Tha diofar theòiridhean dìon lusan a’ toirt seachad stiùireadh teòiridheach cudromach airson mìneachadh pàtrain metabolism speisealta lusan, ach tha na prìomh ro-innse aca fhathast ri dhearbhadh. An seo, chleachd sinn mion-sgrùdadh speactramaitreachd tomad tandem neo-chlaon (MS/MS) gus sgrùdadh siostamach a dhèanamh air metabolome shreathan lagaichte tombaca bho lusan fa leth gu sluaghan agus gnèithean dlùth-cheangailte, agus phròiseas sinn àireamh mhòr de theòiridhean feart speactramaitreachd tomad stèidhichte air speactra todhar anns an fhiosrachadh. Frèam-obrach gus na prìomh ro-innse de theòiridhean dìon as fheàrr (OD) agus targaid gluasadach (MT) a dhearbhadh. Tha am pàirt fiosrachaidh de mheata-eòlas lusan a rèir teòiridh OD, ach tha e an aghaidh prìomh ro-innse teòiridh MT air daineamaigs metabolism air adhbhrachadh le luibh-itheadairean. Bho sgèile meanbh gu macro mean-fhàsach, chaidh an comharra jasmonate a chomharrachadh mar am prìomh fheart a tha a’ dearbhadh OD, agus thug an comharra ethylene gleusadh grinn air an fhreagairt shònraichte do luibh-itheadair air a chomharrachadh leis an lìonra moileciuil MS/MS.
’S e meatabolaidean sònraichte le structaran eadar-mheasgte na prìomh chom-pàirtichean ann an atharrachadh lusan don àrainneachd, gu h-àraidh ann an dìon nàimhdean (1). Tha iomadachadh iongantach a’ mheatabolachd shònraichte a lorgar ann an lusan air deicheadan de rannsachadh domhainn a bhrosnachadh air na mòran thaobhan de ghnìomhan eag-eòlasach aige, agus tha e air liosta fhada de theòiridhean dìon lusan a chruthachadh, is iad sin leasachadh mean-fhàsach agus eag-eòlasach eadar-obrachadh plannt-bhiastagan. Tha rannsachadh empirigeach a’ toirt seachad stiùireadh cudromach (2). Ach, cha do lean na teòiridhean dìon lusan seo slighe àbhaisteach reusanachadh dùmhail hipiteòlach, anns an robh prìomh ro-innse aig an aon ìre de mhion-sgrùdadh (3) agus chaidh an deuchainn gu deuchainneach gus an ath chearcall de leasachadh teòiridheach adhartachadh (4). Tha cuingealachaidhean teicnigeach a’ cuingealachadh cruinneachadh dàta gu roinnean meatabolach sònraichte agus a’ dùnadh a-mach mion-sgrùdadh coileanta air meatabolaidean sònraichte, agus mar sin a’ cur casg air coimeasan eadar-roinnean a tha riatanach airson leasachadh teòiridheach (5). Tha dìth dàta meatabolomics coileanta agus airgead cumanta gus coimeas a dhèanamh eadar sruth-obrach giullachd an àite meatabolach eadar diofar bhuidhnean lusan a’ cur bacadh air aibidh saidheansail an raoin.
Faodaidh na leasachaidhean as ùire ann an raon metabolaimigeachd speactramaitreachd tomad tandem (MS/MS) atharrachaidhean metabolach taobh a-staigh agus eadar gnèithean clade siostam sònraichte a chomharrachadh gu coileanta, agus faodar an cur còmhla ri dòighean coimpiutaireachd gus an coltas structarail eadar na measgachaidhean iom-fhillte seo obrachadh a-mach. Eòlas ro-làimh air ceimigeachd (5). Tha measgachadh de theicneòlasan adhartach ann an anailis agus coimpiutaireachd a’ toirt seachad frèam riatanach airson deuchainnean fad-ùine air mòran ro-innse a rinn na teòiridhean eag-eòlasach agus mean-fhàsach air iomadachd metabolach. Thug Shannon (6) a-steach teòiridh fiosrachaidh airson a’ chiad uair anns an artaigil chudromach aige ann an 1948, a’ leagail a’ bhunait airson anailis matamataigeach air fiosrachadh, a chaidh a chleachdadh ann an iomadh raon a bharrachd air an tagradh tùsail aige. Ann an genomics, chaidh teòiridh fiosrachaidh a chuir an sàs gu soirbheachail gus fiosrachadh glèidhidh sreath a thomhas (7). Ann an rannsachadh transcriptomics, bidh teòiridh fiosrachaidh a’ dèanamh anailis air na h-atharrachaidhean iomlan anns an transcriptome (8). Ann an rannsachadh roimhe, chuir sinn frèam staitistigeil teòiridh fiosrachaidh an sàs ann am metabolaimigeachd gus eòlas metabolach ìre clò ann an lusan a mhìneachadh (9). An seo, bidh sinn a’ cothlamadh an t-sruth-obrach stèidhichte air MS/MS le frèam staitistigeil teòiridh fiosrachaidh, air a chomharrachadh leis an iomadachd metabolach anns an airgead cumanta, gus coimeas a dhèanamh eadar prìomh ro-innse teòiridh dìon planntrais a’ mheatabilome air a bhrosnachadh le luibh-itheadairean.
Mar as trice bidh frèamaichean teòiridheach dìon lusan a’ gabhail a-steach a chèile agus faodar an roinn ann an dà roinn: an fheadhainn a bhios a’ feuchainn ri mìneachadh a dhèanamh air sgaoileadh metabolites sònraichte do lusan stèidhichte air gnìomhan dìon, leithid dìon as fheàrr (OD) (10), targaid gluasadach (MT) (11) agus teòiridh coltas (12), agus cuid eile a’ sireadh mìneachaidhean meacanaigeach air mar a bheir atharrachaidhean ann an ruigsinneachd ghoireasan buaidh air fàs lusan agus cruinneachadh metabolites sònraichte, leithid carbon: beachd-bharail cothromachadh beathachaidh (13), beachd-bharail ìre fàis (14), agus beachd-bharail cothromachaidh fàis is eadar-dhealachaidh (15). Tha an dà sheata de theòiridhean aig diofar ìrean de mhion-sgrùdadh (4). Ach, tha dà theòiridh a tha a’ toirt a-steach gnìomhan dìon aig an ìre gnìomh a’ faighinn làmh an uachdair air a’ chòmhradh mu dhìonan bun-reachdail agus brosnachail lusan: teòiridh OD, a tha a’ gabhail ris gu bheil lusan a’ tasgadh anns na dìonan ceimigeach daor aca dìreach nuair a bhios feum orra, mar eisimpleir, nuair a thèid an slugadh Nuair a bhios beathach feòir ag ionnsaigh, mar sin, a rèir comas ionnsaigh san àm ri teachd, thèid an todhar le gnìomh dìon a shònrachadh (10); Tha beachd-bharail MT a’ moladh nach eil ais-atharrachadh treòraichte ann am metabolite, ach gu bheil am metabolite ag atharrachadh air thuaiream, agus mar sin a’ cruthachadh a’ chothruim bacadh a chur air “targaid gluasaid” metabolite nan luibh-itheadairean a tha a’ toirt ionnsaigh. Ann am faclan eile, tha an dà theòiridh seo a’ dèanamh ro-innse mu choinneamh a chèile mun ath-dhealbhadh metabolite a thachras às dèidh ionnsaigh luibh-itheadairean: an dàimh eadar cruinneachadh aon-stiùiridh metabolites le gnìomh dìon (OD) agus atharrachaidhean metabolite neo-stiùirichte (MT) (11).
Tha na barailean mu OD agus MT a’ toirt a-steach chan e a-mhàin na h-atharrachaidhean a chaidh a bhrosnachadh anns a’ mheataibileam, ach cuideachd na builean eag-eòlasach agus mean-fhàsach a thig bho chruinneachadh nam meataibilean sin, leithid cosgaisean is buannachdan atharrachail nan atharrachaidhean meataibile sin ann an àrainneachd eag-eòlasach sònraichte (16). Ged a tha an dà barail ag aithneachadh gnìomh dìon meataibilean sònraichte, a dh’ fhaodadh a bhith daor no nach eil, tha am prìomh ro-innse a tha a’ dèanamh eadar-dhealachadh eadar barailean mu OD agus MT na laighe ann an stiùireadh nan atharrachaidhean meataibile a chaidh a bhrosnachadh. Tha ro-innse teòiridh OD air an aire deuchainneach as motha fhaighinn gu ruige seo. Tha na deuchainnean sin a’ toirt a-steach sgrùdadh air gnìomhan dìon dìreach no neo-dhìreach diofar fhigheagan de choimeasgaidhean sònraichte ann an taighean-glainne agus suidheachaidhean nàdarra, a bharrachd air atharrachaidhean ann an ìre leasachaidh planntrais (17-19). Ach, gu ruige seo, air sgàth dìth sruth-obrach agus frèam staitistigeil airson mion-sgrùdadh coileanta cruinneil air iomadachd meataibileach organsaigh sam bith, tha am prìomh eadar-dhealachadh ro-innse eadar an dà theòiridh (is e sin, stiùireadh atharrachaidhean meataibileach) fhathast ri dhearbhadh. An seo, tha sinn a’ toirt seachad mion-sgrùdadh mar sin.
