolica es mantenguda a diferents nivèls per provesir de matèrias primièras per exercir las activitats biologicas de metabolits precedentament pas ligats o substituits. Los metòdes de teoria de l'informacion provesisson un encastre que aquelas transicions evolutivas especificas al metabolit que se produson pendent l'especializacion dels metabolits pòdon èsser quantificadas coma part del procès de cribratge evolutiu prepausat: adaptacion biologicament activa de bassa especificitat a nauta especificitat Metabolits inibits d'un environament donat.
En tot, dins los primièrs jorns de la biologia moleculara, de teorias importantas de la defensa vegetala foguèron desvolopadas, e los metòdes deductius basats sus d'ipotèsis son largament considerats coma lo sol mejan de progrès scientific. Aquò es en granda partida degut a las limitacions tecnicas de mesurar lo metabolòma entièr. E mai se los metòdes basats sus d'ipotèsis son particularament utils per causir d'autres mecanismes causals, lor capacitat a far avançar nòstra compreneson dels rets bioquimics es mai limitada que los metòdes computacionals actualament disponibles dins la sciéncia contemporanèa intensiva en donadas. Doncas, las teorias que pòdon pas èsser previstas son fòrça al delà de l'encastre de las donadas disponiblas, doncas la formula ipotetica/cicle de tèst de progrès dins lo domeni de la recèrca pòt pas èsser abolit (4). Prevesèm que lo flux de trabalh computacional de la metabolomica introduch aicí pòt reviscolar l'interès per las questions recentas (cossí) e finalas (perqué) de la diversitat metabolica, e contribuir a una novèla èra de la sciéncia de las donadas teoricament guidada. L'èra tornèt examinar las teorias importantas qu'inspirèron las generacions precedentas.
L'alimentacion dirècta dels erbivòrs es realizada en elevant una larva de segond instar o una larva Sl sus una sola fuèlha de planta de pòt de color palla d'una sola planta en flor de ròsa, amb 10 replicas de planta per planta. Las larvas d'insèctes foguèron pinçadas amb de pinças, e lo teissut de fuèlha restant foguèt collectat 24 e 72 oras après l'infeccion e congelat rapidament, e los metabolits foguèron extraches.
Simular lo tractament erbivòr d'un biais fòrça sincronizat. Lo metòde es d'utilizar de ròdas de motiu de tela per traucar tres filas d'espinas de cada costat de la còsta mejana de las tres fuèlhas completament espandidas de la planta pendent l'estadi de creissença de la guirlanda de tela, e d'aplicar immediatament 1:5 Ms. Diluida. O utilizar de dets gantats per inserir S1 OS dins la nafra de traucadura. Culhissètz e tractatz una fuèlha coma descrich çai-sus. Utilizar lo metòde descrich prèviament per extraire de metabolits primaris e d'ormonas vegetalas (54).
Per d'aplicacions exogènas de JA, las tres fuèlhas de peciol de caduna de las sièis plantas en flor de ròsa de cada espècia son tractadas amb 20μl de pasta de lanolina contenent 150μg de MeJA (Lan + MeJA), e 20μl de lanolina mai de tractament de nafra (Lan + W), o utilizan 20μl de lanolina pura coma contraròtle. Las fuèlhas foguèron culhidas 72 oras après lo tractament, congeladas a l'instant dins d'azòt liquid, e emmagazinadas a -80°C fins a l'utilizacion.
Quatre linhas transgenicas JA e ET, a saber irAOC (36), irCOI1 (55), irACO e sETR1 (48), son estadas identificadas dins nòstre grop de recerca. irAOC mostrèt fòrtament una diminucion dels nivèls de JA e JA-Ile, del temps que irCOI1 èra pas sensible als JAs. Comparat amb EV, l'acumulacion de JA-Ile aumentèt. De manièra similara, irACO reduirà la produccion d'ET, e comparat amb EV, sETR1, qu'es insensible a ET, aumentarà la produccion d'ET.
Un espectromètre laser fotoacostic (captor ET en temps real Sensor Sense ETD-300) es utilizat per realizar la mesura ET de manièra non invasiva. Immediatament après lo tractament, la mitat de las fuèlhas foguèron talhadas e transferidas dins un fiòl de veire tancat de 4 ml, e l'espaci de cap foguèt daissat s'acumula dins 5 oras. Pendent la mesura, cada fiòl foguèt enjugat amb un flux de 2 litres/ora d'aire pur pendent 8 minutas, qu'aviá passat prèviament per un catalisador provesit per Sensor Sense per levar lo CO2 e l'aiga.
