Diferentne teorie pal-i defènsia e śuźe śuźe den importanto teorikano źutimos te śaj te eksplikisarel pes o modelo e śuźe specializirime metabolizmosqo, numaj lenqe ključne predikcie ačhen te aven testime. Kathe, amen hasnisaras bi-biasno tandem mass spectrometry (MS/MS) analìza te xramosaras sistematikane o metabolòmo e tobakoske atenuime śajutnimatenqo katar e individualne śajutne źi k-e populacie thaj paśe phangle speciě, thaj procesisaras jekh baro gin e mass spektrometrikane karakteristikenqo bazirime pe komponente spektrură anθ-i informàcia. Ramko te testisarel pes e ključne predikcie pal-e teorie pal-i optimalo defènsia (OD) thaj pal-o phirutno ciljo (MT). I informàciaqi komponènta e metabolòmikaqe e śuźe śuźe si konzistènto e OD-esqe teorìaça, numaj kontradiktil i maj bari predikcia e MT-esqi teorìaqi pal-i dinamika e metabolòmikaqi kerdini kaθar e herbivorură. Katar o mikro źi ko makro evoluciaqo nivelo, o jasmonato signàlo sas identifikuime sar o maj baro determinanto vaś o OD, kana o etilenosqo signàlo kerdas jekh laćho-tuningo vaś o śerutno-specifiko respònso anotirime katar o MS/MS molekulàro netvorko.
E specialne metabolitura save si len diferentne strukture si e majbare participantura ande adaptàcia e śuźenqi karing o ambiènto, maj but ande defènsia e duśmànenqi (1). I śukar diverzifikacia e specialo metabolizmosqi savi arakhel pes anθ-e śajutne stimulisardas dekada but śukar rodipnasqe pe lesqe but aspèktură e ekologikane funkcienqe, thaj kerdas jekh lungo lista e teorienqi pal-i defènsa e śajutnimatenqi, save si o evoluciaqo thaj ekolośikano barjaripe e interakcienqo maśkar e śajutne thaj insektură. O empirikano rodipe del importanto rigăripen (2). Numaj, kadala teorie pal-i defènsia e śajutnimatenqi na śunde o normativo drom e hipotetikane deduktìvo rezonàciaqo, anθ-o savo e śerutne predikcie sas anθ-o sa kodo nivèlo e analìzaqo (3) thaj sas testime eksperimentàlo te śaj te źan maj angle o avutno ćàso e teorikane barjaripnasqo (4). E tèknikane limitàcie limitisaren i kolekcia e datengo anθ-e specifikane metabolikane kategorie thaj na den andre i analìza e specializirime metabolìtenqi, kadja ke na keren pes maśkar-e kategorie save si esenciàlo vaś o teorikano barjaripe (5). O bi-aźutipe e metabolomikane datengo thaj jekh khetani valuta te kerel pes komparacia e butăqo e procesurenqo e metabolikane thanesqo maśkar e diferentne grupe e śuźe ćhibăqe, ćhinavel e śiàntifikane phuripe e śerutnesqo.
E maj palune barjaripa ano fieldo e tandem mass spektrometriako (MS/MS) metabolomika shaj te karakterizirinen e metabolikane paruvimata andar thaj mashkar e specije kotar jekh dino sistemosko klado, thaj shaj te oven kombinime e kompjuterikane metodenca te shaj te ginaven pes e strukturalno similarnost mashkar akala kompleksno mikstura. Angluno prinźaripen pal-i khìmia (5). I kombinàcia e avansime tèknologienqi anθ-i analìza thaj anθ-i kompjuterìza del jekh trubujipenqo fremo vaś lungo-vràmaqo testisaripe bute predikcienqo kerde katar e ekolośikane thaj evoluciaqe teorie vaś e metabolikani diverzitèta. O Shannon (6) introducisardas i informàciaqi teoria anglunivar anθ-o lesqo seminàlo artìklo anθ-o 1948, thovindoj o fundo vaś i matemàtikani analìza e informàciaqi, savi sas labărdi anθ-e but riga aver katar lesqi originalo aplikàcia. Ki genomika, i informàciaqi teorìa sas laćhes aplikime te śaj te meśel pes i sekvenca konservatìvo informàciaqi (7). Ano transkriptomikano rodipe, i informaciaki teoria analiziril e saste paruvimata ano transkriptomo (8). Ano angluno rodipe, amen aplikisardam o statistikano fremo e informaciako teorijako ki metabolomika te deskriptirinel e metabolikani ekspertiza e niveloski e tkivongi ki plantura (9). Kathe, ame kombinisaras o MS/MS-bazirime butjako drom e statistikane fremosa e informaciaki teorijaki, karakterizirime katar e metabolikani diverziteta ande komunalno valuta, te keras komparacia e ključne predikcijenca katar e teorija e defenciaki e luludjaki katar o metabolomo inducirime katar e herbivora.
E teoretikane fremură vaś e defènsia e śuźe śuźe si butivar jekh avresθar inkluzivne thaj śaj te aven ulade anθ-e duj kategorie: kodola save zumaven te eksplikisaren i distribùcia e śuźe-specifìkane metabolìturenqi bazirime pe defènsaqe funkcie, sar si i optimalo defènsia (OD) (10), o phirutno śerutno (MT) (11) ) thaj i teoria e dikhipnasqi (12), kana aver roden eksplikàcia sar e mekanikane paruvimata e resursenqe save si len efekto o barjaripe e śuźe śuźe thaj o akumulàcia e specializirime metabolìturenqi, sar so si o karbono: i hipoteza pal-o balanso e nutrienturenqo (13), i hipoteza e barvalipnasqi (14 ), thaj i hipoteza pal-o barjaripen thaj i diferenciàciaqo ekvilibro (15). E duj teorie si pe diferentno nivelura e analizake (4). Numaj, duj teorie save involvirinen defenzivno funkcije pe funkcionalno nivelo dominirinen o vorbipe vash e plantonge konstitutivno thaj inducibilno defense: OD teorija, savi lel pe sama kaj e plantura investirinen ande pire kuchi khemikane defenzije numa kana trubul, sar egzamplo, kana von si ingestime Kana jekh grast animalo atakuil, odolesqe, palal e shaipe e avutne atakosko, o komponento e avutne atako si kerdo sar defenzivno (10); i MT hipoteza propozil kaj naj aksia e direkciaqe paruvipnaski e metabolitosqi, numaj o metabolit paruvel pes randomizirime, kadja ke kerel pes i śajmata te phandel pes o metabolikano “motion target” te atakuil pes e herbivoren. Ande aver vorbe, kadala duj teorie keren kontraverzno predikcie pal-o metabolikano remodeliripe savo kerel pes palal o atako e herbivorenqo: i relacia maśkar i unidirekciaqi akumulàcia e metaboliturenqi e defenzivno funkciaça (OD) thaj e na-direkciaqe metabolikane paruvimata (MT) (11 ).
E OD thaj MT hipoteze na numaj involvirinen e inducirime paruvimata ando metabolomo, numaj vi e ekološke thaj evoluciake konsekvence katar e akumulacia kadale metaboliturengi, sar so si e adaptivno koštura thaj e beneficie kadale metabolikane paruvipnaske ande jekh specifično ekološko ambiènto (16). Vi te pindžaren e duj hipoteze e defenzivno funkcia e specializirime metaboliturengi, savi šaj te avel vaj na šaj te avel kuchi, i ključno predikcia savi dikhel e OD thaj MT hipoteze si ande direkcia e inducirime metabolikane paruvipnaski. I predikcia e OD teorijaki resljas maj but eksperimentalno atencija dji akana. Kadala testura inkljen ande lende o studiribe e direktno vaj indirektno defenzivno funkciengo e diferentno tkiva e specifična komponentengo ande serra thaj naturalne kondicije, sar vi e paruvimata ande faza e barvalipasko e luludjenqo (17-19). Numaj, źi akana, palal o bi-aśtipen te kerel pes buti thaj jekh statistikano fremo vaś globalo pherdo analìza e metabolikane diverzitetosqi vaś savi-te-avel organismo, i maj bari predikcia e diferencienqi maśkar e duj teorie (so si, i rig e metabolikane paruvipnaski) ačhel te avel testime. Kathe, ame das jekh kasavi analìza.
Jekh katar e maj importantne karakteristike e metabolitenge save si specifična e kashtenge si lengo ekstremo strukturalno diverziteto pe sa e nivelura katar e kashte, populacie dži ko similarno specije (20). But kvantitativne paruvimata ande specializirime metabolitura śaj te dikhen pes pe populaciaki skala, kana zurale kvalitativne diferencie si obično inkerde pe specijako nivelo (20). Anda kodo, e metabolikani diverziteta le śuźenqi si o maj baro aspekto le funkcionalo diverzitetosko, so sikavel i adaptàcia karing diferentne niśe, maj but kodola niśe saven si diferentne invaziaqe śaimata katar specialne insektură thaj komunalne herbivorură (21). De katar o Fraenkel (22) angluno artiklo pal-e śajutnimata vaś e egzistenca e metaboliturenqi specifikane vaś e śajutne, e interakcie e verver insekturenqe sas dikhline sar importanto selekciaqe presie, thaj kadala interakcie si paćavde te formirisarde e śajutne anθ-i evolucia. Metabolikano drom (23). E diferencie maškar e specije ande diverziteto e specializirime metaboliturengo šaj vi te sikaven o fiziološko balanso asociirime e konstitutivno thaj inducibilno defensa e luludjenqi mamuj e herbivorikane strategie, sar e duj specije si butivar negativno korelirime jekh avresa (24). Vi te śaj te avel laćhes te inkerel pes jekh laćhi defènsia sa e vràme, e metabolikane paruvimata asociime e defènsiaça anθ-o vaxt den klaro laćhipen te mukhen e śajutne te den resurse vaś aver fiziològike investicie (19, 24), thaj te na avel len trubujipe vaś simbioza. Kolateralno škoda (25). Paše odova, akala reorganizàcie e specializirime metabolìturenqe kerde katar e insektosqe herbivore śaj te anen jekh destruktìvo distribùcia anθ-i populacia (26), thaj śaj te sikaven direkto ginavipen e substancìalo naturalne paruvipnaça anθ-o signalo e jasmonikane acidosqo (JA), savo śaj te avel inkerdo anθ-i populacia. Uće thaj tikne JA signalura si kompromisura maškar e defènsia mamuj e herbivore thaj i kompeticia e specifikane speciencar (27). Paše odova, e specializirime droma e biosintetikane metabolitenge ka nakhen sigo xasaripe thaj transformàcia anθ-i evolucia, so ka kerel jekh bi-lačhi metabolìkani distribùcia maśkar e paśutne speciě (28). Kadala polimorfizmura śaj te aven sigo establisarde sar respònso karing o paruvipen le herbivorenqo (29), so znachil ke i fluktuacia le herbivorenqi komuniteturenqi si jekh ključno faktoro savo ćhivel e metabolikani heterogenitèta.
Kathe, amen specifiko reslam kadala problemură. (I) Sar o herbivoro insekto rekonfiguril o metabolomo e ćororesko? (Ii) Save si e majbare informaciake komponente katar e metabolikani plasticiteta save śaj te aven kvantifikuime te śaj te testisarel pes e predikcie katar e lungo-vrjamaki defenciaki teoria? (Iii) Te si te reprogramisarel pes o metabolomo e ćororesko ano jekh drom unikalno e atakutneske, te si kadja, savi rola khelel o hormono e ćororesko ano adaptiribe e specifikune metabolikane responsosko, thaj save metabolitura den kontribucia ki specifična defencia? (Iv) Sar e predikcie kerde katar but defènsiaqe teorie śaj te aven vazdine pe sa e nivelură le biologikane tìvurenqe, ame pućhlam sar si konzistènto o metabolikano respònso kerdo katar i andruni komparacia źi k-i komparacia maśkar e specie? Pe akava agor, amen sistematikane studirisardam o metabolomo e lilaqo e tobakosko nikotino, savo si ekologikano modelo e barvale specializirime metabolizmosqo, thaj si efektivo mamuj e larve e duje native herbivorenqe, Lepidoptera Datura (Ms) ( But agresivno, maj but xasardo) Pe Solanaceae thaj Spodoptera (Spodopteral), si jekh vrjama lila e ćororeski “genus”, e gazdaske thana e Solanaceae thaj aver gazda katar aver genera thaj familije Xabe e thana. Amen analizisardam o spektro e MS/MS metabolomikane thaj lijam avri e informaciake teorijake statistikane deskriptora te shaj keras komparacia mashkar e OD thaj MT teorie. Keren specifično karte te sikaven o identiteto e ključne metabolitengo. I analìza sas vazdini vi k-i natìvo populacia e N. nasi thaj paśe phangle tobakoske specienqe te śaj maj dur te analizisarel pes i kovariànca maśkar o signàlo e hormonurenqo e śuźe śuźe thaj i indukcia e OD-esqi.