Is e aon de na feartan as cudromaiche de mheitibilitean sònraichte do lusan an iomadachd structarail mhòr aca aig gach ìre bho lusan singilte, sluaghan gu gnèithean coltach ris (20). Chithear mòran atharrachaidhean cainneachdail ann am meitibilitean sònraichte aig sgèile an t-sluaigh, agus mar as trice bidh eadar-dhealachaidhean càileachdail làidir air an cumail aig ìre nan gnèithean (20). Mar sin, is e iomadachd meitibilitean lusan am prìomh thaobh de iomadachd gnìomhach, a’ nochdadh an comas atharrachadh gu diofar àiteachan, gu sònraichte na h-àiteachan sin le diofar chothroman ionnsaigh le biastagan sònraichte agus luibh-itheadairean cumanta (21). Bho artaigil ùr-ghnàthach Fraenkel (22) air na h-adhbharan airson gu bheil meitibilitean sònraichte do lusan ann, thathas air beachdachadh air eadar-obrachaidhean le diofar bhiastagan mar chuideaman taghaidh cudromach, agus thathas a’ creidsinn gun do chumadh na h-eadar-obrachaidhean sin lusan rè mean-fhàs. Slighe meitibilitean (23). Faodaidh eadar-dhealachaidhean eadar-ghnèitheach ann an iomadachd meitibilitean sònraichte cuideachd a bhith a’ nochdadh a’ chothromachaidh fiseòlasach a tha co-cheangailte ri dìon planntrais bun-reachdail agus brosnachail an aghaidh ro-innleachdan luibh-itheadairean, leis gu bheil an dà ghnè gu tric co-cheangailte gu àicheil ri chèile (24). Ged a dh’ fhaodadh e bhith buannachdail dìon math a chumail suas an-còmhnaidh, tha atharrachaidhean metabolach ùineail co-cheangailte ri dìon a’ toirt buannachdan soilleir ann a bhith a’ leigeil le lusan goireasan luachmhor a riarachadh gu tasgaidhean fiseòlasach eile (19, 24), agus a’ seachnadh an fheum air symbiosis. Milleadh co-thaobhach (25). A bharrachd air an sin, faodaidh na h-ath-eagrachaidhean seo de metabolites sònraichte air adhbhrachadh le luibh-itheadairean bhiastagan leantainn gu sgaoileadh millteach anns an t-sluagh (26), agus faodaidh iad a bhith a’ nochdadh leughaidhean dìreach de atharrachaidhean nàdarra mòra ann an comharra searbhag jasmonic (JA), a dh’ fhaodadh a bhith air a chumail suas anns an t-sluagh. Tha comharran JA àrd is ìosal nan co-rèiteachaidhean eadar dìon an aghaidh luibh-itheadairean agus farpais le gnèithean sònraichte (27). A bharrachd air an sin, bidh slighean bith-cho-chur metabolach sònraichte a’ fulang call agus cruth-atharrachadh luath rè mean-fhàs, agus mar thoradh air sin bidh sgaoileadh metabolach neo-chunbhalach am measg ghnèithean dlùth-cheangailte (28). Faodar na polymorphisms sin a stèidheachadh gu luath mar fhreagairt do phàtranan luibh-itheadairean ag atharrachadh (29), a tha a’ ciallachadh gur e caochlaideachd choimhearsnachdan luibh-itheadairean prìomh fheart a tha a’ stiùireadh neo-chunbhalachd metabolach.
An seo, dh’fhuasgail sinn na duilgheadasan a leanas gu sònraichte. (I) Ciamar a bhios am biastag luibh-itheach ag ath-rèiteachadh metabolome a’ phlannt? (ii) Dè na prìomh phàirtean fiosrachaidh de plasticity metabolic a dh’ fhaodar a thomhas gus ro-innse teòiridh dìon fad-ùine a dhearbhadh? (iii) Am bu chòir metabolome a’ phlannt ath-phrògramadh ann an dòigh a tha sònraichte don ionnsaighear, ma tha, dè an dreuchd a th’ aig hormona planntrais ann a bhith a’ dèanamh freagairt metabolic sònraichte freagarrach, agus dè na metabolites a chuireas ri sònrachas dìon an gnè? (iv) Leis gum faodar na ro-innse a rinn mòran theòiridhean dìon a leudachadh thar gach ìre de fhigheagan bith-eòlasach, dh’ fhaighnich sinn dè cho cunbhalach ‘s a tha am freagairt metabolic air adhbhrachadh bho choimeas a-staigh gu coimeas eadar-ghnèithean? Gus seo a dhèanamh, tha sinn air sgrùdadh siostamach a dhèanamh air metabolome duille nicotine tombaca, a tha na lus modail eag-eòlasach le metabolism sònraichte beairteach, agus a tha èifeachdach an aghaidh larbha dà luibh-itheach dùthchasach, Lepidoptera Datura (Ms) (Glè ionnsaigheach, air ithe sa mhòr-chuid) Air Solanaceae agus Spodoptera littoralis (Sl), tha cnuimhean duille cotan nan seòrsa de “genus”, le lusan aoigheachd Solanaceae agus aoighean eile de ghinealaichean agus theaghlaichean eile Biadh planntrais. Rinn sinn mion-sgrùdadh air speactram metabolomics MS/MS agus thug sinn a-mach tuairisgeulan staitistigeil teòiridh fiosrachaidh gus coimeas a dhèanamh eadar teòiridhean OD agus MT. Cruthaich mapaichean sònraichteachd gus dearbh-aithne nam prìomh metabolites fhoillseachadh. Chaidh an anailis a leudachadh gu sluagh dùthchasach N. nasi agus gnèithean tombaca dlùth-cheangailte gus tuilleadh mion-sgrùdaidh a dhèanamh air a’ cho-atharrachadh eadar comharran hormona planntrais agus brosnachadh OD.
Gus mapa iomlan fhaighinn mu dheidhinn plastaigeachd agus structar metabolome duille tombaca luibheach, chleachd sinn sruth-obrach mion-sgrùdaidh agus àireamhachaidh a chaidh a leasachadh roimhe gus dàta àrd-rèiteachaidh a chruinneachadh agus a dhì-cho-fhillteachadh gu coileanta, speactra MS/MS neo-eisimeileach bho earrannan planntrais (9). Faodaidh an dòigh neo-eadar-dhealaichte seo (ris an canar MS/MS) speactra todhar neo-iomchaidh a thogail, agus faodar an uairsin a chleachdadh airson a h-uile mion-sgrùdadh ìre todhar a tha air a mhìneachadh an seo. Tha na metabolites planntrais neo-cho-fhillte seo de dhiofar sheòrsaichean, anns a bheil ceudan gu mìltean de metabolites (timcheall air 500-1000-s/MS/MS an seo). An seo, bidh sinn a’ beachdachadh air plastaigeachd metabolach ann an co-theacsa teòiridh fiosrachaidh, agus a’ tomhas iomadachd agus proifeiseantachd a’ metabolome stèidhichte air entropy Shannon den sgaoileadh tricead metabolach. A’ cleachdadh na foirmle a chaidh a chur an gnìomh roimhe (8), rinn sinn àireamhachadh air seata de chomharran a dh’ fhaodar a chleachdadh gus iomadachd metabolome (comharra Hj), speisealachadh pròifil metabolach (comharra δj) agus sònrachas metabolach aon metabolite (comharra Si) a thomhas. A bharrachd air sin, chuir sinn an sàs Clàr-amais Plastachd Astar Coimeasach (RDPI) gus comas brosnachaidh metabolome luibh-itheadairean a thomhas (Figear 1A) (30). Taobh a-staigh a’ chreat-obrach staitistigeil seo, bidh sinn a’ làimhseachadh speactram MS/MS mar an aonad fiosrachaidh bunaiteach, agus a’ giullachd pailteas coimeasach MS/MS gu mapa cuairteachaidh tricead, agus an uairsin a’ cleachdadh entropy Shannon gus iomadachd metabolome a mheasadh bhuaithe. Tha speisealachadh an metabolome air a thomhas leis an t-sònrachas cuibheasach de aon speactram MS/MS. Mar sin, tha an àrdachadh ann am pailteas cuid de chlasaichean MS/MS às deidh brosnachadh luibh-itheadair air a thionndadh gu comas brosnachaidh speactram, RDPI agus speisealachadh, is e sin, an àrdachadh ann an clàr-amais δj, leis gu bheil barrachd metabolites speisealta air an dèanamh agus clàr-amais Si àrd air a dhèanamh. Tha ìsleachadh clàr-amais iomadachd Hj a’ nochdadh gu bheil an àireamh de MS/MS a chaidh a chruthachadh air a lughdachadh, no gu bheil an sgaoileadh tricead pròifil ag atharrachadh ann an stiùireadh nach eil cho aonfhoirmeil, agus aig an aon àm a’ lughdachadh a mhì-chinnt iomlan. Tro bhith a’ dèanamh àireamhachadh clàr-amais Si, tha e comasach soilleireachadh dè na MS/MS a tha air an adhbhrachadh le luibh-itheadairean sònraichte, air an làimh eile, dè an MS/MS nach eil a’ freagairt ris an inntrigeadh, agus tha seo na phrìomh chomharradh airson ro-innse MT agus OD a dhealachadh.