Las donadas de microarray foguèron publicadas a l'origina dins (35) e enregistradas dins la basa de donadas completa de l'expression genica del Centre Nacional d'Informacion Biotecnologica (NCBI) (numèro d'accès GSE30287). Las donadas correspondentas a las fuèlhas causadas pel tractament W + OSMs e lo contraròtle non damatjat foguèron extrachas per aqueste estudi. L'intensitat bruta es log2. Abans l'analisi estatistica, la linha de basa foguèt convertida e normalizada a son 75en percentil en utilizant lo paquet logicial R.
Las donadas originalas de sequénciament de l'ARN (RNA-seq) de las espècias Nicotiana foguèron recuperadas dels Archius de lectura corta NCBI (SRA), lo numèro de projècte es PRJNA301787, que foguèt raportat per Zhou et al. (39) e procedir coma descrich dins (56). Las donadas brutas tractadas per W + W, W + OSM e W + OSS1 correspondent a las espècias Nicotiana foguèron seleccionadas per l'analisi dins aqueste estudi, e tractadas de la manièra seguenta: Primièr, las lecturas brutas d'ARN-seq foguèron convertidas en format FASTQ. HISAT2 convertís FASTQ en SAM, e SAMtools convertís los fichièrs SAM en fichièrs BAM triats. StringTie es utilizat per calcular l'expression genica, e son metòde d'expression es que i a de fragments per mila fragments de basa per milion de fragments de transcripcion sequenciats.
La colomna cromatografica Acclaim (150 mm x 2,1 mm; talha de particula 2,2 μm) utilizada dins l'analisi e la colomna de garda de 4 mm x 4 mm son compausadas del meteis material. Lo gradient binari seguent es utilizat dins lo sistèma Dionex UltiMate 3000 Ultra High Performance Liquid Chromatography (UHPLC): 0 a 0,5 minutas, isocratic 90% A [aiga deionizada, 0,1% (v/v) acetonitril e 0,05% acid formic], 10% B, e 100% de acetnitril 0,05% d'acid fórmic); 0,5 a 23,5 minutas, la fasa de gradient es de 10% A e 90% B, respectivament; 23,5 a 25 minutas, isocratic 10% A e 90% B. Lo debit es de 400μl/min. Per totas las analisis MS, injectatz l'eluent de colomna dins un analizaire de quadrupòl e de temps de vòl (qTOF) equipat d'una font d'electropulverizacion foncionant en mòde d'ionizacion positiva (tension capilara, 4500 V; sortida capilara 130 V ; Temperatura de secatge 200°C; flux d'aire de secatge 10 litre/min).
Realizar l'analisi de fragment MS / MS (d'ara enlà designat coma MS / MS) qu'es irrelevant o indistinguible de las donadas per obténer d'informacions estructuralas sul perfil metabolic global detectable. Lo concèpte del metòde MS/MS indiscriminat s'apièja sul fach que lo quadrupòl a una fenèstra d'isolament de massa fòrça granda [doncas, consideratz totes los senhals de rapòrt massa-carga (m/z) coma de fragments]. Per aquela rason, perque l'instrument Impact II foguèt pas capable de crear un inclinason CE, divèrsas analisis independentas foguèron efectuadas en utilizant de valors d'energia de collision de dissociacion (CE) induchas per la collision aumentadas. En resumit, analisatz d'en primièr la mòstra per ionizacion UHPLC-electrospray/qTOF-MS en utilizant lo mòde d'espectrometria de massa unica (condicions de fragmentacion bassa generadas per la fragmentacion en font), en escanejant de m/z 50 a 1500 a una frequéncia de repeticion de 5 Hz. Utilizatz l'azòt coma gas de collision per l'analisi MS/MS, e realizatz de mesuras independentas a las quatre tensions de dissociacion induchas per la collision seguentas: 20, 30, 40 e 50 eV. Pendent tot lo procès de mesura, lo quadrupòl a la fenèstra d'isolament de massa mai granda, de m/z 50 a 1500. Quand l'experiéncia de còrs davancièr m/z e de largor d'isolament es fixada a 200, l'interval de massa es automaticament activat pel logicial d'explotacion de l'instrument e 0 Da. Escanejar de fragments de massa coma en mòde de massa unica. Utilizar de format de sòdi (50 ml d'isopropanòl, 200 μl d'acid formic e 1 ml de solucion aquosa de NaOH 1M) per l'etalonatge de massa. En utilizant l'algoritme d'etalonatge de nauta precision de Bruker, lo fichièr de donadas es calibrat après aver executat l'espèctre mejan dins un periòde de temps donat. Utilizatz la foncion d'exportacion del logicial Data Analysis v4.0 (Brook Dalton, Bremen, Alemanha) per convertir los fichièrs de donadas brutas en format NetCDF. L'ensemble de donadas MS/MS es estat enregistrat dins la basa de donadas metabolomica dobèrta MetaboLights (www.ebi.ac.uk) amb lo numèro d'accession. MTBLS1471.