Te śaj te astaras jekh generalo mapa pal-i plasticitàta thaj i struktura e lilaqo metabolòmo e herbivorosqe tobakosqo, amen hasnisaras jekh anglal kerdo analìzo thaj kalkulàciaqo butăqo drom te śaj te kidas thaj te dekonvolutisaras e spektrură MS/MS bi-rezoluciaqe bi-rezoluciaqe katar e ekstraktură le śuźe ( 9). Kadi na-diferencirime metoda (akhardi MS/MS) śaj te kerel na-redundanto komponentosqe spektrură, save śaj te aven utilizuime vaś sa e komponentosqe-niveloske analìze deskriptuime kathe. Kadala dekonvoluime metabolitura katar e śajutne si katar bute vrjama, save si kerdine katar śela źi ka ezera metabolitura (karing 500-1000-s/MS/MS kathe). Kathe, ame dikhas i metabolikani plasticiteta anθ-o fremo e informàciaqi teorìaqo, thaj kvantifikisaras i diverzitèta thaj i profèsionalìzmo e metabolomosqo bazirime p-i Shannon entropia e metabolikane frekvencaqi distribùciaqi. Sar hasnisaras i maj anglal implementisardi fòrmula (8), ame kerdam jekh sèria e indikàtorenqi savi śaj te avel labărdi te kvantifikisarel pes i metabolòmaqi diverzitèta (Hj indikàtoro), i metabolìkani profilosqi specializàcia (δj indikàtoro) thaj i metabolìkani specifikitàta e jekhe metabolìtosqi (Si indikàtoro). Paše odova, amen aplikisardam o Relative Distance Plasticity Index (RDPI) te kvantifikisaras i metabolomoski inducibilitèta e herbivorenqi (Figura 1A) (30). Ano akava statistikano fremo, amen tretirisaras o MS/MS spektro sar bazaki informaciaki jekhin, thaj procesirisaras o relativo butipe e MS/MS-esko ano frekvencako distribuciako mapa, thaj palo odova hasnisaras e Shannon entropia te estimisaras e metabolomeski diverziteta kotar odova. I specializacia e metabolomeski si mesurime katar e maśkaruni specifikiteta e jekhe MS/MS spektrosqi. Anda kodo, o vazdipen ande buti varesave MS/MS klasenqi palal i indukcia e herbivorenqi si transformisardo anθ-i spektràlo indukcia, RDPI thaj specializàcia, kodo si, o vazdipen anθ-o δj indekso, sosqe maj but specializirime metabolìtură si kerde thaj jekh baro Si indekso si kerdo. O tiknjaripe e Hj diverzitetosko indekso sikavel kaj vaj o numero e generime MS/MS-esko si tiknjardo, vaj e profiloski frekvencaki distribucia paruvel pes ande jekh maj tikno uniformo drom, źi kana tiknjarel pesqi generalo na-sigurnipe. Prekal o kalkulipe e Si indexosko, si śajpe te sikavel pes save MS/MS si inducirime katar varesave herbivore, kontra, save MS/MS na den atùnći respònso k-i indukcia, so si jekh ključno indikàtoro te dikhel pes i MT thaj OD predikcia.
(A) Statistikane deskriptora save si hasnime vaś e herbivore (H1 źi ka Hx) MS/MS data-inducìbilitèta (RDPI), diverzitèta (Hj indekso), specializàcia (δj indekso) thaj metabolìtosqi specifikàcia (Si indekso). Jekh vazdipe ko stepeni e specializaciako (δj) sikavel kaj, ko mashkar, ka oven kerdine maj but herbivorno specifično metabolitura, a jekh tiknjaripe ko diverziteto (Hj) sikavel jekh tiknjaripe ko produkcia e metaboliturengo ja na-egalno distribucia e metaboliturengi ki distribuciaki mapa. I Si-esqi vlàda dikhel te si o metabolìto specifiko vaś jekh dini kondicia (kathe, herbivoro) vaj kontra si inkerdo anθ-o sa kodo nivèlo. (B) Konceptualo diagramo e predikciaqo e defènsaqe teorìaqo labǎrindoj i aksa e informàciaqi teorìaqi. I OD teoria phenel kaj o atako e herbivorenqo ka vazdel e defènsaqe metabolìtură, kadja vazdel o δj. Ano sasto vakti, o Hj tiknjarel pes soske o profilo si reorganizirimo karing o tiknjaripe e na siguripasko e metabolikane informaciako. I MT teoria phenel kaj o atako e herbivorenqo ka kerel bi-direkciaqe paruvimata anθ-o metabolomo, kadja vazdel o Hj sar jekh indikàtoro vaś o vazdipen e metabolikane informàciaqo bi-śajutnipen thaj kerel jekh randomizirime distribùcia e Si. Amen vi propozisardam jekh miksardo modelo, o maj laćho MT, ande savo varesave metabolitura saven si maj bare defenzivno valutură ka aven specialo vazdine (baro Si valuto), kana aver sikaven randomizirime response (maj tikno Si valuto).
Sar hasnisaras e informaciaqe teorienqe deskriptòrură, ame interpretisaras i OD teoria te prediktisaras ke e herbivore-inducime specialo metabolitoske paruvimata anθ-o jekh na-inducirime konstitutìvo stàto ka anen (i) jekh vazdipen anθ-i metabolikani specifikitàta (Si indekso) so ćhivel i metabolìkani specifikitàta (δj indekso) O vazdipen) varesave specialo metabolitosqe grupenqo saven si len maj baro defènso valuto, thaj (ii) o tiknǎripen e diverzitetosqo (Hj) anθ-o metabolìto paruvipe e metabolikane frekvencako distribùciaqo k-i maj but leptinoski distribùcia e truposqi. Pe nivelo e jekhe metabolitosqo, aźukerel pes jekh òrdino Si distribùcia, kaj o metabolito ka vazdel o Si-esqo gin palal lesqo defènso (Figura 1B). Pe kadi linia, ame eksplicisaras i MT teoria te prediktisaras ke i excitàcia ka kerel (i) na-direkciaqe paruvimata anθ-e metabolìtură save ka anen jekh tiknǎripen anθ-o δj indekso, thaj (ii) jekh vazdipen anθ-o Hj indekso so si kerdo anθ-o vazdipen anθ-i metabolikani na-śajutnipen. Vaj o randomizirime, savo śaj te avel kvantifikuime katar i Shannon entropia anθ-i fòrma e generalizirime diverzitetosqi. Sar si e metabolikani kompozicia, i MT teoria ka prediktil e randomizirime distribùcia e Si-qi. Te lel pes sama kaj varesave metabolitùra si anθ-e specifikane kondicie anθ-e specifikane kondicie, thaj aver kondicie na si anθ-e specifikane kondicie, thaj lenqi defènsaqi vlàda dependil kaθar o ambiènto, amen vi propozisardam jekh miksardo defènsaqo modelo, anθ-o savo δj thaj Hj si distribùcie anθ-e duj anθ-o Si vazdel pes anθ-e sa e riga, numaj varesave metabolìtură grupe, saven si len maj bare defènsaqe valutură, ka vazden pes specialo kana aver Si, ka avel len randomizirime distribùcie (Figura a 1B).
Te śaj te testisaras i nevo definisardi predikcia e defènsaqi teorìaqi p-i aksia e informàciaqi teorìaqi deskriptòrosqi, vazdam eksperto (Ms) vaj generalìsto (Sl) herbivore larve pe lila e Nepenthes pallens (Figura 2A). Sar hasnisaras MS/MS analìza, arakhlam 599 na-redundanto MS/MS spektrura (data file S1) katar metanol ekstraktura katar lila save sas kidine palal o xabe e ćororesko. O hasnipe e RDPI, Hj, thaj δj indeksurenqo te dikhel pes i rekonfiguràcia e informàciaqi anθ-e MS/MS konfiguraciaqe lilǎ sikavel interesànto patrènură (Figura 2B). O generalo trendo si kaj, sar so si deskriptirime kotar o informaciako deskriptori, sar e larve maj dur han lila, o stepeni sa e metabolikane reorganizaciako vazdel pes kotar o vaxt: 72 chasura palo so o herbivoro xal, o RDPI vazdel pes signifikantno. Komparaciasa e na-phagerde kontrolasa, o Hj sas signifikantno tiknjardo, so sas kerdo katar o vazdipe e specializaciako e metabolikane profilosko, so sas kvantifikuime katar o δj indekso. Kado dikhlino trendo si konzistento e predikcienca katar e OD teoria, numaj si inkonzistento e maj bare predikcienca katar e MT teoria, savi patyal ke e randomizirime (na-direkciake) paruvimata ande metabolitoske nivelura si hasnime sar defenzivno kamuflazha (Figura 1B). Vi te si o oralno sekreciaqo (OS) elicitoresqo sasto thaj o xabesko phiripen kadale duje herbivorenqo si diferentno, lenqo direkto xabe reslăs te aven similarne paruvimata anθ-e riga e Hj thaj δj anθ-e 24-chasurenqe thaj 72-chasurenqe periodură e kidipnaske. Ekh diferènca sas 72 òre RDPI. Komparaciasa kodolesa so kerdas o Ms xabe, o sasto metabolizmo kerdo katar o Sl xabe sas maj baro.
(A) Eksperimentalno dizajno: le ćorre ćorre (S1) vaj ekspertne (Ms) si dine xabe e desalinime lila katar e pitcher planturja, kana vaś o simulime ćororesko, o OS katar e Ms (W + OSMs) si kerdo te kerel punktura katar e standardizirime lila pozicije. S1 (W + OSSl) larve vaj pani (W + W). O kontrolo (C) si jekh na-phagerdo lil. (B) Indukcia (RDPI komparaciasa e kontrolno grafikosa), diverziteto (Hj indekso) thaj specializaciako (δj indekso) indekso kalkulime vash e specialno metabolitoski mapa (599 MS/MS; data file S1). E asteriskura sikaven signifikantno diferencie maškar o direktno xabe e herbivorengo thaj e kontrolno grupa (Studentesko t-testo e parno t-testosa, *P<0.05 thaj ***P<0.001). ns, na si importanto. (C) Indekso e vramaqo e rezoluciaqo e maj bare (lole kutie, amino acido, organikano acido thaj thud; data file S2) thaj specialo metabolitosqo spektro (lole kutie 443 MS/MS; data file S1) palal o simulime herbivoro tretmano. I koloroski banda sikavel o 95% konfidencako intervalo. O asterisko sikavel i signifikantno diferènca maśkar o tretmano thaj o kontrolo [kvadràtikani analìza e varìancaqi (ANOVA), palal so si i Tukey-esqi signifikànto diferènca (HSD) vaś e post hoc buteder komparacie, *P<0.05, **P<0.01 Thaj *** P <0.001]. (D) Specializàcia e śerutne grafikonenqi thaj e specialone metabolìtenqe profilurenqi (repeticiaqe mostre e diferentne tretmanurenqe).