(A) Tuairisgeulan staitistigeil a thathar a’ cleachdadh airson brosnachadh dàta MS/MS luibh-itheach (H1 gu Hx) (RDPI), iomadachd (clàr-amais Hj), speisealachadh (clàr-amais δj) agus sònrachas metabolite (clàr-amais Si). Tha àrdachadh ann an ìre an speisealachaidh (δj) a’ nochdadh, air a’ chuibheasachd, gun tèid barrachd metabolites sònraichte luibh-itheach a thoirt gu buil, agus tha lùghdachadh ann an iomadachd (Hj) a’ nochdadh lùghdachadh ann an cinneasachadh metabolites no sgaoileadh neo-chothromach metabolites anns a’ mhapa cuairteachaidh. Bidh luach Si a’ measadh a bheil am metabolite sònraichte do staid sònraichte (an seo, luibh-itheach) no air a’ chaochladh air a chumail aig an aon ìre. (B) Diagram bun-bheachdail de ro-innse teòiridh dìon a’ cleachdadh axis teòiridh fiosrachaidh. Tha teòiridh OD a’ ro-innse gun àrdaich ionnsaigh luibh-itheach metabolites dìon, agus mar sin ag àrdachadh δj. Aig an aon àm, bidh Hj a’ lùghdachadh leis gu bheil am pròifil air ath-eagrachadh a dh’ionnsaigh lùghdachadh mì-chinnt fiosrachaidh metabolach. Tha teòiridh an MT a’ ro-innse gun adhbharaich ionnsaigh luibh-itheadairean atharrachaidhean neo-stiùiridh anns a’ mheatabilòm, agus mar sin ag àrdachadh Hj mar chomharradh air barrachd mì-chinnt fiosrachaidh metabolach agus ag adhbhrachadh sgaoileadh air thuaiream de Si. Mhol sinn cuideachd modail measgaichte, an MT as fheàrr, anns am bi cuid de mheatabilòitean le luachan dìon nas àirde air an àrdachadh gu sònraichte (luach Si àrd), agus cuid eile a’ nochdadh freagairtean air thuaiream (luach Si nas ìsle).
A’ cleachdadh tuairisgeulan teòiridh fiosrachaidh, bidh sinn a’ mìneachadh teòiridh OD gus ro-innse gum bi atharrachaidhean ann am metabolitean sònraichte air an adhbhrachadh le luibh-itheadairean ann an staid bhun-reachdail neo-bhrosnaichte a’ leantainn gu (i) àrdachadh ann an sònrachas metabolach (clàr-amais Si) a’ stiùireadh sònrachas metabolach (clàr-amais δj) Àrdachadh ann am buidhnean metabolach sònraichte sònraichte sònraichte le luach dìon nas àirde, agus (ii) lùghdachadh ann an iomadachd metabolome (clàr-amais Hj) mar thoradh air atharrachadh ann an sgaoileadh tricead metabolach gu barrachd sgaoileadh bodhaig leptin. Aig ìre aon metabolite, thathar an dùil ri sgaoileadh Si òrdaichte, far am bi am metabolite ag àrdachadh luach Si a rèir a luach dìon (Figear 1B). Air an loidhne seo, bidh sinn a’ mìneachadh teòiridh MT gus ro-innse gum bi brosnachadh a’ leantainn gu (i) atharrachaidhean neo-stiùiridh ann am metabolites a’ leantainn gu lùghdachadh ann an clàr-amais δj, agus (ii) àrdachadh ann an clàr-amais Hj mar thoradh air àrdachadh ann an mì-chinnt metabolach. No air thuaiream, a dh’ fhaodar a thomhas le entropy Shannon ann an cruth iomadachd choitcheann. A thaobh co-dhèanamh metabolach, bidh teòiridh MT a’ ro-innse sgaoileadh air thuaiream Si. A’ toirt aire gu bheil cuid de mheitibilitean fo chumhachan sònraichte fo chumhachan sònraichte, agus nach eil cumhachan eile fo chumhachan sònraichte, agus gu bheil an luach dìon an urra ris an àrainneachd, mhol sinn cuideachd modail dìon measgaichte, anns a bheil δj agus Hj air an sgaoileadh ann an dhà air feadh Si Meudachadh anns a h-uile taobh, chan eil ach buidhnean meitibilitean sònraichte, aig a bheil luachan dìon nas àirde, a’ meudachadh Si gu sònraichte, agus bidh sgaoileadh air thuaiream aig cuid eile (Figear 1B).
Gus ro-innse teòiridh dìon ath-mhìnichte a dhearbhadh air aisis tuairisgeul teòiridh fiosrachaidh, thog sinn larbha luibh-itheach eòlach (Ms) no coitcheann (Sl) air duilleagan Nepenthes pallens (Figear 2A). A’ cleachdadh mion-sgrùdadh MS/MS, fhuair sinn 599 speactram MS/MS neo-iomarcach (faidhle dàta S1) bho earrannan methanol de fhigheagan duille a chaidh a chruinneachadh às deidh dha na rùsgan a bhith ag ithe. Le bhith a’ cleachdadh clàran-amais RDPI, Hj, agus δj gus ath-rèiteachadh susbaint fiosrachaidh ann am faidhlichean rèiteachaidh MS/MS fhaicinn, tha pàtrain inntinneach rim faicinn (Figear 2B). Is e an gluasad iomlan, mar a tha air a mhìneachadh leis an tuairisgeul fiosrachaidh, mar a bhios na rùsgan a’ leantainn air adhart ag ithe dhuilleagan, gu bheil ìre an ath-eagrachaidh metabolach uile ag àrdachadh thar ùine: 72 uair an dèidh don luibh-itheach ithe, tha an RDPI ag àrdachadh gu mòr. An coimeas ris a’ smachd gun mhilleadh, chaidh Hj a lùghdachadh gu mòr, a bha mar thoradh air an ìre speisealachaidh a tha air a mheudachadh den phròifil metabolach, a chaidh a thomhas leis a’ chlàr-amais δj. Tha an gluasad follaiseach seo a rèir ro-innse teòiridh OD, ach chan eil e co-chòrdail ri prìomh ro-innse teòiridh MT, a tha den bheachd gu bheil atharrachaidhean air thuaiream (neo-stiùirichte) ann an ìrean metabolite air an cleachdadh mar cham-fhulangas dìon (Figear 1B). Ged a tha susbaint an neach-brosnachaidh secretion beòil (OS) agus giùlan beathachaidh an dà luibh-itheach seo eadar-dhealaichte, dh’ adhbhraich am biathadh dìreach atharrachaidhean coltach ri chèile ann an stiùiridhean Hj agus δj rè na h-amannan buain 24-uair agus 72-uair. Thachair an aon eadar-dhealachadh aig 72 uair de RDPI. An coimeas ris an fhear air adhbhrachadh le biathadh Ms, bha am metabolism iomlan air adhbhrachadh le biathadh Sl nas àirde.
(A) Dealbhadh deuchainneach: thathas a’ biathadh luibh-itheadairean muc chumanta (S1) no eòlaichean (Ms) le duilleagan dì-shaillte de lusan crathaidh, agus airson luibh-itheachd samhlaichte, thathas a’ cleachdadh OS Ms (W + OSMs) gus dèiligeadh ri puncture lotan suidheachadh duilleach àbhaisteach. Larbha S1 (W + OSSl) no uisge (W + W). Is e duilleag gun mhilleadh a th’ anns a’ bhuidheann smachd (C). (B) Clàr-amais brosnachaidh (RDPI an taca ris a’ chairt smachd), iomadachd (clàr-amais Hj) agus speisealachd (clàr-amais δj) air a thomhas airson a’ mhapa metabolite sònraichte (599 MS/MS; faidhle dàta S1). Tha reultan a’ comharrachadh eadar-dhealachaidhean mòra eadar biathadh dìreach an luibh-itheadair agus a’ bhuidheann smachd (deuchainn-t oileanach le deuchainn-t càraideach, *P<0.05 agus ***P<0.001). ns, gun a bhith cudromach. (C) Clàr-amais rùn-ùine a’ phrìomh speactram (bogsa gorm, amino-aigéad, searbhag organach agus siùcar; faidhle dàta S2) agus speactram metabolite sònraichte (bogsa dearg 443 MS/MS; faidhle dàta S1) às dèidh làimhseachadh luibh-itheach samhlaichte. Tha a’ chòmhlan dathte a’ toirt iomradh air an eadar-ama earbsa 95%. Tha an rionnag a’ comharrachadh an eadar-dhealachaidh chudromach eadar an làimhseachadh agus an smachd [mion-sgrùdadh ceàrnagach air atharrachaidh (ANOVA), agus an uairsin eadar-dhealachadh cudromach onarach Tukey (HSD) airson coimeasan ioma-fhillte post hoc, *P<0.05, **P<0.01 Agus *** P <0.001]. (D) Speisealachadh phlotaichean sgapte agus pròifilean metabolite sònraichte (sampallan ath-aithris le diofar làimhseachadh).