L'assemblatge MS/MS pòt èsser realizat a travèrs l'analisi de correlacion entre los senhals de qualitat MS1 e MS/MS per l'energia de collision bassa e nauta e de règlas recentament implementadas. L'escript R es utilizat per realizar l'analisi de correlacion de la distribucion del precursor al produch, e l'escript C# (https://github.com/MPI-DL/indiscriminant-MS-MS-assembly-pipeline) es utilizat per implementar las règlas.
Per tal de reduire las errors positivas falsas causadas pel bruch de fons e la correlacion falsa causada per la deteccion de cèrtas caracteristicas m/z dins sonque qualques mòstras, utilizam la foncion "pic emplenat" del paquet R XCMS (per la correccion del bruch de fons) Deuriá èsser utilizat per remplaçar l'intensitat "NA" (pic non detectat). Quand la foncion de pic de rempliment es utilizada, i a encara fòrça valors d'intensitat "0" dins l'ensemble de donadas qu'afectaràn lo calcul de la correlacion. Puèi, comparam los resultats de tractament de donadas obtenguts quand la foncion de pic emplenat es utilizada e quand la foncion de pic emplenat es pas utilizada, e calculam la valor de bruch de fons basada sus la valor mejana corregida, puèi remplaçarem amb aquelas valors d'intensitat 0′′ valor de fons calculada. Tanben considerèrem pas que de caracteristicas que lor intensitat despassava tres còps la valor de fons e las considerèrem coma de "pics vertadièrs". Pels calculs PCC, sonque los senhals m/z del precursor de la mòstra (MS1) e dels ensembles de donadas de fragments amb al mens uèch pics vertadièrs son considerats.
Se l'intensitat de la caracteristica de qualitat precursor dins la mòstra entièra es significativament correlada amb l'intensitat redusida de la meteissa caracteristica de qualitat qu'es somesa a una energia de collision bassa o nauta, e se la caracteristica es pas etiquetada coma un pic d'isotòp per CAMERA, pòt èsser mai definida. Puèi, en calculant totes los parelhs precursor-produch possibles dins 3 s (la fenèstra de temps de retencion estimada per la retencion de pic), l'analisi de correlacion es realizada. Sonque quand la valor m/z es mai bassa que la valor precursor e la fragmentacion MS/MS se produtz dins lo meteis emplaçament de mòstra dins l'ensemble de donadas que lo precursor d'ont es derivat, es considerat coma un fragment.
En foncion d'aquelas doas règlas simplas, exclusèm los fragments especificats amb de valors m/z mai grandas que lo m/z del precursor identificat, e en foncion de la posicion de la mòstra ont lo precursor apareis e lo fragment especificat. Es tanben possible de seleccionar las caracteristicas de qualitat generadas per fòrça fragments en font generats en mòde MS1 coma de precursors candidats, en generant aital de compausats MS/MS redondants. Per reduire aquela redondància de donadas, se la similitud NDP dels espectres despassa 0,6, e apartenon al cromatograma "pcgroup" anotat per CAMERA, los fusionarem. Fin finala, fusionam los quatre resultats CE associats al precursor e als fragments dins l'espèctre compausat desconvolut final en seleccionant lo pic d'intensitat mai nauta demest totes los pics candidats amb la meteissa valor m/z a diferentas energias de collision. Las etapas de tractament seguentas son basadas sul concèpte d'espèctre compausat e prenon en compte las diferentas condicions CE requeridas per maximizar la probabilitat de fragmentacion, perque qualques fragments pòdon èsser detectats sonque jos una energia de collision especifica.
RDPI (30) foguèt utilizat per calcular l'inducibilitat del perfil metabolic. La diversitat de l'espèctre metabolic (indici Hj) es derivada de l'abondància de precursors MS/MS en utilizant l'entropia de Shannon de la distribucion de frequéncia MS/MS en utilizant l'equacion seguenta descricha per Martínez et al. (8). Hj = −∑i = 1mPijlog2(Pij) ont Pij correspond a la frequéncia relativa del i-ème MS/MS dins lo j-ème mòstra (j = 1, 2,..., m) (i = 1, 2, …, m) t).