Te dikhel pes te si o remodeliribe kerdo katar o herbivoro ko nivelo e metabolomesko sikavdo ko paruvipe ko nivelo e individualno metabolitengo, amen angluno drom fokusirisardam amen ko metabolitura so sas maj anglal studirime ko lila e Nepenthes pallens saven si sikavdo herbivoro resistenca. E fenolikane amide si hidroksisinamide-poliamin konjugatura save akumulirinen pes ano proceso e herbivorosko e insektengo thaj si pindžarde te ciknjaren e insektonge performanse (32). Amen rodam e prekursorura e korrespondentno MS/MS thaj kerdam grafiko lengere kumulativno kinetikane kurve (Figura S1). Na si ćudipe, e fenoloske derivàturǎ save na si direkto involvirime anθ-i defènsia mamuj e herbivorǎ, sar so si o klorogeno acido (CGA) thaj o rutin, si tele-regulisarde palal o herbivoro. Ko kontrasto, e herbivora śaj te keren e fenol amide but zurale. O pherdo xabe e duje herbivorengo resljarda te ovel pashe sa kodo spektro e excitaciako e fenolamidengo, thaj akava modelo sas but obviousno vash e de novo sinteza e fenolamidengi. O sasto fenomeno ka dikhel pes kana ka rodel pes o drom 17-hydroxygeranyl nonanediol diterpene glycosides (17-HGL-DTGs), savo kerel baro numero e aciklikane diterpene save si len efektivno anti-herbivore funkcie (33), katar save e Ms Feeding e Sl-esa vazdas jekh similarno ekspresia (Figura S1).
O śajdo bi laćhipen e eksperimenturenqo vaś o direkto xabe e herbivorenqo si i diferènca anθ-o xabe e lilaqo thaj anθ-o vaxt e xabeske e herbivorenqo, so kerel phares te eliminisarel pes e herbivorenqe-specifikane efektură kerde katar e rane thaj e herbivorenqe. Te śaj te laćharas maj miśto i specifikàcia e specienqi e herbivorenqi e inducirime lilaqo metabolikano respònso, amen simulisardam o xabe e Ms thaj Sl larvenqo kana sigo thovas o nevo kidino OS (OSM thaj OSS1) k-o standardo punktòro W e konzistènto lilaqe pozicienqo. Kadi procedura si akhardi W + OS tretmano, thaj standardizil i indukcia precizno kana kerel pes o vaxt e respònsoqo savo si kerdo katar o herbivoro bi te kerel konfùziaqe efektură katar e diferencie anθ-i ràta vaj anθ-i kvantitàta e xasaripnasqi e śeresqi (Figura 2A) (34). Ko hasnipe e MS/MS analizako thaj kalkulaciako pipeline, amen arakhlam 443 MS/MS spektrura (data file S1), save si preklopime e spektrenca save sas maj anglal kerdine katar e direktno xabeske eksperimentura. I analìza e informàciaqi teoriaqi kadale MS/MS data setosqi sikavdăs ke o reprogramisaripen e lila-specialisirime metabolomenqo simulisarindoj e herbivorenqo sikavdăs OS-specifìkane inducìcie (Figura 2C). Ande partikularno, ande relacia e OSS1 tretmanosa, OSM kerdas jekh vazdipe e metabolomesko specializaciako pala 4 chasura. Si te ovel ramosardo kaj komparativno e ​​direktno herbivore xabeske eksperimentalno setosa, e metabolikane kinetika vizualizirime ano duj-dimenzionalo than kotar o Hj thaj δj sar koordinate thaj i direkcia e metabolomeski specializaciaki sar responso ko simulirimo herbivoro tretmano kotar o vaxt vazdel pes konzistentno (Figura 2D). Ano sasto vakti, amen kvantifikisardam o sasto aminoacid, organikane acid thaj shukara (data file S2) te dikhas te si akava reslo vazdipe e metabolomesko ekspertizako kerdo kotar o rekonfiguriribe e centralno karbonosko metabolizmo sar responso e simulime herbivorenge ( Figura S2). Te śaj te eksplikisaras maj miśto kadava patrèto, ame maj dur monitorisaras i kinetika e metabolikane akumulaciaqi e maj anglal diskutime fenolamide thaj 17-HGL-DTG droma. I OS-specifiko indukcia e herbivorenqi si transformisardi anθ-o jekh diferentno rearanźisaripnasqo patrèto anθ-o fenolamidosqo metabolìzmo (Figura S3). E fenolikane amide save si len kumarin thaj kafeoil kotora si preferencijalno inducirime katar OSS1, a OSMs keren jekh specifično indukcia e ferulil konjugaturengi. Palal o 17-HGL-DTG drom, sas dikhlini diferenciàlo OS indukcia katar e malonilàcia thaj dimalonilaciaqe produktură (Figura S3).
Maj dur, ame studirisardam i OS-inducirime transkriptomoski plasticiteta labǎrindoj o data set e mikroarray-esqo e vràmaqo, savo simulisarel o labăripen e OSM-enqo te tretisarel e lila e lila e rozetaqe lila anθ-e herbivore. E kinetika e śerutnimaski si ande fundo pherdo e kinetikasa savi si kerdini anθ-i kadaja metabolomikani studia (35). Komparaciasa e metabolomeski rekonfiguracia ande savi e metabolikani plasticiteta si specialo vazdini palal o vaxt, dikhas tranzitorikane transkripciake phabarimata ande lila inducirime katar Ms, kote so e transkriptomeski inducibiliteta (RDPI) thaj specializacia (δj) si pe 1 Sas jekh signifikantno vazdipe ande chasura, thaj diverziteto (Hj) ande kado vrama, e ekspresia e BMP1, sas signifikantno redukime palal e relaksacia transkriptomoski specializacia (Figura S4). E metabolikane genengi familija (sar P450, glikoziltransferaza, thaj BAHD aciltransferaza) len kotor ano proceso te kiden pes specialne metabolitura katar strukturalno jekhimata save aven katar primarno metabolizmo, palal o anglal phendo angluno modelo e bare specializaciako. Sar jekh kazuso, o drom e fenilalaninesko sas analizime. I analìza konfirmisardas kaj e śerutne gene anθ-o fenolamidosqo metabolìzmo si but OS-inducime anθ-e herbivore anθ-o komparacia e na-atraktime kaśtenqe, thaj si paśe phangle anθ-e lenqe ekspresiaqe patrènură. O transkripciaqo faktòro MYB8 thaj e strukturàlo gene PAL1, PAL2, C4H thaj 4CL anθ-o upreder kotor kadale dromesqo sikade jekh angluni iniciacia e transkripciaqi. E acyltransferaze save khelen rola ano agorutno khedipe e fenolamidesko, sar so si o AT1, DH29, thaj CV86, sikaven jekh lungo upregulaciako modelo (Figura S4). E obzervàcie opral sikaven kaj o angluno iniciàcia e transkriptomesqi specializaciaqi thaj o maj palal vazdipen e metabolomikane specializaciaqo si jekh phanglo modo, savo śaj te avel kerdo katar o sinhrono regulaciaqo sistemo savo iniciisarel jekh zuralo defènso responso.
I rekonfiguràcia anθ-i signalizacia e hormonenqi e śuźenqi kerel buti sar jekh regulaciaqo śero savo integrisarel e informàcie pal-e śuźe xarne te reprogramisarel i fiziològia e śuźe śuźe. Palal i simulàcia e herbivorenqi, ame meśisardam i kumulatìvo dinamika e ključne kategorienqi e hormonenqi e śuźenqi thaj vizualizisardam i ko-eksprèsia maśkar lende [Pearson korelaciaqo koefìciento (PCC)> 0.4] (Figura 3A). Sar so si aźukerdo, le hormonură le śuźe save si len relacia e biosintezasa si phangle and-i mreža le hormonurenqi ko-ekspresia le śuźe śuźe. Paše odova, i metabolikani specifičnost (Si indekso) si mapime ki akaja mreža te sikavel e hormonia e ćororeske inducirime kotar diferentno tretmanura. Duj bare thana e herbivorenge specifično responsoske si drabarde: jekh si ando JA klastero, kote so JA (lesko biologikane aktivno formo JA-Ile) thaj aver JA derivatura sikaven o maj baro Si skor; o aver si etilen (ET). O Gibberellin sikavda numaj jekh maśkaruni vazdipen anθ-i specifikacia e herbivorenqi, kana aver hormonură e śuźe, sar so si o citokinin, o auxin thaj o abscisic acid, sas len tikni indukciaqi specifikiteta vaś e herbivore. Komparaciasa e W + W korkori, i amplifikàcia e maj bare valutenqi e JA derivaturenqi prekal i OS aplikàcia (W + OS) śaj te avel transformisardi anθ-o jekh zuralo specifiko indikàtoro e JAs. Bi te aźukerel pes, OSM thaj OSS1 diferentno elicitoresqe sasto si pinʒarde te keren jekh sa kadja akumulàcia e JA thaj JA-Ile. Ande kontrasta e OSS1-esa, o OSM si specifično thaj zurales inducirime katar e OSM-ura, kana o OSS1 na amplificiril o responso katar e bazalne rane (Figura 3B).
(A) Analiza e netvorkoski e ko-ekspresiaki bazirime pe PCC kalkulàcia e simulàciaqi e kinetikaqi e akumulàciaqi e hormonurenqi e śuźe śuźe inducirime katar e herbivore. O nodo reprezentisarel jekh hormono e ćororesko, thaj o barope e nodosko reprezentisarel o Si indekso specifično e ćororesko hormono maškar e tretmanura. (B) Akumulàcia e JA, JA-Ile thaj ET anθ-e lila kerde katar diferentne tretmanură sikavde katar diferentne kolorură: kajsi, W + OSM; lole, W + OSSl; kalo, W + W; lole, C (kontrola) . E asteriskura sikaven signifikantno diferencie maškar o tretmano thaj o kontrolo (duj-drom ANOVA palal o Tukey HSD post hoc buteder komparacia, *** P <0.001). Analiza e informaciaki teorijaki katar (C)697 MS/MS (data file S1) ande JA biosinteza thaj nasvalo percepciako spektro (irAOC thaj irCOI1) thaj (D)585 MS/MS (data file S1) ande ETR1 nasvalo ET signalosa Duj simulime herbivore tretmanura triggerisarde e plantonge linie thaj vehikulo kontrola (EV) plantura. Le asteriskura sikaven signifikantno diferencie maškar o W+OS tretmano thaj o na-phagerdo kontrolo (duj-drom ANOVA palal o Tukey HSD post hoc butvarno komparacia, *P<0.05, **P<0.01 thaj ***P<0.001). (E) Ćhivde grafike e ćhidine opòziciaqe karing i specializàcia. E kolora reprezentisaren diferentno genetikane modifikuime shtammura; le simbolura sikaven diferentne tretmanoske metode: trianglo, W + OSS1; rektanglo, W + OSM; krugo C
Maj dur, amen hasnisaras jekh genetikane modifikuime shtampo e atenuime Nepenthes (irCOI1 thaj sETR1) ande ključne pasura e JA thaj ET biosintezake (irAOC thaj irACO) thaj percepcia (irCOI1 thaj sETR1) te analizisaras o metabolizmo kadale duje hormonengo katar e herbivora O kontribucia e reprogramaciaki. Sar si e anglune eksperimentura, konfirmisardam i indukcia e herbivore-OS-esqi anθ-e ćorre ćorre (EV) śajutne (Figura 3, C źi k-o D) thaj o sasto tiknǎripen anθ-o Hj indekso kerdo kaθar o OSM, kana o δj indekso vazdel pes. O atùnćipen si maj baro sar o atùnćipen kerdo katar o OSS1. Jekh duj-linienqo grafiko savo kerel buti e Hj thaj δj sar koordinàte sikavel i specifiko deregulàcia (Figura 3E). O maj obviousno trendo si kaj ko shtammura saven naj JA signalo, o metabolome diverziteto thaj specializaciake paruvimata kerde kotar e herbivora si pashe pherdo eliminime (Figura 3C). Ande kontrasta, i ćući ET percepcia anθ-e sETR1 śajutne, vi te si o sasto efekto anθ-e paruvimata anθ-o metabolizmo e herbivorosqo but maj tikno sar kodo anθar o JA signalisaripen, atenuisarel i diferènca anθ-e Hj thaj δj indeksură maśkar e OSM thaj OSS1 excitacie (Figura 3D thaj Figura S5). . Akava sikavel kaj po drom e fundavno funkciako e JA signalosko transdukciako, ET signalosko transdukcia vi kerel buti sar jekh lačho-tuning e specijake-specifično metabolikane responsesko e herbivorengo. Konzistentno kadale funkciasa e fine-tuning-eski, na sas paruvipe ande sasti metabolomoski inducibiliteta ande sETR1-eske thana. Pe aver rig, komparaciasa e sETR1 thana, e irACO thana inducisarde similarno generalo amplitude e metabolikane paruvipnaske kerde katar e herbivora, numa sikade signifikantno diferentno Hj thaj δj skorura maškar OSM thaj OSS1 pharipa (Figura S5).