Gus sgrùdadh a dhèanamh a bheil an ath-dhealbhadh air adhbhrachadh le luibh-itheadairean aig ìre a’ mheataibilòim air a nochdadh anns na h-atharrachaidhean ann an ìre nam metabolites fa leth, chuir sinn fòcas an toiseach air na metabolites a chaidh a sgrùdadh roimhe ann an duilleagan Nepenthes pallens le strì dearbhte an aghaidh luibh-itheadairean. Is e conjugates hydroxycinnamamide-polyamine a th’ ann an amides phenolic a bhios a’ cruinneachadh rè pròiseas luibh-itheadairean bhiastagan agus tha fios gu bheil iad a’ lughdachadh coileanadh bhiastagan (32). Rannsaich sinn ro-ruithearan an MS/MS co-fhreagarrach agus rinn sinn plota de na lùban cineatach cruinnichte aca (Figear S1). Chan eil e na iongnadh gu bheil toraidhean phenol nach eil an sàs gu dìreach anns an dìon an aghaidh luibh-itheadairean, leithid searbhag clorogenic (CGA) agus rutin, air an lughdachadh às deidh luibh-itheadairean. An coimeas ri sin, faodaidh luibh-itheadairean phenol amides a dhèanamh gu math cumhachdach. Mar thoradh air biathadh leantainneach an dà luibh-itheadair bha cha mhòr an aon speactram brosnachaidh de phenolamides, agus bha am pàtran seo gu sònraichte follaiseach airson synthesis de novo de phenolamides. Chithear an aon rud nuair a thathar a’ sgrùdadh slighe glycosides diterpene 17-hydroxygeranyl nonanediol (17-HGL-DTGs), a bhios a’ dèanamh àireamh mhòr de diterpenes acyclic le gnìomhan èifeachdach an-aghaidh luibh-itheach (33), agus dh’ adhbhraich Ms Feeding with Sl pròifil abairteachaidh coltach ris (Figear S1)).
Is e an eas-bhuannachd a dh’ fhaodadh a bhith ann bho dheuchainnean beathachaidh luibh-itheach dìreach an diofar ann an ìre ithe dhuilleagan agus ùine beathachaidh luibh-itheach, a tha ga dhèanamh duilich cuir às do na buaidhean sònraichte do luibh-itheach air adhbhrachadh le lotan agus luibh-itheach. Gus fuasgladh nas fheàrr fhaighinn air sònrachas gnèithean luibh-itheach den fhreagairt metabolach duilleach a chaidh a bhrosnachadh, rinn sinn atharrais air beathachadh larbha Ms agus Sl le bhith a’ cur an OS ùr-chruinnichte (OSM agus OSS1) sa bhad ris a’ phuncture àbhaisteach W de shuidheachaidhean duilleach cunbhalach. Canar làimhseachadh W + OS ris a’ mhodh-obrach seo, agus bidh e a’ daingneachadh an inntrigeadh le bhith a’ clàradh toiseach na freagairt a dh’ adhbhraich an luibh-itheach gun a bhith ag adhbhrachadh buaidhean troimh-chèile eadar-dhealachaidhean ann an ìre no meud call clò (Figear 2A) (34). A’ cleachdadh loidhne-phìoban anailis agus àireamhachaidh MS/MS, fhuair sinn air ais 443 speactram MS/MS (faidhle dàta S1), a bha a’ dol thairis air na speactram a chaidh a chruinneachadh roimhe bho dheuchainnean beathachaidh dìreach. Sheall an sgrùdadh teòiridh fiosrachaidh air an t-seata dàta MS/MS seo gun do sheall ath-phrògramadh metabolomes speisealaichte ann an duilleagan le bhith ag atharrais luibh-itheadairean brosnachaidhean sònraichte do OS (Figear 2C). Gu sònraichte, an taca ri làimhseachadh OSS1, dh’ adhbhraich OSM àrdachadh ann an speisealachadh metabolome aig 4 uairean a thìde. Is fhiach a thoirt fa-near, an taca ris an t-seata dàta deuchainneach biathadh dìreach luibh-itheadair, gun deach na cineatics metabolach a shealltainn ann an àite dà-thaobhach a’ cleachdadh Hj agus δj mar cho-chomharran agus stiùireadh speisealachadh a’ metabolome mar fhreagairt do làimhseachadh luibh-itheadair samhlaichte thar ùine a’ meudachadh gu cunbhalach (Figear 2D). Aig an aon àm, rinn sinn tomhas air susbaint amino-aigéid, aigéid organach agus shiùcairean (faidhle dàta S2) gus sgrùdadh a dhèanamh a bheil an àrdachadh targaideach seo ann an eòlas metabolome mar thoradh air ath-rèiteachadh metabolism meadhanach gualain mar fhreagairt do luibh-itheadairean samhlaichte (Figear S2). Gus am pàtran seo a mhìneachadh nas fheàrr, rinn sinn sgrùdadh nas fhaide air cineatics cruinneachaidh metabolach nan slighean phenolamide agus 17-HGL-DTG a chaidh a dheasbad roimhe. Tha an brosnachadh OS-sònraichte aig luibh-itheadairean air a chruth-atharrachadh gu pàtran ath-eagrachaidh eadar-dhealaichte taobh a-staigh metabolism phenolamide (Figear S3). Tha amides phenolic anns a bheil moieties coumarin agus caffeoyl air am brosnachadh gu roghnach le OSS1, agus bidh OSMan a’ piobrachadh brosnachadh sònraichte de conjugates ferulyl. Airson slighe 17-HGL-DTG, chaidh brosnachadh OS-sònraichte le toraidhean malonylation agus dimalonylation sìos an abhainn a lorg (Figear S3).
An ath rud, rinn sinn sgrùdadh air plastaigeachd transcriptome air adhbhrachadh le OS a’ cleachdadh an t-seata dàta microarray cùrsa-ùine, a bhios ag atharrais cleachdadh OSM gus duilleagan lus an rosette a làimhseachadh ann an luibh-itheadairean. Tha cineatics an t-samplachaidh gu ìre mhòr a’ dol thairis air a’ chineatics a chaidh a chleachdadh san sgrùdadh metabolomics seo (35). An coimeas ri ath-rèiteachadh metabolome anns a bheil plastaigeachd metabolach air a mheudachadh gu sònraichte thar ùine, tha sinn a’ faicinn spreadhaidhean tar-sgrìobhaidh sealach ann an duilleagan air an adhbhrachadh le Ms, far a bheil brosnachadh transcriptome (RDPI) agus speisealachadh (δj) aig 1 Bha àrdachadh mòr ann an uairean, agus iomadachd (Hj) aig an àm seo, chaidh abairt BMP1 a lùghdachadh gu mòr, agus an uairsin fois speisealachadh transcriptome (Figear S4). Bidh teaghlaichean gine metabolach (leithid P450, glycosyltransferase, agus BAHD acyltransferase) a’ gabhail pàirt ann am pròiseas a bhith a’ cruinneachadh metabolites sònraichte bho aonadan structarail a tha air an toirt bho phrìomh metabolism, a’ leantainn a’ mhodail àrd-speisealachaidh tràth a chaidh ainmeachadh. Mar sgrùdadh cùise, chaidh slighe phenylalanine a sgrùdadh. Dhearbh an anailis gu bheil na prìomh ghinean ann am metabolism phenolamide air an adhbhrachadh gu mòr le OS ann an luibh-itheadairean an taca ri lusan nach eil air an tàladh, agus gu bheil iad gu dlùth ri chèile anns na pàtrain abairtean aca. Sheall am factar tar-sgrìobhaidh MYB8 agus na ginean structarail PAL1, PAL2, C4H agus 4CL anns an t-slighe suas an abhainn den t-slighe seo tòiseachadh tràth air tar-sgrìobhadh. Tha acyltransferases a bhios a’ cluich pàirt ann an cruinneachadh deireannach phenolamide, leithid AT1, DH29, agus CV86, a’ nochdadh pàtran suas-riaghlaidh fada (Figear S4). Tha na beachdan gu h-àrd a’ nochdadh gu bheil tòiseachadh tràth air speisealachadh transcriptome agus leasachadh nas fhaide air adhart air speisealachadh metabolomics nan modh ceangailte, a dh’ fhaodadh a bhith mar thoradh air an t-siostam riaghlaidh sioncronaich a bhios a’ tòiseachadh freagairt dìon chumhachdach.