L'especificitat metabolica (indici Si) es definida coma l'identitat d'expression d'un MS/MS donat en relacion amb la frequéncia entre los mòstras considerats. L'especificitat MS/MS es calculada coma Si = 1t (∑j = 1tPijPilog2PijPi)
Utilizatz la formula seguenta per mesurar l'indici δj especific del metabolòma de cada mòstra j, e la mejana de l'especificitat MS/MS δj = ∑i = 1mPijSi
Los espectres MS/MS son alinhats en parelhs, e la similitud es calculada en foncion de las doas puntuacions. D'en primièr, en utilizant NDP estandard (tanben conegut coma metòde de correlacion de cosinus), utilizatz l'equacion seguenta per marcar la similitud del segment entre los espectres NDP = (∑iS1 & S2WS1, iWS2, i) 2∑iWS1, i2∑iWS2, i2 ont S1 e S2 Correspondentament, pels espectres 1 e 2, WS, e i2, tanben i2 representa lo pes basat sus l'intensitat del pic que la diferéncia del i-en pic comun entre los dos espectres es inferiora a 0,01 Da. Lo pes es calculat de la manièra seguenta: W = [intensitat de pic] m [qualitat] n, m = 0,5, n = 2, coma suggerit per MassBank.
Un segond metòde de puntuacion foguèt implementat, qu'implicava l'analisi de la NL partejada entre MS/MS. A aquò, utilizèrem las 52 listas NL frequentament rescontradas pendent lo procès de fragmentacion MS en tandem, e lo NL mai especific (fichièr de donadas S1) qu'es estat anotat prèviament per l'espèctre MS/MS dels metabolits segondaris de l'espècia Nepenthes afeblida ( 9, 26). Crear un vector binari de 1 e 0 per cada MS/MS, correspondent al corrent e a l'inexistent de qualques NL respectivament. En foncion de la similitud de distància euclidiana, la nòta de similitud NL es calculada per cada parelh de vectors NL binaris.
Per realizar un agropament doble, utilizèrem lo paquet R DiffCoEx, que se basa sus una extension de l'analisi de coexpression de gèns ponderada (WGCNA). En utilizant las matriças de puntuacion NDP e NL dels espectres MS/MS, utilizèrem DiffCoEx per calcular la matriça de correlacion comparativa. L'agropament binari es realizat en definissent lo paramètre "cutreeDynamic" a method = "hybrid", cutHeight = 0.9999, deepSplit = T, e minClusterSize = 10. Lo còde font R de DiffCoEx foguèt telecargat dempuèi lo fichièr suplementari 1 per Tesson et al. (57); Lo paquet logicial R WGCNA requerit se pòt trobar dins https://horvath.genetics.ucla.edu/html/CoexpressionNetwork/Rpackages/WGCNA.
Per fin de realizar l'analisi de la ret moleculara MS/MS, calculèrem la connectivitat espectrala acoblada basada sus de tipes de similitud NDP e NL, e utilizèrem lo logicial Cytoscape per visualizar la topologia de la ret en utilizant la disposicion organica dins l'aplicacion d'extension de l'algoritme de disposicion CyFilescape yFiles.
Utilizatz R version 3.0.1 per realizar una analisi estatistica sus las donadas. La significacion estatistica foguèt avalorada en utilizant l'analisi de variança bidireccionala (ANOVA), seguida del tèst post-hoc de diferéncia onèstament significativa (HSD) de Tukey. Per analisar la diferéncia entre lo tractament erbivòr e lo contraròtle, la distribucion a doas coas dels dos grops de mòstras amb la meteissa variança foguèt analizada en utilizant lo tèst t de Student.
Per de materials suplementaris per aqueste article, mercés de consultar http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/24/eaaz0381/DC1
S'agís d'un article d'accès dobèrt distribuit jos las condicions de la licéncia d'atribucion non comerciala Creative Commons , que permet l'usatge, la distribucion e la reproduccion dins quin mèdia que siá, tant que l'usatge final es pas per un profièch comercial e que la premissa es que l'òbra originala es corrècta. Referéncia.
Nòta : Vos demandam pas que de provesir vòstra adreça de corrièl per que la persona que recomandatz a la pagina sàpia que volètz que veja lo corrièl e qu'es pas de spam. Capturarem pas cap d'adreça de corrièl.
Aquesta question es utilizada per testar se sètz un visitor e evitar la somission automatica de spam.
La teoria de l'informacion provesís una moneda universala per la comparason de metabolòmas especials e la prediccion de las teorias de defensa de tèst.
La teoria de l'informacion provesís una moneda universala per la comparason de metabolòmas especials e la prediccion de las teorias de defensa de tèst.
©2021 Associacion Americana per l'Avançament de la Sciéncia. totes los dreches reservats. AAAS es un socio de HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef y COUNTER. ScienceAdvances ISSN 2375-2548.