Te śaj te identifikisaras specializirime metabolitură save si len importanto kontribucie k-o speciàlo-specifiko respònso le herbivorenqo thaj te laćharas lenqi produkcia prekal ET signàlurǎ, ame hasnisaras i maj anglal kerdini strukturàlo MS/MS metoda. Kadi metoda baziril pe bi-grupipeski metoda te re-inferirinel e metabolikani familija katar MS/MS fragmentura [normalizirime punktosko produkto (NDP)] thaj similarno skor bazirime pe neutralno xasaripe (NL). O MS/MS data set kerdo prekal i analìza e ET transgenikane linienqi kerdas 585 MS/MS (data file S1), savo sas reslo kana sas thodine anθ-e efta bare MS/MS modulură (M) (Figura 4A) . Nesave katar kadala modulura si but pherde e maj anglal karakterizirime specialne metabolitenca: sar egzamplo, M1, M2, M3, M4 thaj M7 si barvale ande diferentne fenol derivatura (M1), flavonoidno glikozidura (M2), acyl shukara (M3 thaj M4), thaj 17-HGL-DTG (M7). Paše odova, i metabolikani specifiko informàcia (Si indekso) e jekhe metabolitosqi anθ-e svako modul si ginavdi, thaj lesqi Si distribùcia śaj te dikhel pes intuitivno. Pe skurto, MS/MS spektrura save sikaven baro herbivoro thaj genotip specifično si karakterizirime katar bare Si valutura, thaj e kurtozake statistike sikaven e distribucia e balengi pe rig e čangaki. Jekh asavki koloidno distribùcia sas arakhli anθ-o M1, anθ-o savo o fenol amid sikavelas i maj bari Si frakcia (Figura 4B). O maj anglal phendo herbivoro inducibilno 17-HGL-DTG ando M7 sikavel jekh moderato Si skor, so sikavel jekh moderato stepeni e diferentno regulaciako maškar e duj OS tipuria. Ko kontrasto, maj but konstitutivno kerdine specializirime metabolitura, sar so si rutin, CGA, thaj acyl shukara, si mashkar e maj cikne Si skorura. Te śaj te arakhel pes maj miśto i strukturàlo kompleksitàta thaj i distribùcia e Si maśkar e specialne metabolìtură, sas kerdo jekh molekulàro netvorko vaś svako modul (Figura 4B). Jekh importanto predikcia e OD teorijaki (rezumirime ki Figura 1B) si kaj i reorganizacia e specialne metabolitengi palo herbivoripe trubul te kerel jekh-rig paruvipe e metaboliturengo saven si baro defenzivno vastnipe, maj but kana vazdel pes lengi specifičnost (sar kontrasto e randomizirime distribuciake) Modo) Defenzivno metabolito predikto katar e MT teoria. Maj but katar e fenol derivatura akumulime ando M1 si funkcionalno phangle e tiknjaripnasa e insektosko performanso (32). Kana kerel pes komparacia e Si-esqe valutenqi anθ-e M1 metabolìtură maśkar e inducime lila thaj e konstituènto lila e EV kontrolàqe śuźenqe anθ-e 24 òre, dikhlam ke i metabolìkani specifikitàta bute metabolìturenqi palal e insektură herbivore si la jekh signifikantno vazdipenqo trendo (Figura 4C). O specifiko vazdipe e Si-esqo sas dikhlino numaj anθ-e defenzivno fenolamide, numaj na sas dikhlino vazdipen anθ-o Si anθ-e aver fenolură thaj bipinʒarde metabolìtură save ko-egzistuin anθ-o kadava modul. Akava si jekh specializirime modelo, savo si phanglo e OD teorijasa. E majbare predikcie pal-e metabolikane paruvimata kerde katar e herbivora si konzistènto. Te śaj te testisaras te si kadaja partikulariteta e fenolamidosqi spektrosqi inducime katar o OS-specifiko ET, ame xramosardam o metabolito Si indekso thaj kerdam jekh diferenciàlo ekspresiaqo gin maśkar OSM thaj OSS1 anθ-e EV thaj sETR1 genotipură (Figura 4D ). Ano sETR1, i diferènca maśkar OSM thaj OSS1 kerdini katar o fenamide sas but tiknjardi. I bi-klastering metoda sas vi aplikime pe MS/MS data save sas kidine ande shtammura bi dosta JA te inferirinen pes e maj bare MS/MS modulura save si ande relacia e JA-regulime metabolikane specializaciasa (Figura S6).
(A) E rezultatura e grupipnaske 585 MS/MS bazirime pe khetani fragmenta (NDP similariteta) thaj khetani neutralno xasaripe (NL similariteta) keren o modulo (M) te avel konzistento e pindžarde komponente familijasa, vaj katar bipindžardi vaj bilačhe metabolizirime Metabolite kompozicia. Paśal svako modul, si sikavdi i distribùcia specifiko (Si) e metabolitosqi (MS/MS). (B) Modularno molekulàro netvorko: E node reprezentisaren MS/MS thaj e riga, NDP (lole) thaj NL (lole) MS/MS skorura (cut-off,> 0.6). O indekso e specifiko e metabolitosqo (Si) si kolorisardo bazirime po modulo (ka-o ćaćutno rig) thaj si kerdo katar o molekulàro netvorko (ćaćutno). (C) Modulo M1 e EV plantosqo anθ-o konstitutivo (kontrolo) thaj inducime stàto (simulime herbivoro) anθ-e 24 òre: diagramo e molekulàro netvorkosko (Si-esqo gin si o barodipen e nodosqo, o defenzivno fenolamido si sikavdo anθ-o lole). (D) O M1 molekulàro netvorko diagramo e spektrosqo sETR1 e nasvale EV thaj ET percepciaça: o fenolikano komponento reprezentisardo katar o zeleno kruglo nodo, thaj i signifikantno diferènca (P valuàcia) maśkar e W + OSM thaj W + OSS1 tretmanură sar Node baripen. CP, N-kafeoil-tirozin; CS, N-caffeoyl-spermidine; FP, N-ferulic acid ester-uric acid; FS, N-ferulyl-spermidine; CoP, N', N “-Coumarolyl-tyrosine; DCS, N’, N”-dicaffeoyl-spermidine; CFS, N', N”-caffeoyl, feruloyl-spermidine; Lycium barbarum ando wolfberry Son; Nick. O-AS, O-acyl sugar.
Amen maj dur vazdam i analìza katar jekh atenuime Nepenthes genotìpo źi k-e naturalne populacie, kaj zurale intraspecifike paruvimata anθ-e nivelură le JA-qe le grastenqe thaj anθ-e nivelură le specifikane metabolìtură sas maj anglal deskriptuime anθ-e naturalne populacie (26). Utilizin kadava set e datengo te astaren 43 germplasme. Kadala germplasme si kerdine katar 123 specije katar e N. pallens. Kadala śajutne sas line katar e seme save sas kidine anθ-e diferentne natìvo habitàtură anθ-o Utah, Nevada, Arizona, thaj Kalifornia (Figura S7), ame xramosardam i diverzitèta e metabolomeqi (kathe akharel pes o nivelo e populaciaqo) β diverzitèta) thaj i specializàcia kerdini kaθar o OSM. Konzistentno e anglune studienca, dikhlam baro spektro e metabolikane paruvipnasko kotar o Hj thaj δj axe, so sikavel kaj e germplasme si len signifikantno diferencie ki plasticiteta e metabolikane responsengo karing e herbivore (Figura S7). Kadi organizacia si sar te del pe godji e anglune obzervàcie pal-o dinamikano spektro e JAs paruvipnasko kerdo katar e herbivore, thaj inkerdas jekh but baro gin anθ-i jekh populacia (26, 36). Kana hasnisaras o JA thaj o JA-Ile te testisaras i korelàcia maśkar o Hj thaj o δj, arakhlam ke si jekh signifikantno pozitìvo korelàcia maśkar o JA thaj o metabolome β diverziteto thaj specializàciaqo indekso (Figura S7). Akava sikavel kaj i heterogeniteta inducirime katar e herbivora ki JAs indukcia detektirimi ko nivelo e populaciako šaj te ovel kotar e ključne metabolikane polimorfizmura kerdine kotar e selekcia kotar e insektonge herbivora.
E anglune studie sikade kaj e tobakoske tipuria si but diferentno ano tipuria thaj relativno dependencia pe inducirime thaj konstitutivno metabolikane defense. Si pachape kaj kadala paruvimata ande anti-herbivore signaloski transdukcia thaj ande defènsiaqe śajutnimata si regulisarde katar o presipen e insektosqo populaciaqo, o ćàso e źivdipnasko e śuźe śuźe, thaj e kośtură vaś e defènsaqe produkcia anθ-i niśa kaj barǒl jekh dini specìa. Amen studirisardam i konzistènca e remodelàciaqi e metabolomosqi e lilaqi inducirime katar e herbivorură katar śov Nicotiana speciě save si andar i Nordutni Amèrika thaj anθ-i Sudutni Amèrika. Kadala specije si pashe phangle e Nepenthes Nordutni Amerikasa, kodo si o Nicolas Bociflo. La, N. nicotinis, Nicotiana n. atenuime grast, Nicotiana tabacum, linearno tobako, tobako (Nicotiana spegazzinii) thaj tobako lila (Nicotiana obtusifolia) (Figura 5A) (37). śov katar kadala specije, maśkar lende vi e laćhe karakterizirime specije N. please, si berśutne śajutne katar o petunia klado, thaj obtusifolia N. si but berśutne śajutne katar o phralesko klado Trigonophyllae (38). Palal, W + W, W + OSM thaj W + OSS1 indukcia sas kerdini pe kadala efta specije te studirinel pes o metabolikano rearanźiripe e insektosko xabe pe nivelo e speciengo.
(A) Jekh bootstrap filogenetikano kasht bazirime pe maj bari ververutnipe [vaś e nuklearno glutamin sinteza (38)] thaj i geografikani distribùcia efta paśe phangle Nicotiana specienqi (diferentne kolorură) (37). (B) Jekh śerutno grafiko e specializirime diverzitetosqo vaś e metabolikane profilură efta Nicotiana specienqe (939 MS/MS; data file S1). Pe nivelo e specijako, e diverziteto e metabolomengo si negativno korrelacia e stepenasa e specializaciako. I analìza e korelàciaqi anθ-o nivelo e specienqo maśkar i metabolìkani diverzitèta thaj i specializàcia thaj i akumulàcia e JA-qi si sikavdi anθ-i Figura 2. S9. Koloro, diferentno tipuria; trianglo, W + OSS1; rektanglo, W + OSM; (C) Nicotiana JA thaj JA-Ile dinamike si rangjarde palal e OS excitaciaki amplitùda (duj-drom ANOVA thaj Tukey HSD palal buteder komparacia, * P <0.05, ** P <0.01 thaj * ** Palal i komparacia e W + OS thaj W + W, P <0.001). Box plot (D) diverzitetosko thaj (E) specializaciako sako specijako palal o simuliripe e herbivoro thaj metil JA (MeJA). O asterisko sikavel i signifikantno diferènca maśkar W + OS thaj W + W vaj lanolin plus W (Lan + W) vaj Lan plus MeJA (Lan + MeJa) thaj Lan kontrola (duj-rigăripenqi analìza e varìancaqi, palal so si o Tukey-esqo HSD post hoc butvarno komparacia , *P<0.05, **P<0.01 thaj ***P<0.001).