Bidh an ath-rèiteachadh ann an comharradh hormona planntrais ag obair mar shreath riaghlaidh a bhios ag amalachadh fiosrachadh luibh-itheach gus fiseòlas lusan ath-phrògramadh. Às dèidh an atharrais luibh-itheach, thomhais sinn daineamaigs cruinnichte prìomh roinnean hormona planntrais agus rinn sinn dealbh den cho-chur-an-gnìomh thar ùine eatorra [co-èifeachd co-dhàimh Pearson (PCC)> 0.4] (Figear 3A). Mar a bha dùil, tha hormonaichean planntrais co-cheangailte ri biosynthesis ceangailte taobh a-staigh lìonra co-chur-an-gnìomh hormona planntrais. A bharrachd air an sin, tha sònrachas metabolach (clàr-amais Si) air a mhapadh chun lìonra seo gus na hormonaichean planntrais a tha air an adhbhrachadh le diofar leigheasan a shoilleireachadh. Tha dà phrìomh raon de fhreagairt shònraichte luibh-itheach air an tarraing: tha aon anns a’ chruinneachadh JA, far a bheil JA (an cruth bith-eòlasach gnìomhach JA-Ile aige) agus toraidhean JA eile a’ sealltainn an sgòr Si as àirde; is e am fear eile ethylene (ET). Sheall Gibberellin dìreach àrdachadh meadhanach ann an sònrachas luibh-itheach, agus bha sònrachas inntrigidh ìosal aig hormonaichean planntrais eile, leithid cytokinin, auxin, agus searbhag abscisic, airson luibh-itheach. An coimeas ri bhith a’ cleachdadh W + W leotha fhèin, faodar leudachadh luach as àirde nan toraidhean JA tron ​​tagradh OS (W + OS) a thionndadh gu bhith na chomharradh sònraichte làidir de JAn. Gu h-obann, tha fios gu bheil OSM agus OSS1 le susbaint brosnachaidh eadar-dhealaichte ag adhbhrachadh cruinneachadh coltach ri JA agus JA-Ile. An coimeas ri OSS1, tha OSM air a bhrosnachadh gu sònraichte agus gu làidir le OSMn, agus chan eil OSS1 ag àrdachadh freagairt lotan bunaiteach (Figear 3B).
(A) Mion-sgrùdadh lìonra co-abairt stèidhichte air àireamhachadh PCC de shamhlachadh cineatach cruinneachaidh hormona planntrais air adhbhrachadh le luibh-itheach. Tha an nód a’ riochdachadh aon hormona planntrais, agus tha meud an nód a’ riochdachadh clàr-amais Si sònraichte don hormona planntrais eadar leigheasan. (B) Cruinneachadh JA, JA-Ile agus ET ann an duilleagan air adhbhrachadh le diofar leigheasan air a chomharrachadh le diofar dhathan: apricot, W + OSM; gorm, W + OSSl; dubh, W + W; liath, C (smachd). Tha reultan a’ comharrachadh eadar-dhealachaidhean mòra eadar làimhseachadh agus smachd (ANOVA dà-shligheach agus an uairsin coimeas ioma-fhillte post hoc Tukey HSD, *** P <0.001). Mion-sgrùdadh teòiridh fiosrachaidh air (C) 697 MS/MS (faidhle dàta S1) ann am bith-cho-chur JA agus speactram mothachaidh lag (irAOC agus irCOI1) agus (D) 585 MS/MS (faidhle dàta S1) ann an ETR1 le comharra ET lag. Dh’ adhbhraich dà làimhseachadh luibh-itheach samhlaichte loidhnichean planntrais agus planntaichean smachd carbaid falamh (EV). Tha rionnagan a’ comharrachadh eadar-dhealachaidhean mòra eadar làimhseachadh W+OS agus smachd gun mhilleadh (ANOVA dà-shligheach agus an uair sin coimeas ioma-fhillte iar-dheuchainn Tukey HSD, *P<0.05, **P<0.01 agus ***P<0.001). (E) Grafaichean sgapte de dh’ aghaidh sgapte an aghaidh speisealachadh. Tha na dathan a’ riochdachadh diofar shreathan atharraichte gu ginteil; tha na samhlaidhean a’ riochdachadh diofar dhòighean làimhseachaidh: triantan, W + OSS1; ceart-cheàrnach, W + OSM; cearcall C
An ath rud, bidh sinn a’ cleachdadh sreath atharraichte gu ginteil de Nepenthes lagaichte (irCOI1 agus sETR1) anns na prìomh cheumannan de bhith-cho-chur JA agus ET (irAOC agus irACO) agus mothachadh (irCOI1 agus sETR1) gus sgrùdadh a dhèanamh air metabolism an dà hormona planntrais seo air luibh-itheadairean. Cuibhreann coimeasach ath-phrògramadh. A rèir deuchainnean roimhe, dhearbh sinn brosnachadh OS luibh-itheadair ann an lusan giùlain falamh (EV) (Figear 3, C gu D) agus an lùghdachadh iomlan ann an clàr-amais Hj air adhbhrachadh le OSM, agus an clàr-amais δj ag àrdachadh. Tha am freagairt nas follaisiche na am freagairt air a bhrosnachadh le OSS1. Tha graf dà-loidhne a’ cleachdadh Hj agus δj mar cho-chomharran a’ sealltainn an dì-riaghladh sònraichte (Figear 3E). Is e an gluasad as follaisiche, ann an sreathan aig nach eil comharra JA, gu bheil na h-atharrachaidhean iomadachd metabolome agus speisealachd air adhbhrachadh le luibh-itheadairean cha mhòr air an cuir às gu tur (Figear 3C). An coimeas ri sin, ged a tha buaidh iomlan ET air atharrachaidhean ann am metabolism luibh-itheach mòran nas ìsle na buaidh chomharran JA, tha seo a’ lughdachadh an eadar-dhealachaidh ann an clàran-amais Hj agus δj eadar brosnachaidhean OSM agus OSS1 (Figear 3D agus Figear S5). Tha seo a’ nochdadh, a bharrachd air prìomh dhleastanas tar-chuir comharran JA, gu bheil tar-chuir comharran ET cuideachd ag obair mar dhòigh air freagairt metabolach sònraichte don ghnè aig luibh-itheach a leasachadh. A rèir na h-obrach gleusaidh seo, cha robh atharrachadh sam bith ann an comas iomlan an metabolome ann an lusan sETR1. Air an làimh eile, an taca ri lusan sETR1, dh’ adhbhraich lusan irACO meudan iomlan coltach ri chèile de atharrachaidhean metabolach air adhbhrachadh le luibh-itheach, ach sheall iad sgòran Hj agus δj gu math eadar-dhealaichte eadar dùbhlain OSM agus OSS1 (Figear S5).
Gus metabolites sònraichte a chomharrachadh a tha a’ cur gu mòr ri freagairt luibh-itheadairean sònraichte don ghnè agus gus an cinneasachadh a mhìneachadh tro chomharran ET, chleachd sinn an dòigh structarail MS/MS a chaidh a leasachadh roimhe. Tha an dòigh seo an urra ris an dòigh dà-chruinneachaidh gus an teaghlach metabolach ath-cho-dhùnadh bho bhloighean MS/MS [toradh dot àbhaisteach (NDP)] agus sgòr coltachd stèidhichte air call neodrach (NL). Thug an seata dàta MS/MS a chaidh a thogail tro bhith a’ sgrùdadh loidhnichean tar-ghinealach ET 585 MS/MS (faidhle dàta S1), a chaidh fhuasgladh le bhith gan cruinneachadh ann an seachd prìomh mhodalan MS/MS (M) (Figear 4A). Tha cuid de na modalan sin làn de metabolites sònraichte a chaidh a chomharrachadh roimhe: mar eisimpleir, tha M1, M2, M3, M4 agus M7 beairteach ann an diofar thoradh phenol (M1), glycosides flavonoid (M2), siùcaran acyl (M3 Agus M4), agus 17-HGL-DTG (M7). A bharrachd air an sin, thèid am fiosrachadh sònraichte metabolach (clàr-amais Si) de aon metabolite anns gach modúl obrachadh a-mach, agus chithear a sgaoileadh Si gu h-intuitive. Ann an ùine ghoirid, tha speactra MS/MS a tha a’ nochdadh sònrachas àrd luibh-itheach agus genotype air an comharrachadh le luachan Si àrda, agus tha staitistig kurtosis a’ nochdadh sgaoileadh bian air oisean deas an earbaill. Chaidh aon sgaoileadh colloid caol mar sin a lorg ann an M1, anns an do sheall phenol amide an co-mheas Si as àirde (Figear 4B). Sheall an 17-HGL-DTG brosnachail luibh-itheach a chaidh ainmeachadh roimhe ann an M7 sgòr Si meadhanach, a’ nochdadh ìre meadhanach de riaghladh eadar-dhealaichte eadar an dà sheòrsa OS. An coimeas ri sin, tha a’ mhòr-chuid de metabolites sònraichte a chaidh a thoirt gu buil gu bun-reachdail, leithid rutin, CGA, agus siùcaran acyl, am measg nan sgòran Si as ìsle. ​​Gus sgrùdadh nas fheàrr a dhèanamh air iom-fhillteachd structarail agus sgaoileadh Si eadar metabolites sònraichte, chaidh lìonra moileciuil a thogail airson gach modúl (Figear 4B). Is e ro-innse cudromach de theòiridh OD (air a gheàrr-chunntas ann am Figear 1B) gum bu chòir ath-eagrachadh metabolites sònraichte às dèidh luibh-itheach leantainn gu atharrachaidhean aon-shligheach ann am metabolites le luach dìon àrd, gu sònraichte le bhith ag àrdachadh an sònrachas (an taca ri sgaoileadh air thuaiream) Modh) Metabolite dìon air a ro-innse le teòiridh MT. Tha a’ mhòr-chuid de na toraidhean phenol a chruinnich ann am M1 co-cheangailte gu gnìomhach ri crìonadh coileanadh bhiastagan (32). Nuair a bha sinn a’ dèanamh coimeas eadar luachan Si anns na metabolites M1 eadar na duilleagan brosnaichte agus duilleagan co-phàirteach nan lusan smachd EV aig 24 uair a thìde, mhothaich sinn gu bheil gluasad mòr a’ sìor fhàs aig sònrachas metabolach mòran metabolites às dèidh biastagan luibh-itheach (Figear 4C). Cha deach an àrdachadh sònraichte ann an luach Si a lorg ach ann am phenolamides dìon, ach cha deach àrdachadh sam bith ann an luach Si a lorg ann am phenols eile agus metabolites neo-aithnichte a bha ann còmhla sa mhodal seo. Is e modail sònraichte a tha seo, a tha co-cheangailte ri teòiridh OD. Tha na prìomh ro-innsean air atharrachaidhean metabolach air adhbhrachadh le luibh-itheach cunbhalach. Gus deuchainn a dhèanamh an deach an sònraichteachd seo de speactram phenolamide a bhrosnachadh le ET sònraichte do OS, phlòt sinn clàr-amais Si an metabolite agus dh’ adhbhraich sinn luach abairt eadar-dhealaichte eadar OSM agus OSS1 anns na genotypes EV agus sETR1 (Figear 4D). Ann an sETR1, chaidh an diofar eadar OSM agus OSS1 air adhbhrachadh le phenamide a lùghdachadh gu mòr. Chaidh an dòigh dà-chruinneachaidh a chur an sàs cuideachd ann an dàta MS/MS a chaidh a chruinneachadh ann an sreathan le JA gu leòr gus na prìomh mhodalan MS/MS co-cheangailte ri speisealachadh metabolach fo riaghladh JA a thoirt a-mach (Figear S6).
(A) Tha toraidhean cruinneachaidh 585 MS/MS stèidhichte air criomag co-roinnte (coltas NDP) agus call neodrach co-roinnte (coltas NL) a’ ciallachadh gu bheil am modúl (M) a rèir teaghlach nan todhar aithnichte, no le co-dhèanamh metabolite neo-aithnichte no air a mheatabolachadh gu dona. Ri taobh gach modúl, tha an sgaoileadh sònraichte metabolite (MS/MS) (Si) air a shealltainn. (B) Lìonra moileciuil modúlach: Tha nódan a’ riochdachadh MS/MS agus oirean, sgòran MS/MS NDP (dearg) agus NL (gorm) (gearradh- dheth,> 0.6). Clàr-amais sònraichteachd metabolite ìreichte (Si) air a dhath stèidhichte air a’ mhodúl (clì) agus air a mhapadh chun lìonra moileciuil (deas). (C) Modúl M1 de lus EV ann an staid bhunasach (smachd) agus brosnaichte (luibh-itheach samhlaichte) aig 24 uairean: diagram lìonra moileciuil (is e luach Si meud an nód, tha phenolamide dìonach air a chomharrachadh ann an gorm). (D) Diagram lìonra moileciuil M1 den loidhne speactram sETR1 le mothachadh EV agus ET lag: an todhar feinileach air a riochdachadh leis an nód cearcall uaine, agus an diofar cudromach (luach P) eadar làimhseachadh W + OSM agus W + OSS1 mar mheud Nód. CP, N-caffeoyl-tyrosine; 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 ann am wolfberry Son; Nick. O-AS, siùcar O-acyl.
Leudaich sinn an anailis bho aon genotype lagaichte Nepenthes gu sluaghan nàdarra, far an deach atharrachaidhean làidir intraspecific ann an ìrean JA luibh-itheach agus ìrean metabolite sònraichte a mhìneachadh roimhe seo ann an sluaghan nàdarra (26). Cleachd an seata dàta seo gus 43 germplasms a chòmhdach. Tha na germplasms seo a’ toirt a-steach 123 gnè de lusan bho N. pallens. Chaidh na lusan seo a thoirt bho shìol a chaidh a chruinneachadh ann an diofar àrainnean dùthchasach ann an Utah, Nevada, Arizona, agus California (Figear S7), rinn sinn àireamhachadh air iomadachd metabolome (ris an canar an seo ìre sluaigh) iomadachd β) agus an speisealachadh air adhbhrachadh le OSM. A rèir sgrùdaidhean roimhe, chunnaic sinn raon farsaing de dh’ atharrachaidhean metabolach air feadh aisealan Hj agus δj, a’ nochdadh gu bheil eadar-dhealachaidhean mòra aig germplasms ann am plasticity am freagairtean metabolach ri luibh-itheach (Figear S7). Tha an eagrachadh seo a’ toirt nar cuimhne beachdan roimhe mu raon fiùghantach atharrachaidhean JA air adhbhrachadh le luibh-itheach, agus tha e air luach glè àrd a chumail suas ann an aon sluagh (26, 36). Le bhith a’ cleachdadh JA agus JA-Ile gus an co-dhàimh ìre iomlan eadar Hj agus δj a dhearbhadh, fhuair sinn a-mach gu bheil co-dhàimh adhartach cudromach eadar JA agus clàr-amais iomadachd agus speisealachd metabolome β (Figear S7). Tha seo a’ moladh gum faodadh an neo-aonachd air adhbhrachadh le luibh-itheach ann am brosnachadh JA a chaidh a lorg aig ìre an t-sluaigh a bhith mar thoradh air prìomh phoileamorfaidhean metabolach air adhbhrachadh le taghadh bho luibh-itheach bhiastagan.
Tha sgrùdaidhean a rinneadh roimhe air sealltainn gu bheil diofar mòr eadar seòrsachan tombaca a thaobh seòrsa agus an eisimeileachd coimeasach air dìonan metabolach brosnaichte agus bun-reachdail. Thathas a’ creidsinn gu bheil na h-atharrachaidhean seo ann an tar-chur comharran an-aghaidh luibh-itheach agus comasan dìon air an riaghladh le cuideam sluaigh bhiastagan, cearcall-beatha planntrais, agus cosgaisean cinneasachaidh dìon anns an àite far a bheil gnè sònraichte a’ fàs. Rinn sinn sgrùdadh air cunbhalachd ath-dhealbhadh metabolome duille air adhbhrachadh le luibh-itheach sia gnèithean Nicotiana dùthchasach do Ameireaga a Tuath agus Ameireaga a Deas. Tha na gnèithean seo dlùth-cheangailte ri Nepenthes Ameireaga a Tuath, is iad sin Nicolas Bociflo. La, N. nicotinis, feur lag Nicotiana n., Nicotiana tabacum, tombaca loidhneach, tombaca (Nicotiana spegazzinii) agus tombaca duilleag tombaca (Nicotiana obtusifolia) (Figear 5A) (37). Tha sia de na gnèithean seo, a’ gabhail a-steach an gnè a tha air a chomharrachadh gu math N. please, nan lusan bliadhnail den chlade petunia, agus tha obtusifolia N. nan lusan maireannach den chlade piuthar Trigonophyllae (38). Às dèidh sin, chaidh inntrigeadh W + W, W + OSM agus W + OSS1 a dhèanamh air na seachd gnèithean seo gus ath-eagrachadh metabolach biathadh bhiastagan aig ìre gnè a sgrùdadh.
(A) Craobh fìleogenetach bootstrap stèidhichte air an coltachd as motha [airson co-chur glutamine niùclasach (38)] agus an sgaoileadh cruinn-eòlasach de sheachd gnèithean Nicotiana dlùth-cheangailte (dathan eadar-dhealaichte) (37). (B) Plota sgapte de dh’iomadachd speisealta airson pròifilean metabolach seachd gnèithean Nicotiana (939 MS/MS; faidhle dàta S1). Aig ìre an gnè, tha iomadachd metabolome co-cheangailte gu àicheil ri ìre an speisealachd. Tha mion-sgrùdadh air a’ cho-dhàimh aig ìre an gnè eadar iomadachd metabolach agus speisealachd agus cruinneachadh JA air a shealltainn ann am Figear 2. S9. Dath, diofar sheòrsaichean; triantan, W + OSS1; ceart-cheàrnach, W + OSM; (C) Tha daineamaigs Nicotiana JA agus JA-Ile air an rangachadh a rèir meud brosnachaidh OS (ANOVA dà-shligheach agus Tukey HSD às dèidh coimeas ioma-fhillte, * P <0.05, ** P <0.01 agus * ** Airson coimeas a dhèanamh eadar W + OS agus W + W, P <0.001). Plota bogsa de (D) iomadachd agus (E) speisealachd gach gnè às dèidh atharrais a dhèanamh air JA luibh-itheach agus methyl (MeJA). Tha an rionnag a’ comharrachadh an eadar-dhealachaidh mhòir eadar W + OS agus W + W no lanolin plus W (Lan + W) no Lan plus MeJA (Lan + MeJa) agus smachd Lan (mion-sgrùdadh dà-shligheach air atharrachaidh, agus an uair sin coimeas ioma-fhillte post hoc HSD Tukey, *P<0.05, **P<0.01 agus ***P<0.001).