Sar hasnisaras i metoda e duje grupenqi, identifikisaras 9 modulură 939 MS/MS (data file S1). I kompozicia e MS/MS rekonfigurime katar diferentne tretmanura si but diferentno maškar diferentne modulura maškar e specije (Figura S8). Vizualiziribe Hj (akate akhardo sar γ-diverziteto pe nivelo e specijako) thaj δj sikavel pes kaj diferentno specije agregirinen pes ko but diferentno grupe ko metabolikano than, kote so o ulavipe pe nivelo e specijako si obično maj prominentno kotar e excitacia. Bizo o N. linear thaj o N. obliquus, von sikaven baro dinamikano spektro e indukciake efekturengo (Figura 5B). Ko kontrasto, specije sar N. purpurea thaj N. obtusifolia si len maj tikno metabolikano respodipe ko tretmano, numa o metabolomo si maj diverziteto. I distribùcia specifiko vaś e specìa e inducime metabolikane respònsoqi reslăs jekh signifikantno negativo korelàcia maśkar i specializàcia thaj i gamma diverzitèta (PCC = -0.46, P = 4.9×10-8). E OS-inducirime paruvimata ande JAs nivelura si pozitivno korelirime e metabolomeske specializaciasa, thaj negativno korelirime e metabolikane gamma diverzitetosa sikavdo katar sako specija (Figura 5B thaj Figura S9). Si te ovel ramosardo kaj e specije save si akharde sar “signal response” specije ki Figura 5C, sar so si Nepenthes nematodes, Nepenthes nepenthes, Nepenthes acute, thaj Nepenthes atenuated, kerde signifikantno semno ko 30 minutia. E palune OS-specifike JA thaj JA-Ile pherdo, kana aver bakterie akharde “signal unresponsive”, sar so si Nepenthes mills, Nepenthes powdery thaj N. obtusifolia numaj sikaven JA-Ile Edge indukcia bi te avel len varesavi OS specificiteta (Figura 5C). Pe metabolikano nivelo, sar so si phendo maj opre, vash o atenuime Nepenthes, e substancura save den atveto pe signalo sikade OS specifičnost thaj signifikantno vazden o δj, kana redukisarde o Hj. Akava OS-specifiko efekto e primingosko na sas dikhlino ano specije klasifikuime sar signalo na-reaktivne specije (Figura 5, D thaj E). OS-specifike metabolitura si maj butivar ulade maškar e specije save den atveto pe signalo, thaj kadala signaloske grupe si phangle e specijenca saven si maj slabo signalo, kana e specije saven si maj slabo signalo sikaven maj tikni interdependenca (Figura S8 ). Kado rezultato sikavel kaj e OS-specifično indukcia e JA-enge thaj e OS-specifično rekonfiguracia e metabolomeski telal o pani si phangle ko nivelo e specijako.
Maj dur, amen hasnisaras jekh lanolin pasta savi si la metil JA (MeJA) te tretirisaras e śajutne te dikhas te si kadala modurǎ e phanglimaske limitirime katar i disponibilitèta e JA-qi aplikime katar o exogeno JA, savo ka avel anθ-i citoplazma e śajutnengo. E sigo desterifikacia si JA. Amen arakhlam o sasto trendo e gradualno paruvipnasko katar e signaloske-responsivno specije dži ko signal-na-responsivno specije kerdo katar o kontinuirano furnizipe e JA (Figura 5, D thaj E). Ko skurto, o MeJA tretmano zurales reprogramisardas e metabolomura e linearno nematodenge, N. obliquus, N. aquaticus, N. pallens, thaj N. mikimotoi, so kerdas jekh signifikantno vazdipe ko δj thaj jekh tiknjaripe ko Hj. N. purpurea sikavelas numaj jekh vazdipen anθ-o δj, numaj na anθ-o Hj. N. obtusifolia, savo sas maj anglal sikavdo te akumulil but tikne nivelura JAs, vi vov resljarel bilačhe ko MeJA tretmano ande relacia e metabolomeski rekonfiguràcia. Kadala rezultatura sikaven kaj e JA produkcia vaj e signaloski transdukcia si fiziološke limitirime ande specije save na den atveto pe signalo. Te testisaras kadi hipoteza, ame studirisardam e śtar specije (N. pallens, N. mills, N. pink thaj N. microphylla) inducirime katar W + W, W + OSMs thaj W + OSS1 Transcriptome (39). Konzistentno e modelosa e metabolomesko remodeliribe, e specije si mishto separime ano transkriptomesko than, mashkar save o N. atenuime sikavda o maj baro OS-inducirimo RDPI, a o N. gracilis sine les o maj tikno (Figura 6A). Numaj, sas arakhlo kaj o transkriptomosko diverziteto kerdo katar o N. oblonga sas o maj tikno maškar e štar specije, kontra e maj baro metabonomikano diverziteto katar o N. oblonga so sas sikavdo maj anglal ande efta specije. Anglune studie sikade kaj jekh set e genengo save si phangle e anglune defenciake signalurenca, inkluzivno e ​​JA signalurenca, sikavel e specifičnost e anglune defenciake responsengo inducirime katar e elicitora save si phangle e herbivorenca ande Nicotiana specije (39). O komparacia e JA signalizaciake dromengo maškar akala štar specije sikavel jekh interesantno modelo (Figura 6B). Maj but gene ano akava drom, sar so si AOC, OPR3, ACX thaj COI1, sikade relativno baro nivelo e indukciako ano akala štar specije. Numaj, jekh ključno gen, JAR4, paruvel o JA anθ-i lesqi biologikane aktivo fòrma e JA-Ile akumulime transkripturenqi, thaj lesqo nivelo e transkripciaqo si but tikno, maj but anθ-e N. mills, Nepenthes pieris thaj N. microphylla. Paše odova, numaj o transkripto e avere genesko AOS na sas arakhlo ko N. bifidum. Kadala paruvimata ande genengi ekspresia śaj te aven responsibilo vaś e ekstremne fenotipura inducirime katar e tikni JA produkcia ande signaloske anergikane specije thaj e indukcia e N. gracilis.
(A) Analiza e informaciaki teorijaki e reprogramiribaski e anglune transkripciake responsengo katar štar paše phangle tobakoske specije save si line 30 minutura palal e indukcia e herbivoriaki. RDPI si ginavdo kana kerel pes komparacia e lila inducirime katar o herbivoro OS e kontrolasa e raneski. E kolora sikaven diferentno specije, thaj e simbolura sikaven diferentno tretmanoske metode. (B) Analiza e genengi ekspresia ande JA signalizaciake droma maškar štar specije. O simplifikuime JA drom si sikavdo paše o grafiko e kutijako. Diferentne kolorura sikaven diferentne metode vash procesiripe. O asterisko sikavel kaj si jekh signifikantno diferencija maškar o W + OS tretmano thaj o W + W kontrolo (vaś o Studentosqo t-testo vaś e parne diferencie, *P<0.05, **P<0.01 thaj ***P<0.001). OPDA, 12-oxophytodienoic acid; OPC-8: 0,3-oxo-2(2′(Z)-pentenyl)-cyclopentane-1-octanoic acid.
Ano paluno kotor, amen studirisardam sar o insektosko specijako-specifiko remodeliribe e metabolomengo e diferentno specijengo e kashtengo shaj te ovel rezistentno e herbivorenge. E anglune rodimata akcentirisarde o Nicotiana genus. Lengo maripe karing le Ms thaj le larve si but diferentno (40). Kathe, ame studirisardam i konekcia maśkar kadava modelo thaj lenqi metabolikani plasticitàta. Ko hasnipe e śtar tobakoske specienqo opral, thaj te testisaras i korelàcia maśkar i diverzitèta thaj i specializàcia e metabolomosqi kerdini kaθar e herbivore thaj i rezistènca e śuźenqi karing o Ms thaj o Sl, arakhlam ke i rezistènca, i diverzitèta thaj i specializàcia karing o generalisto Sl Sa si laćhes korrelacia, kana i korelàcia maśkar i rezistènca karing e ekspertne źene thaj i specializàcia si slabo, thaj i korelàcia e diverzitètaça na si signifikantno (Figura 10). Sar si o S1 resistenca, vi o atenuime N. chinensis thaj N. gracilis, save sas maj anglal sikavde te sikaven vi JA signaloske transdukciake nivelura thaj metabolomeski plasticiteta, sas len but diferentno responsura karing e herbivorengo indukcia, thaj von vi sikade jekh bari resistenca. Sexo.
Ko nakhle śovardeś berśa, i teoria pal-i defènsia e śuźe śuźe dine jekh teorikano fremo, bazirime pe savo e roditorǎ prediktisarde jekh baro gin e evoluciaqo thaj e funkcienqo e śuźe specializirime metabolìturenqo. Maj but katar kadala teorie na džan palal e normalo procedura e zurale inferencienqi (41). Von propozin ključne predikcie (3) ko jekh nivelo e analizako. Kana o testiribe e ključne predikciengo mukhel te analizirinen pes specifična teorie, akava ka kerel o O fieldo si te džal angle. Te aves suportirime, numaj te nakhaves e javeren (42). Ande thana, i nevi teoria kerel predikcie pe diferentne nivelura analizake thaj thovel jekh nevo strato deskriptivno konsideraciengo (42). Numaj, e duj teorie propozime pe funkcionalno nivelo, MT thaj OD, śaj te aven lokhes eksplikime sar importantne predikcie vaś e specializirime metabolikane paruvimata kerde katar e herbivora: I OD teoria patyal ke e paruvimata ande specializirime metabolikane “than” si but direkcionalne. I MT teoria patyal ke kadala paruvimata ka aven bi-direkciaqe thaj randomizirime thanarde anθ-o metabolìko than, thaj si len tendinca te avel len bare defènsaqe valutenqe metabolìtură. E anglune egzaminacie e OD thaj MT predikcienge sas testime kotar o tikno set e a priori “defensiake” komponentengo. Kadala metabolitoske-centrikane testura na mukhen e śajpe te analizisarel pes o śero thaj i trajektoria e metabolomeski rekonfiguràciaqi anθ-o vaxt e herbivorosqo, thaj na mukhen te kerel pes o testǎripen and-o jekh konzistento statistikano fremo te mangel pes ključne predikcie save śaj te aven konsiderime sar jekh sasto. Kathe, amen hasnisaras i inovativno tèknologia anθ-i metabolomia bazirime p-o kompjuterikano MS thaj keras dekonvoluciaqi MS analìza anθ-i generalo valuta e deskriptorurenqi anθ-i informàciaqi teoria te testisaras i distinkcia maśkar e duj propozime anθ-o globalo nivelo e metabolomiaqo. I ključno predikcia kadale teorijaki. I informàciaqi teoria sas aplikime anθ-e but riga, maj but anθ-o kontèksto e biodiverzitetosqo thaj e rodipnasqo e nutriènturenqo (43). Numaj, sar so źanas, kadaja si i angluni aplikacia savi si kerdini te deskriptisarel o metabolikano informàciaqo than e śajutnengo thaj te laćharel e ekolośikane problemură save si len relacia e temporarno metabolikane paruvipnaça sar respònso karing e enviromentàlo śajutnimata. Ande partikularno, i śajmata kadale metodaqi si anθ-i lesqi śajmata te kerel komparacia maśkar e patrènură andar thaj maśkar e speciě le śuźe te dikhel pes sar e herbivorură evoluisarde katar diferentne speciě źi k-e makroevoluciaqe patrènură maśkar-specìe anθ-e diferentne nivelură e evoluciaqe. Metabolizmo.
I analìza e śerutne komponentengi (PCA) paruvel jekh butvariàto set e datengo anθ-o jekh than e redukciaqo e dimenzienqo kadja kaj o maj baro trendo e datengo te śaj te avel eksplikime, kadja ke si butivar utilizirime sar jekh eksploràciaqi tèknika te analizisarel pes o set e datengo, sar si o dekonvoluciaqo metabolòmo. Numaj, i redukcia e dimenzienqi ka xasarel kotor katar o informàciaqo sasto anθ-o set e datengo, thaj o PCA naśti te del kvantitativo informàcia pal-e xarakteristike save si specialo relevantne anθ-i ekologikani teoria, sar: sar e herbivorură rekonfigurisaren i diverzitèta anθ-e specializirime riga (sar egzàmplo, barvalipen, distribùcia) thaj buti) e metabolìtură? Save metabolitura si prediktora vash o inducirimo than e dine herbivoresko? Katar i perspektiva e specifično, diverziteto thaj inducibilitèta, o informàciaqo sasto lil e metabolitosqo specifiko pal-o lil si dekompozime, thaj arakhel pes kaj o xabe e herbivorenqo śaj te aktivisarel o specifiko metabolizmo. Bi te aźukeras, dikhlam kaj, sar si deskripto anθ-e informàciaqe teòriaqe indikàtorură implementisarde, i rezultàto metabolikani situàcia si la jekh baro phanglipe palal e atakură le duje herbivorenqe (o generalisto Sl savo xasarel pes raći) thaj i Solanaceae eksperto Ms. Vi te si lenqo xabesko phiripen thaj i koncentràcia but diferentne. Iniciàtoro e masno acidosqo-amino acidosqo konjugàto (FAC) anθ-o OS (31). Kana hasnisaras o OS e herbivorengo te sastiarel pes e standardizirime punkciake rane, o simulirimo tretmano e herbivorengo sikavel vi jekh similarno trendo. Kadi standardizirime procedura vaś te simulisarel pes o respònso e śajutnengo karing e atàke e ćororeske eliminisarel e konfùzime faktora save si kerde katar e paruvimata anθ-o xabesko phiripen e ćororeske, save anen diferentne stepeni e śajutnimatenqe anθ-e diferentne vràme (34). O FAC, savo si pinʒardo sar o maj baro ćàso e OSM-esqo, redukisarel o JAS thaj aver źanglimata e hormonurenqe anθ-o OSS1, kana o OSS1 redukisarel pes śela drom (31). Numaj, OSS1 kerdas sa jekh nivelo e JA akumulaciako ande relacia e OSM-esa. Anglal sas sikavdo kaj o JA responso ano atenuime Nepenthes si but sensitivo vash OSM, kote o FAC shaj te inkrel piri aktiviteta vi te si diluirimo 1:1000 e pajesa (44). Anda kodo, ande relacia e OSM-esa, vi te si o FAC ande OSS1 but tikno, si dosta te kerel dosta JA-esko avridipe. Anglune studie sikade kaj e porin-sar proteine ​​(45) thaj e oligosaharidura (46) shaj te oven hasnime sar molekulare indicie te vazden e respònse e defènsaqe e śuźe śuźe and-o OSS1. Numaj, si inke biśajdo te si kadala elicitorǎ anθ-o OSS1 responsibilo vaś i akumulacia e JA-qi dikhlini anθ-i akanutni studia.
Vi te si tikne studie save deskriptirinen e diferentno metabolikane fingerprintura kerdine katar e aplikacia e diferentne herbivorengi vaj e exogeno JA vaj SA (salicylic acid) (47), khonik na perturbirisarda e herbivorengo specijako-specifično perturbàcia ande e ćororeski mreža thaj lesqe efektură pe specifiko O generalo impakto e metabolizmosqo si sistematikane studirime. personalo informacie. Kadi analìza maj dur konfirmisardas ke i konekcia e andrune hormonenqi netvorkoça e avere hormonurenqe e śuźenqe aver katar e JAs kerel i specifikàcia e metabolikane reorganizàciaqi kerdini kaθar e herbivorură. Ande partikularno, arakhlam kaj o ET kerdo katar o OSM sas signifikantno maj baro katar kodo kerdo katar o OSS1. Akava modo si konzistento e maj but FAC sasto ano OSM, so si jekh trubujipe thaj dosta kondicia vash te kerel pes ET burst (48). Ano kontèksto e interakciaqo maśkar e śuźe thaj e śuźe śuźe, i sinàlizaciaqi funkcia e ET-esqi anθ-i dinamika e metabolitosqi specifiko e śuźe śuźe si inke sporadikani thaj si numaj jekh grupa e komponentosqi. Paše odova, maj but studie kerde buti e egzogene aplikaciaça e ET-esqi vaj lesqe prekursorenqi vaj verver inhibitorurenqi te studirin e regulacia e ET-esqi, maśkar save kadala egzogeno khemikane aplikàcie ka keren but na-specifikane rigate efektură. Sar so źanas, kadaja studia reprezentisarel o angluno baro-skalako sistematikano dikhipen e rolaqo e ET-esqo anθ-o labăripen e ET-esqo te kerel pes thaj te dikhel pes e nasvale transgenikane śajutne te koordinisarel pes i dinamika e śajutne metabolomeski. E indukcia e ET-esko specifiko e herbivorengo śaj te modulil o metabolomosko respònso. O maj importanto si i transgenikani manipulàcia e ET biosintezaqe (ACO) thaj e percepciaqe (ETR1) genenqi savi sikavel i de novo akumulàcia e fenolamidenqi specifiko vaś e herbivore. Anglal sas sikavdo kaj o ET śaj te laćharel o JA-inducirime akumulàcia e nikotinenqi kana kerel i regulacia e putrescine N-metiltransferazaqi (49). Numaj, katar jekh mekanikano dikhipen, na si klaro sar o ET laćharel i indukcia e fenamideski. Po dur katar e funkcia e signalosqi transdukciaqi e ET-esqi, o metabolikano flukso śaj te avel vi ćhudino karing o S-adenosyl-1-metionine te regulisarel i investicia anθ-e poliaminophenol amide. S-adenosyl-1-metionine si ET thaj Zajednicko maškarthemutno drom e poliaminesko biosintetikano. O mehanizmo savorestar o ET signalo regulirinel o nivelo e fenolamidesko trubul maj dur studirime.
But vrama, palal o baro gin e specialne metabolitengo saven si bipinʒardi struktura, i intenzivno atencija pe specifična metabolikane kategorije naśti te kerel strikto evaluàcia e paruvipnaski e metabolikane diverzitetosqi palal e biologikane interakcie. Akana, bazirime pe analiza e informaciaki teorijaki, o maj baro rezultato katar o MS/MS spektrosko akvizitcia bazirime pe bi-biasno metabolitura si kaj e herbivora save xan vaj simulin e herbivora inkren te ciknjaren e sasti metabolikani diverziteta e metabolomeski e lilaski, vazden lesko stepeni e specializaciako. Akava temporaro vazdipe e metabolomesko specifično kerdo kotar e herbivora si asociirimo e sinergikane vazdipnasa e transkriptomesko specifično. I karakteristika savi del maj but kontribucia ki maj bari metabolomoski specializacia (so si la maj baro Si-esko vastnipe) si o specialo metabolito savo si les maj anglal karakterizirime herbivorno funkcia. Kado modelo si konzistento e predikciasa e OD teorijaki, numaj e predikcia e MT-eski asociirime e randomizirime metabolomeski reprogramiribe na si konzistento. Numaj, kadala date si vi konzistènto e predikciasa e miksarde modelosqi (maj laćho MT; Figura 1B), sosqe aver bi-karakterizirime metabolìtură saven si bipinʒarde defènsaqe funkcie śaj te śunen jekh randomizirime Si distribùcia.
Jekh śukar modelo maj dur astardo katar kadava rodipen si ke katar o nivelo e mikro-evoluciaqo (jekh ćàso thaj tobakoski populacia) źi k-i jekh maj bari evoluciaqi skala (paśe phangle tobakoske speciě), diferentne nivelură e evoluciaqe organizàciaqe si anθ-i “maj laćhi defènsia” Si signifikantne diferencie anθ-e śajutnimata le herbivorenqe. Moore et al. (20) thaj o Kessler thaj o Kalske (1) bi-phangle propozisarde te paruven e trin funkcionalne nivelura e biodiverzitetosko save sas angluno drom distinktivno katar o Whittaker (50) ande konstitutivno thaj inducirime vramake paruvimata e khemikane diverzitetosko; kadala autorura ni rezumisarde E procedure vaś o baro kolekcia e metabolomeski data na sikaven sar te ginavel pes i metabolikani diverziteta katar kadala date. Ano akava rodipe, cikne aźutimata ki Whittaker-esqi funkcionalo klasifikàcia ka dikhen i α-metabolìkani diverzitèta sar i diverzitèta e MS/MS spektrurenqi anθ-i jekh dini planta, thaj i β-metabolìkani diverzitèta sar o bazikano intraspecifiko metabolìzmo e grupaqe populacienqo Space, thaj i γ-metabolìkani diverzitèta ka ovel jekh ekstènsia e analìzaqi e similarne specienqi.
O JA signalo si esencijalno vash baro spektro e herbivorenge metabolikane responsengo. Numaj, si jekh bi-aśtipen te kerel pes rigorozno kvantitativno testàcia pal-o kontribucia e intraspecifiko regulaciaqi e JA biosintezaqi k-i diverzitèta e metabolomeski, thaj te si o JA signàlo jekh generalo than vaś o streso-inducirime metabolikano diverzifikacia pe jekh maj bari makroevoluciaqi skala si inke bi-aśti te arakhel pes. Amen dikhlam kaj i herbivoro natura e Nepenthes herbivoroski induciril e metabolomeski specializacia thaj i variacia e metabolomeski specializaciaki andar e populacia e Nicotiana specijaki thaj maškar e paše phangle Nicotiana specije si sistematikane pozitivno korrelacia e JA signalizaciasa. Paše odova, kana o JA signalo si phagerdo, i metabolikani specifičnost inducirime kotar jekh genotip herbivoro ka ovel anulirimi (Figura 3, C thaj E). Sar so o paruvipe e metabolikane spektrosko e naturalno atenuirime Nepenthes populaciengo si maj but kvantitativno, e paruvimata ande metabolikani β diverziteta thaj specifičnost ande kadi analiza šaj te aven buteder kerdine katar e zurali excitacia e metabolitoske barvale komponente kategoriengo. Kadala komponente klase dominirinen kotor katar o metabolome profilo thaj anen jekh pozitivno korelàcia e JA signàlurenqe.
Soske e biokemikane mehanizmurja e tobakoske specijake paše phangle leste si but diferentno, e metabolitura si specifično identifikuime ko kvalitativno aspekto, odolesqe si maj analitično. E informaciaki teoriaqo procesiripe e astarde metabolikane profilosqo sikavel kaj i indukcia e herbivorenqi vazdel o trade-off maśkar e metabolikani gamma diverziteta thaj i specializacia. O JA signalo khelel centralno rola ano akava trade-off. O vazdipe e metabolomengo specializaciako si konzistento e majbare OD predikciasa thaj si pozitivno korrelacia e JA signalosa, a o JA signalo si negativno korrelacia e metabolikane gamma diverzitetosa. Kadala modelura sikaven kaj o OD kapaciteto e planturengo si maj but determinisardo katar e plasticiteta e JA, te si pe mikroevoluciaki skala vaj pe maj bari evoluciaki skala. E exogene JA aplikaciake eksperimentura save nakhen e JA biosintezake defektura maj dur sikaven kaj e paše phangle tobakoske specije šaj te oven diferencime ko signalo-responsivno thaj signal-na-responsivno specije, sar so si olengero modo e JA-esko thaj metabolome plasticiteto inducirime kotar e herbivora. E specije save na den atùnći signalo naśti te den atùnći respònso vaś lenqi naśtipen te keren endògeno JA thaj odolesqe si len limitàcie fiziològike. Akava šaj te ovel kerdo kotar e mutacie ko nesave ključne gene ko JA signalizaciako drom (AOS thaj JAR4 ko N. crescens) kotar. Kado rezultato sikavel kaj kadala makroevoluciake modelura mashkar e specije shaj te aven maj but kerdine katar e paruvimata ande andruni hormonoski percepcia thaj responsibiliteto.