A’ cleachdadh an dòigh-obrach dà-chruinneachaidh, chomharraich sinn 9 modalan de 939 MS/MS (faidhle dàta S1). Tha co-dhèanamh MS/MS air an ath-dhealbhadh le diofar leigheasan ag atharrachadh gu mòr am measg diofar mhodalan eadar gnèithean (Figear S8). Le bhith a’ dèanamh dealbh de Hj (ris an canar an seo iomadachd γ aig ìre gnè) agus δj, chithear gu bheil diofar ghnèithean a’ cruinneachadh ann am buidhnean gu math eadar-dhealaichte anns an àite metabolach, far a bheil roinneadh aig ìre gnè mar as trice nas follaisiche na brosnachadh. A bharrachd air N. linear agus N. obliquus, tha raon farsaing fiùghantach de bhuaidhean brosnachaidh aca (Figear 5B). An coimeas ri sin, tha freagairt metabolach nach eil cho follaiseach aig gnèithean leithid N. purpurea agus N. obtusifolia ri làimhseachadh, ach tha am metabolome nas eadar-mheasgte. Mar thoradh air an sgaoileadh sònraichte don ghnè den fhreagairt metabolach brosnaichte, bha co-dhàimh àicheil cudromach eadar speisealachadh agus iomadachd gamma (PCC = -0.46, P = 4.9 × 10-8). Tha atharrachaidhean ann an ìrean JA air an adhbhrachadh le OS co-cheangailte gu dearbhach ri speisealachadh metabolome, agus gu àicheil ri iomadachd gamma metabolach a tha gach gnè a’ taisbeanadh (Figear 5B agus Figear S9). Is fhiach a thoirt fa-near gun do dh’ adhbhraich na gnèithean ris an canar gnèithean “freagairt chomharran” ann am Figear 5C, leithid Nepenthes nematodes, Nepenthes nepenthes, Nepenthes acute, agus Nepenthes attenuated, comharran cudromach aig 30 mionaid. Na briseadh a-mach JA agus JA-Ile sònraichte do OS o chionn ghoirid, agus chan eil bacteria eile ris an canar “neo-fhreagairteach comharran”, leithid Nepenthes mills, Nepenthes powdery agus N. obtusifolia a’ sealltainn ach inntrigeadh JA-Ile Edge gun shònrachas OS sam bith (Figear 5C). Aig an ìre metabolach, mar a chaidh ainmeachadh gu h-àrd, airson Nepenthes lagaichte, sheall na stuthan a tha a’ freagairt ri comharran sònrachas OS agus mheudaich iad δj gu mòr, agus aig an aon àm a’ lughdachadh Hj. Cha deach a’ bhuaidh tòiseachaidh shònraichte seo do OS a lorg ann an gnèithean a tha air an seòrsachadh mar ghnèithean neo-athghníomhach le comharran (Figear 5, D agus E). Tha metabolites sònraichte do OS air an roinn nas trice eadar gnèithean a tha a’ freagairt ri comharran, agus tha na cruinneachaidhean comharran seo a’ cruinneachadh le gnèithean le freagairtean comharran nas laige, agus tha gnèithean le freagairtean comharran nas laige a’ sealltainn nas lugha de eadar-eisimeileachd (Figear S8). Tha an toradh seo a’ nochdadh gu bheil brosnachadh sònraichte do OS de JAn agus ath-rèiteachadh sònraichte do OS den metabolome sìos an abhainn ceangailte aig ìre an gnè.
An ath rud, chleachd sinn pasg lanolin anns an robh methyl JA (MeJA) gus lusan a làimhseachadh gus sgrùdadh a dhèanamh a bheil na modhan ceangail sin air an cuingealachadh le ruigsinneachd JA air a chuir an sàs le JA exogenous, a bhios ann an cytoplasm lusan. Is e JA dì-esterachadh luath. Lorg sinn an aon ghluasad den atharrachadh mean air mhean bho ghnèithean a tha a’ freagairt ri comharran gu gnèithean nach eil a’ freagairt ri comharran air adhbhrachadh le solar leantainneach de JA (Figear 5, D agus E). Ann an ùine ghoirid, ath-phrògramaich làimhseachadh MeJA gu làidir metabolomes nematodes loidhneach, N. obliquus, N. aquaticus, N. pallens, agus N. mikimotoi, agus mar thoradh air an sin bha àrdachadh mòr ann an δj agus lùghdachadh ann an Hj. Cha do sheall N. purpurea ach àrdachadh ann an δj, ach chan e Hj. Tha N. obtusifolia, a chaidh a shealltainn roimhe seo gu bheil ìrean glè ìosal de JAs a’ cruinneachadh, cuideachd a’ freagairt gu dona ri làimhseachadh MeJA a thaobh ath-rèiteachadh metabolome. Tha na toraidhean seo a’ nochdadh gu bheil cinneasachadh JA no tar-chuir comharran air a chuingealachadh gu fiseòlasach ann an gnèithean nach eil a’ freagairt ri comharran. Gus an teòiridh seo a dhearbhadh, rinn sinn sgrùdadh air na ceithir gnèithean (N. pallens, N. mills, N. pink agus N. microphylla) air an adhbhrachadh le W + W, W + OSMs agus W + OSS1 Transcriptome (39). A rèir pàtran ath-dhealbhadh metabolome, tha na gnèithean air an sgaradh gu math anns an àite transcriptome, agus am measg sin sheall N. attenuated an RDPI as àirde air adhbhrachadh le OS, agus bha an ìre as ìsle aig N. gracilis (Figear 6A). Ach, chaidh a lorg gur e an iomadachd transcriptome air adhbhrachadh le N. oblonga an ìre as ìsle am measg nan ceithir gnèithean, an aghaidh an iomadachd metabonomic as àirde de N. oblonga a chaidh a shealltainn roimhe ann an seachd gnèithean. Tha sgrùdaidhean roimhe air sealltainn gu bheil seata de ghinean co-cheangailte ri comharran dìon tràth, a’ gabhail a-steach comharran JA, a’ mìneachadh sònrachas fhreagairtean dìon tràth air an adhbhrachadh le luchd-brosnachaidh co-cheangailte ri luibh-itheadairean ann an gnèithean Nicotiana (39). Nochd coimeas a dhèanamh eadar slighean comharran JA eadar na ceithir gnèithean seo pàtran inntinneach (Figear 6B). Sheall a’ mhòr-chuid de ghinean san t-slighe seo, leithid AOC, OPR3, ACX agus COI1, ìrean brosnachaidh coimeasach àrd anns na ceithir gnèithean seo. Ach, bidh gine chudromach, JAR4, ag atharrachadh JA gu bhith na chruth bith-eòlasach gnìomhach de thar-sgrìobhaidhean cruinnichte JA-Ile, agus tha an ìre tar-sgrìobhaidh aige glè ìosal, gu sònraichte ann an N. mills, Nepenthes pieris agus N. microphylla. A bharrachd air an sin, cha deach ach tar-sgrìobhadh gine eile AOS a lorg ann an N. bifidum. Is dòcha gu bheil na h-atharrachaidhean sin ann an abairt gine an urra ris na seòrsaichean fìor a tha air an adhbhrachadh leis an cinneasachadh JA ìosal ann an gnèithean anergic comharran agus brosnachadh N. gracilis.
(A) Mion-sgrùdadh teòiridh fiosrachaidh air ath-phrògramadh fhreagairtean tràth tar-sgrìobhaidh ceithir gnèithean tombaca dlùth-cheangailte a chaidh a samplachadh 30 mionaid às deidh inntrigeadh luibh-itheach. Tha RDPI air a thomhas le bhith a’ dèanamh coimeas eadar na duilleagan a chaidh a bhrosnachadh leis an OS luibh-itheach leis an smachd lotan. Tha na dathan a’ comharrachadh diofar ghnèithean, agus tha na samhlaidhean a’ comharrachadh diofar dhòighean làimhseachaidh. (B) Mion-sgrùdadh air abairt gine ann an slighean comharran JA am ​​measg ceithir gnèithean. Tha an t-slighe JA shìmplichte air a shealltainn ri taobh a’ phlota bogsa. Tha diofar dhathan a’ comharrachadh diofar dhòighean giullachd. Tha an rionnag a’ comharrachadh gu bheil eadar-dhealachadh mòr eadar an làimhseachadh W + OS agus an smachd W + W (airson deuchainn-t an Oileanaich airson eadar-dhealachaidhean paidhir, *P<0.05, **P<0.01 agus ***P<0.001). OPDA, searbhag 12-oxophytodienoic; OPC-8: searbhag 0,3-oxo-2(2′(Z)-pentenyl)-cyclopentane-1-octanoic.