Po drom e interakcijako maškar e luludja thaj e herbivore, i eksploràcia e metabolikane diverzitetosqi si phangli sa e importanto teorikane progresurenqe anθ-o rodipen e biologikane adaptàciaqo anθ-i enviromentia thaj i evolucia e kompleksne fenotipikane xarakteristikenqi. Sar vazdel pes o gin e datengo save si line katar e moderne MS instrumentura, o testipe e hipotezako pe metabolikani diverziteta akana śaj te nakhel e diferencie e metabolitoske individualne/kategorienqe thaj te kerel globalo analìza te sikavel bi-aźukerde patrènură. Ano proceso e bare analizako, jekh importantno metafora si i ideja te kerel pes lačhe karte save šaj te oven hasnime te arakhen pes e date. Anda kodo, jekh importanto rezultato katar i akanutni kombinàcia e bi-biasno MS/MS metabolòmikaqi thaj i informàciaqi teorìa si ke voj del jekh śukar metrika savi śaj te avel utilizirime te kerel pes karte te dikhel pes i metabolikani diverzitèta pe diferentne taksonomikane skale. Si o bazako mangipe kadale metodako. O studiribe e mikro/makro evoluciako thaj e komunitetosko ekologia.
Pe makro-evoluciako nivelo, o ćàso e teoriaqo e ko-evoluciaqo e śuźe-insektosqo katar o Ehrlich thaj o Raven (51) si te prediktil pes kaj i variàcia e metabolikane diverzitetosqi maśkar e specìe si i kauza vaś i diverzifikacia e śuźe lilaqi. Numaj, anθ-e panзvardeś berśa desar i publikàcia kadale seminalo butăqi, kadaja hipoteza sas tikno testime (52). Akava si buteder kerdo kotar e filogenetikane karakteristike e komparabilno metabolikane karakteristikengo kotar e lungo-distancake thana. I rariteta śaj te avel utilizirime te ankrel pes e metode vaś i analìza e śajutnimatenqi. O akanutno MS/MS butjako drom kerdo katar e informaciaki teoria kvantifikuil e MS/MS strukturalno similariteto e bipindžarde metabolitengo (bi te kerel pes angluni selekcia e metabolitengo) thaj paruvel kadala MS/MS ande jekh set MS/MS, kade ando profesionalno metabolizmo Kadala makro-evoluciake modelura si komparativno ande klasifikaciaki skala. Simple statistikane indikatora. O proceso si sar e filogenetikani analìza, savi śaj te kerel buti e sekvencaça te śaj te meśel o śero e diverzifikaciaqo vaj e evolucia e karakterosqi bi te kerel pes angluni predikcia.
Pe biokemikano nivelo, i skriningoski hipoteza katar o Firn thaj o Jones (53) sikavel kaj i metabolikani diverziteta si inkerdi pe diferentno nivelura te del pes surovipe te kerel pes e biologikane aktivitetura katar e maj anglal bi-relaciake vaj substituime metabolitura. E metode katar e informaciaki teoria den jekh fremo ande savo kadala metabolitoske-specifike evoluciake tranzicie save kerdjon kana si metabolitoski specializacia shaj te aven kvantifikuime sar kotor katar o propozime evoluciako skriningosko proceso: biologikane aktivno adaptacia katar tikni specifičnost dži ko bari specifičnost Inhibirime metabolitura katar jekh dino ambiènto.
Sa khetane, ko anglune divesa e molekulàro biologiaqe, sas kerde importanto teorie pal-i defènsa e śuźe śuźe, thaj e deduktìvo metode bazirime pe hipoteze si butivar konsiderime sar ekh drom vaś o śiàntifikano progreso. Akava si buteder kotar e tehnikane limitàcie te meśel pes o sasto metabolomo. Vi te si e metode bazirime pe hipoteza but laćhe kana alosaras aver kauzalo mehanizmură, lenqi śajpe te vazden amaro xatjaripen pal-e biokemikane netvorkură si maj limitirime sar e kompjuterikane metode save si akana disponibilo anθ-i akanutni sciencia savi si but data. Anda kodo, le teorie save nashti te aven prediktime si dur katar o spektro le datako so si, kade ke o hipotetikano formula/testosko ciklo le progresosko ando rodimasko fieldo nashti te avel abolime (4). Amen dikhas anglal kaj o kompjuterikano butjako drom e metabolomikane introducime kate shaj te vazdel opre o intereso vash e neve (sar) thaj palune (sostar) puchimata vash e metabolikani diverziteta, thaj te del kontribucia vash e nevi era e teorikane rigyarde data science. I era pale dikhel e importantne teorie save inspirisarde e anglune generacie.
O direktno xabe e herbivorengo kerel pes kana vazdel pes jekh dujto instar larva vaj Sl larva pe jekh Pale-kolorime pitcher plant lil e jekhe roze blooming plant, 10 plant replike pe sako plant. E insektosqe larve sas phandade e phandenca, thaj o aver lil sas kidino 24 thaj 72 òre palal i infekcia thaj sigo-phanglo, thaj e metabolìtură sas avri line.
Simulisaren o tretmano e herbivorosqo anθ-i jekh but sinhronizirime rig. I metoda si te hasnin pes e ćororeske modelura te ćhiven pes trin riga e śeresqe pe sako rig e maśkarune śeresqi e trin pherdo barjarde lila e ćororeski anθ-o vaxt e barvalipnasqo e ćororeske garlandaqo, thaj sigo te thoven pes 1:5 Diluted Ms. Vaj te utilizin pes e vastenge vastenge te ćhiven pes o S1 OS anθ-i rana. Kiden thaj procesuin jekh lil sar si deskriptirime opral. Ker buti e maj anglal deskriptirime metodasa te lel pes avri e primarno metabolitura thaj e hormonura e kashtenge (54).
Palal e exogeno JA aplikacie, e trin petiole lila katar sako jekh katar e śov ćororeske luludja katar sako specija si tretirime 20μl lanolin pasta ande savi si 150μg MeJA (Lan + MeJA), thaj 20μl lanolin plus tretmano e ranengo (Lan + W), vaj utilizin 20μl purano lanolin sar kontrola. E lila sas kidine 72 chasura palal o tretmano, snap-frozen ande likvido azoto, thaj garavde pe -80°C zhi kana sas hasnime.
Štar JA thaj ET transgenikane linie, kodo si irAOC (36), irCOI1 (55), irACO thaj sETR1 (48), sas identifikuime ande amari rodipnaski grupa. irAOC zurales sikavelas jekh tiknjaripe ande JA thaj JA-Ile nivelura, kana irCOI1 na sas sensitivo karing le JAs. Ande relacia e EV-esa, e JA-Ile akumulacia vazdas pes. Sar vi, irACO ka redukisarel i produkcia e ET-esqi, thaj komparaciaça e EV-eça, o sETR1, savo si bi-sensibilìvo karing o ET, ka vazdel i produkcia e ET-esqi.
Jekh fotoakustikano laser spektrometro (Sensor Sense ETD-300 real-time ET sensor) si kerdo te kerel ET meripe bi-invazivno. Sigo palal o tretmano, dopaš katar e lila sas ćhinde thaj thodine ande jekh 4-ml phandlo staklo, thaj o than e šeresko sas mukhlo te akumulil pes ande 5 čhona. Ko vakti e meripesqo, svako ćàso sas ćhudino anθ-o jekh ćororo 2 litre/òra śukar balval 8 minutură, savo maj anglal nakhlo anθar jekh katalizàtoro dino kaθar o Sensor Sense te lel o CO2 thaj o pani.
E mikroarray data sas angluno drom publicirime ko (35) thaj garavde ko Nacionalno Centro vash Bioteknologijaki Informacia (NCBI) Gene Expression Comprehensive Database (aksesiako numero GSE30287). E data save maladjon e lila save si kerdine katar o W + OSMs tretmano thaj o na-phagerdo kontrolo sas line avri vash kadi studia. I suro intenziteta si log2. Anglal i statistikani analìza, i baza sas konvertisardi thaj normalizirime k-o 75-to procentìlo labǎrindoj o R softverosqo paketo.
E originalno RNA sekvenciribe (RNA-seq) data e Nicotiana specijake sas line katar o NCBI Short Reading Archives (SRA), o numero e projektosko si PRJNA301787, savo sas raportirimo katar o Zhou et al. (39) thaj źan maj dur sar si deskripto anθ-o (56). E suro data procesirime katar W + W, W + OSM thaj W + OSS1 save si korespondentno e Nicotiana specijake sas alosarde vash analiza ki akaja studia, thaj procesirime ano akava drom: Anglal, e suro RNA-seq ginavimata sas konvertirime ko FASTQ formato. HISAT2 paruvel o FASTQ ko SAM, thaj o SAMtools paruvel e SAM-esqe lilǎ anθ-e rangǎrde BAM lilǎ. O StringTie si kerdo te ginavel pes i ekspresia e genengi, thaj lesqi ekspresiaki metoda si kaj si kotora pe sako mija bazake kotora pe miliono sekvencirime transkripciake kotora.
I Acclaim kromatografikani kolona (150 mm x 2.1 mm; baripe e partikulako 2.2μm) kerdini ki analìza thaj i 4 mm x 4 mm garavdi kolona si kerdini kotar o sasto materiàlo. O śerutno binàro gradiento si kerdo anθ-o Dionex UltiMate 3000 Ultra High Performance Liquid Chromatography (UHPLC) sistemo: 0 źi k-o 0,5 minutură, izokràtiko 90% A [dejonizirime pani, 0,1% (v/v) acetonitrilo thaj 0,05% formic acid] B, 10% Acetonitrile 0.05% formikano acido); 0.5 źi ka 23.5 minutură, i gradientosqi faza si 10% A thaj 90% B, respektiv; 23.5 źi ka 25 minutură, izokratikane 10% A thaj 90% B. O ćhivipen si 400μl/min. Vaś sa e MS analìze, injektisaren o eluènto e kolumnaqo anθ-o jekh kvadrupolo thaj anθ-o analizàtoro vaś o vaxt-e-śukar (qTOF) ekipirime e jekhe elektrospray-esqe źanglimasa savo kerel buti anθ-o modo pozitìvo ionizàciaqo (kapilarno tenzija, 4500 V; kapilarno avridipen 130 V ; temperatura e suśipnasqi 200°C; suśipen e balvalenqo 10 litre min).
Keren MS / MS fragmentosqi analìza (maj dur akhardi sar MS / MS) savi si irelevanto vaj naśti te dikhel pes katar e dàte te lel pes strukturàlo informàcia pal-o sasto detektibilo metabolikano profilo. O koncèpto vaś o bi-diskriminaciaqo MS/MS metodo si bazirime p-o fakto kaj o kvadrupolo si les jekh but baro śerutno izolàciaqo vaxt [odolesqe, dikhen sa e signàlurǎ maśkar o raporto maśkar o śero (m/z) sar kotora]. Palal kadava, sosqe o Impact II instrumento naśti te kerel jekh CE tilt, sas kerde but independento analìze labǎrindoj vazdine kolizìe-inducime disociaciaqe kolizìenqe enèrgie (CE) valutură. Ko skurto, anglal analizisaren o misal kotar UHPLC-elektrospray ionizacia/qTOF-MS kotar o jekhto spektrometriako modo (tikne fragmentàciaqe kondicie kerde kotar o fragmentàcia and-o źanglipe), skanindoj katar m/z 50 źi ka 1500 kotar jekh repeticiaqi frekvenca 5 Hz. Utilizisar o azoto sar o gaso e koliziaqo vaś MS/MS analìza, thaj ker independento meśimata anθ-e śtar diferentne kolizia-inducirime disociaciaqe tenzije: 20, 30, 40, thaj 50 eV. Ano sasto proceso e meripnasko, o kvadrupolo si les o maj baro phanglipe e masesko, katar m/z 50 dži ko 1500. Kana o angluno trupo m/z thaj o eksperimento e izolàciaqo śirdipen si thodino ko 200, o masako spektro si automatikane aktivisardo katar o softvero e instrumentosqo thaj 0 Da. Skanisaren e kotora e maseske sar ano modo e masesko. Keren buti e sodium formatasa (50 ml izopropanol, 200 μl formic acid thaj 1 ml 1M NaOH pani) vash e masaki kalibracia. Sar hasnil pes o Bruker-esqo algoritmo vaś kalibràcia e bare preciziaqe, o lil e datengo si kalibrime palal so kerel pes o śerutno spektro anθ-jekh dino vaxt. Utilizisar i funkcia e eksportosqi e softveresqi Data Analysis v4.0 (Brook Dalton, Bremen, Germany) te paruves e suro dataqe lilǎ anθ-o formato NetCDF. O MS/MS data set si garavdo ano putardo metabolomikano databaza MetaboLights (www.ebi.ac.uk) e akcesiake numerosa. MTBLS1471.
MS/MS montaža śaj te avel realizirime prekal korelaciaqi analìza maśkar MS1 thaj MS/MS kvalitetosqe signàlurǎ vaś tikni thaj bari kolìziaqi enèrgia thaj neve implementisarde règule. O R skripto si kerdo te realizisarel pes i korrelaciaqi analìza e distribùciaqi e prekursoresqi karing o prodùkto, thaj o C# skripto (https://github.com/MPI-DL/indiscriminant-MS-MS-assembly-pipeline) si kerdo te implementisarel pes e règule.
Te śaj te redukisaras e xoxamne pozitìvo xatărimata kerde katar o śukaripen anθ-o fundo thaj e xoxamne korelàcia kerde katar o arakhipen varesave m/z xarakteristikenqo numaj anθ-e nesave mostre, amen hasnisaras i funkcia “pherdo śuźo” katar o R ​​paketo XCMS (vaś i korekcia e śuźe śuźe śuźe) Trubul te avel utilizime te paruvel pes i “NA” (na arakhlo śuźo) intenziteto. Kana si utilizirime i funkcia e pherdo pikoski, si inke but “0′′ intenzitetosqe valutură anθ-o set e datengo save ka afektisaren i kalkulàcia e korelàciaqi. Palal, ame komparas e rezultàtură e procesurenqe e datenqe save si line kana si utilizisardi i funkcia e pherdo pikoski thaj kana na si utilizisardi i funkcia e pherdo śeresqi, thaj ginavas i vlàda e fundone śukaripnaski bazirime p-i prodùso korektirime thaj palal kodoja paruvas kadala intenzitetosqe valutură kalkulime fundosko vaxt. Amen vi dikhlam numaj e karakteristike savenqi intenziteta nakhlas trin drom o fundosko vaxt thaj dikhlam len sar “ćaćutne vrjama.” Palal e PCC-esqe kalkulàcie, numaj e m/z signàlurǎ e prekursoresqe e mostrenqe (MS1) thaj e fragmentosqe dàte save si len maj cïra oxto ćaćutne śerutne si konsiderime.
Te si ke i intenziteta e prekursoresqi kvalitetosqi anθ-o sasto egzàmplo si signifikantno korrelacia e redukime intenzitetaça e saste kvalitetosqi savi si subjèkto e tikni vaj bari kolizìaqi energiaqi, thaj i funkcia na si etiketirime sar jekh izotoposko śero katar o CAMERA, śaj te avel maj dur definisardo. Palal, kana ginaven pes sa e śajde parne prekursor-produktură anθ-e 3 s (o ginavdo vaxt e arakhipnasqo vaś o maj baro arakhipnasqo vaxt), kerel pes i analìza e korelàciaqi. Numaj kana o m/z valuto si maj tikno katar o prekursorosko valuto thaj MS/MS fragmentàcia kerel pes anθ-i sasti rig e mostrenqi anθ-o set e datengo sar o prekursoro katar savo si kerdo, si konsiderime sar jekh fragmento.
Pe baza kadale duje śukar regulenqi, amen nakhavas e specifikuime kotora saven si len m/z valutură maj bare sar o m/z e identifikuime prekursoresqo, thaj bazirime pe pozicia e mostresqi kaj sikavel pes o prekursoro thaj o specifikuime fragmento. Si vi śajpe te alosarel pes e kvalitetosqe xarakteristike kerde katar but in-source fragmentura kerde anθ-o MS1 fimodo sar kandidatură prekursorură, kadja te keren pes redundanto MS/MS komponentură. Te śaj te redukisarel pes kadaja redundanca e datengo, kana i NDP-esqi similaritèta e spektrurenqi nakhela 0.6, thaj von peren anθ-o kromatogramo “pcgroup” anotirime kaθar o CAMERA, ka ćhivas len khetane. Po agor, amen ćhivas sa e śtar CE rezultatura asociime e prekursoresa thaj e fragmenturenqe anθ-o agorutno dekonvoluciaqo kompozitno spektro alosarindoj o maj baro intenzitetosqo śero maśkar sa e kandidatură śere saven si len sa kodola m/z valutură anθ-e diferentne kolìziaqe energie. E procesura save aven palal si bazirime po koncepto e kompozitno spektrosko thaj len sama e diferentne CE kondicie save trubun te keren maj bari probabiliteta e fragmentàciaqi, sosqe varesave kotora śaj te aven detektime numaj anθ-i jekh specifiko kolizìaqi enèrgia.
RDPI (30) sas kerdo te ginavel pes i indukcia e metabolikane profilosqi. I diverziteta e metabolikane spektrosqi (Hj indekso) si kerdini katar o butipen e MS/MS prekursorenqo labǎrindoj i Shannon entropia e MS/MS frekvencaqi distribùcia labǎrindoj i equàcia savi si deskriptisardi kaθar o Martínez et al. (8). Hj = −∑i = 1mPijlog2(Pij) kote so o Pij korespondil e relativno frekvenca e i-to MS/MS-eski ko j-to misal (j = 1, 2,…, m) (i = 1, 2, …, m) t).
E metabolikani specifičnost (Si indekso) si definime sar i ekspresiaki identiteta e dine MS/MS-eski ande relacia e frekvencasa maškar e mostre save si konsiderime. MS/MS specificiteto si ginavdo sar Si = 1t (∑j = 1tPijPilog2PijPi)
Ker buti e formulaça te meśes o δj indekso specifiko vaś o metabolòmo vaś svako j-esqo egzàmplo, thaj o prodùso e MS/MS specifiko δj = ∑i = 1mPijSi
MS/MS spektrura si phangle ande duj, thaj i similariteta si ginavdi bazirime pe duj skorura. Anglal, labǎrindoj o standardo NDP (vi pinʒardo sar metoda e kosinusqi korrelaciaqi), labǎrindoj i equàcia savi avel palal te śaj te xramosares i similaritèta e segmenturenqi maśkar e spektrură NDP = (∑iS1 & S2WS1, iWS2, i) 2∑iWS1, i2∑iWS2, i2 kaj S1 thaj S2 Korespondentno, vaś o spektro 1 thaj 2, sar vi iWS1, iWS2 reprezentisarel o pharipe bazirime pe o maj baro intenziteto kaj i diferènca e i-to maj bari maśkar e duj spektrura si maj tikni sar 0.01 Da. O pharipe si ginavdo sar so si: W = [maj baro intenziteto] m [kvaliteto] n, m = 0.5, n = 2, sar so si sugerimo kotar o MassBank.
Jekh dujto metoda e skoringoski sas implementirimi, savi involvirisardas te kerel pes analiza e khetani NL maškar MS/MS. Pe akava agor, amen hasnisaras e 52 NL liste save si butivar arakhline ano proceso e MS fragmentàciaqo anθ-o tandem, thaj o maj specifiko NL (data file S1) savo sas maj anglal anotirime vaś o MS/MS spektro e sekundàro metaboliturenqo e slabime Nepenthes specienqo ( 9, 26). Keren jekh binàro vektòro 1 thaj 0 vaś svako MS/MS, savo maladjol e akanutne thaj e na-ekzistuime varesave NL-esqe. Pe baza e Euklidesqi distancaqi similaritèta, o NL similaritètosko skor si ginavdo vaś svako parno NL vektorurenqo binàro.
Te keras dujto grupipe, amen hasnisaras o R paketo DiffCoEx, savo si bazirime pe jekh vazdipe e Weighted Gene Co-expression Analysis (WGCNA). Sar hasnisaras e NDP thaj NL skoring matrica katar MS/MS spektrura, hasnisaras DiffCoEx te ginavas e komparativno korelaciaki matrica. O binàro grupipen kerel pes kana thovel pes o paramètro “cutreeDynamic” k-o metodo = “hybrid”, cutHeight = 0.9999, deepSplit = T, thaj minClusterSize = 10. O R źanglimasko kodo katar o DiffCoEx sas tele lino katar o aver lil 1 katar o Tesson et al. (57); O trubuj R WGCNA softveresqo paketo śaj te arakhel pes anθ-o https://horvath.genetics.ucla.edu/html/CoexpressionNetwork/Rpackages/WGCNA.
Te śaj te keras MS/MS molekulàro netvorkoski analìza, ame kerdam kalkulàcia e parne spektràlo konekcienqi bazirime pe NDP thaj NL similaritète tipuria, thaj hasnisaras Cytoscape softwèro te vizualizisaras i netvorkoski topologia labǎrindoj o organikano aranźàmento anθ-i aplikacia vaś o vazdipen e algoritmosqo layout CyFilescape yFiles.
Ker buti e R verzia 3.0.1 te keres statistikani analìza pe dàte. I statistikani signifikàcia sas evaluisardi anθ-i duj-rigăqi analìza e varìancaqi (ANOVA), palal so sas kerdo o post-hoc test e Tukey-esqo ćaćes signifikantno diferèncaqo (HSD). Te śaj te analizisarel pes i diferènca maśkar o herbivoro tretmano thaj o kontrolo, i duj-rigărdi distribùcia e duje grupenqi e mostrenqi savi sas la sa kodola varìanca sas analizime labǎrindoj o Student-esqo t-testo.
Palal maj but materiàlurǎ vaś kadava lil, mangas tumen te dikhen http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/24/eaaz0381/DC1
Kado si jekh putardo akceso artiklo distribùime telal e kondicie le Creative Commons Attribution-Non-Commercial License, savo del śajsaripen te labărel pes, te del pes thaj te kerel pes reprodukcia anθ-e savi-te-avel medium, źi kana o agorutno labăripen na si vaś komercialno laćhipen thaj i premisa si ke i originalo buti si ćaći. Referìnca.
Nota: Amen mangas tumendar numaj te den tumari e-mail adresa, kadja kaj o manuš savo rekomendisaren les ki rig te džanel kaj kamen te dikhen o e-mail thaj kaj na si spam. Amen na ka astaras nisave e-mail adrese.
Akava pućhipen si kerdo te testisarel pes te san vizitanto thaj te arakhel pes o automatikano bićhaldipen e spam-esqo.
I informàciaqi teorìa del jekh universalo valuta vaś i komparacia maśkar e specialne metabolomură thaj i predikcia e teorienqi pal-i defènsa e testosqi.
I informàciaqi teorìa del jekh universalo valuta vaś i komparacia maśkar e specialne metabolomură thaj i predikcia e teorienqi pal-i defènsa e testosqi.
©2021 Amerikani Asociàcia vaś o Anglunipe e Scienciaqo. sa le hakaja si garavde. AAAS si partneri e HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef thaj COUNTER. ScienceAdvances ISSN 2375-2548.