Anns a’ phàirt mu dheireadh, rinn sinn sgrùdadh air mar as urrainn do ath-dhealbhadh sònraichte do ghnèithean bhiastagan air metabolome diofar ghnèithean planntrais a bhith an aghaidh luibh-itheadairean. Chuir rannsachadh roimhe cuideam air a’ ghnè Nicotiana. Tha an aghaidh an aghaidh Ms agus larbha gu math eadar-dhealaichte (40). An seo, rinn sinn sgrùdadh air a’ cheangal eadar am modail seo agus an plasticity metabolach aca. A’ cleachdadh nan ceithir gnèithean tombaca gu h-àrd, agus a’ dèanamh deuchainn air a’ cho-dhàimh eadar iomadachd agus speisealachadh a’ metabolome air adhbhrachadh le luibh-itheadairean agus an aghaidh planntrais an aghaidh Ms agus Sl, fhuair sinn a-mach gu bheil an aghaidh, an iomadachd agus an speisealachadh don Sl coitcheann uile co-cheangailte gu dearbhach, agus tha an ceangal eadar an aghaidh an aghaidh boireannaich eòlach agus speisealachadh lag, agus chan eil an ceangal le iomadachd cudromach (Figear S10). A thaobh strì an aghaidh S1, bha freagairtean gu math eadar-dhealaichte aig an dà chuid an N. chinensis agus N. gracilis lagaichte, a chaidh a shealltainn roimhe seo a’ nochdadh ìrean tar-chuir comharran JA agus plasticity metabolome, ri brosnachadh luibh-itheadair, agus sheall iad cuideachd an aghaidh àrd coltach ris. Gnè.
Anns na trì fichead bliadhna a dh’fhalbh, tha teòiridh dìon planntrais air frèam teòiridheach a thoirt seachad, stèidhichte air an do rinn luchd-rannsachaidh ro-innse air àireamh mhòr de mean-fhàs agus gnìomhan metabolites speisealta planntrais. Chan eil a’ mhòr-chuid de na teòiridhean sin a’ leantainn a’ mhodh-obrach àbhaisteach de cho-dhùnaidhean làidir (41). Tha iad a’ moladh ro-innse cudromach (3) aig an aon ìre de mhion-sgrùdadh. Nuair a leigeas deuchainn air ro-innse cudromach le teòiridhean sònraichte a bhith air an sgrùdadh, nì seo an raon a’ gluasad air adhart. Faigh taic, ach diùlt feadhainn eile (42). An àite sin, tha an teòiridh ùr a’ dèanamh ro-innse aig diofar ìrean de mhion-sgrùdadh agus a’ cur sreath ùr de bheachdachaidhean tuairisgeulach ris (42). Ach, faodar an dà theòiridh a chaidh a mholadh aig an ìre gnìomh, MT agus OD, a mhìneachadh gu furasta mar ro-innse cudromach air atharrachaidhean metabolach sònraichte air adhbhrachadh le luibh-itheadairean: tha teòiridh OD den bheachd gu bheil atharrachaidhean ann an “àite” metabolach sònraichte gu math stiùiridh. Tha teòiridh MT den bheachd gum bi na h-atharrachaidhean sin neo-stiùiridh agus suidhichte air thuaiream anns an àite metabolach, agus gu bheil iad buailteach a bhith le metabolites luach dìon àrd. Chaidh sgrùdaidhean roimhe air ro-innse OD agus MT a dhearbhadh a’ cleachdadh seata cumhang de choimeasgaidhean “dìon” a priori. Tha na deuchainnean seo a tha stèidhichte air metabolite a’ cur bacadh air a’ chomas air farsaingeachd agus slighe ath-dhealbhadh metabolome a sgrùdadh rè luibh-itheachd, agus chan eil iad a’ leigeil le deuchainnean taobh a-staigh frèam staitistigeil cunbhalach ro-innse cudromach iarraidh a dh’ fhaodar a mheas mar iomlan. Dèan tomhas air atharrachaidhean ann am metabolome planntrais. An seo, chleachd sinn an teicneòlas ùr-ghnàthach ann am metabolomics stèidhichte air MS coimpiutaireachd agus rinn sinn mion-sgrùdadh MS dì-chonnspaideach ann an tuairisgeulan teòiridh fiosrachaidh gnàthach gus an eadar-dhealachadh eadar an dà rud a chaidh a mholadh aig ìre metabolomics cruinneil a dhearbhadh. Prìomh ro-innse na teòiridh seo. Chaidh teòiridh fiosrachaidh a chur an sàs ann an iomadh raon, gu sònraichte ann an co-theacsa bith-iomadachd agus rannsachadh sruthadh beathachaidh (43). Ach, cho fad ‘s as aithne dhuinn, is e seo a’ chiad tagradh a chaidh a chleachdadh gus àite fiosrachaidh metabolach lusan a mhìneachadh agus gus fuasgladh fhaighinn air duilgheadasan eag-eòlasach co-cheangailte ri atharrachaidhean metabolach sealach mar fhreagairt do chomharran àrainneachdail. Gu sònraichte, tha comas na dòigh seo na laighe na comas pàtrain taobh a-staigh agus eadar gnèithean planntrais a choimeas gus sgrùdadh a dhèanamh air mar a tha luibh-itheach air mean-fhàs bho dhiofar ghnèithean gu pàtrain macro-mean-fhàs eadar-ghnèithean aig diofar ìrean de mean-fhàs. Metabolism.
Bidh mion-sgrùdadh prìomh phàirtean (PCA) ag atharrachadh seata dàta ioma-atharrachail gu àite lughdachadh tomhasachd gus an gabh mìneachadh a dhèanamh air prìomh ghluasad an dàta, agus mar sin mar as trice bithear ga chleachdadh mar dhòigh rannsachaidh airson an seata dàta a pharsadh, leithid metabolome dì-chonbhlachaidh. Ach, caillidh lughdachadh tomhasachd pàirt den t-susbaint fiosrachaidh anns an t-seata dàta, agus chan urrainn dha PCA fiosrachadh cainneachdail a thoirt seachad mu fheartan a tha gu sònraichte buntainneach do theòiridh eag-eòlasach, leithid: mar a bhios luibh-itheadairean ag ath-rèiteachadh iomadachd ann an raointean sònraichte (mar eisimpleir, beairteas, sgaoileadh) agus pailteas) metabolites? Dè na metabolites a tha nan ro-innsearan air staid brosnaichte luibh-itheadair sònraichte? Bho shealladh sònrachas, iomadachd agus brosnachaidh, tha susbaint fiosrachaidh pròifil metabolite sònraichte duilleige air a lobhadh, agus lorgar gum faod ithe luibh-itheadairean metabolism sònraichte a ghnìomhachadh. Gu h-obann, mhothaich sinn, mar a chaidh a mhìneachadh anns na comharran teòiridh fiosrachaidh a chaidh a chur an gnìomh, gu bheil for-chòmhdach mòr aig an t-suidheachadh metabolach a thig às às dèidh ionnsaighean an dà luibh-itheach (an coitcheannair a bhios a’ biathadh air an oidhche Sl) agus an eòlaiche Solanaceae Ms. Ged a tha an giùlan beathachaidh agus an dùmhlachd gu math eadar-dhealaichte. Tòiseachadh conjugáit searbhag geir-amino-aigéad (FAC) ann an OS (31). Le bhith a’ cleachdadh OS luibh-itheach gus lotan puncture àbhaisteach a làimhseachadh, sheall làimhseachadh luibh-itheach samhlaichte gluasad coltach ris cuideachd. Bidh an dòigh-obrach àbhaisteach seo airson freagairt lusan ri ionnsaighean luibh-itheach a shamhlachadh a’ cuir às do na factaran troimh-chèile air adhbhrachadh le atharrachaidhean ann an giùlan ithe luibh-itheach, a tha ag adhbhrachadh diofar ìrean de mhilleadh aig diofar amannan (34). Bidh FAC, a tha aithnichte mar phrìomh adhbhar OSM, a’ lughdachadh JAS agus freagairtean hormona planntrais eile ann an OSS1, agus tha OSS1 a’ lughdachadh ceudan de thursan (31). Ach, dh’ adhbhraich OSS1 ìrean coltach ri cruinneachadh JA an taca ri OSM. Chaidh a shealltainn roimhe seo gu bheil freagairt JA ann an Nepenthes lagaichte glè mhothachail do OSM, far am faod FAC a ghnìomhachd a chumail suas eadhon ged a thèid a lagachadh 1:1000 le uisge (44). Mar sin, an taca ri OSM, ged a tha an FAC ann an OSS1 glè ìosal, tha e gu leòr airson ar-a-mach JA gu leòr adhbhrachadh. Tha sgrùdaidhean roimhe air sealltainn gum faodar pròtainean coltach ri porin (45) agus oligosaccharides (46) a chleachdadh mar chomharran moileciuil gus freagairtean dìon planntrais a bhrosnachadh ann an OSS1. Ach, chan eil e fhathast soilleir an e na brosnachaidhean sin ann an OSS1 a tha an urra ri cruinneachadh JA a chaidh fhaicinn anns an sgrùdadh làithreach.
Ged nach eil mòran sgrùdaidhean ann a tha a’ toirt cunntas air na lorgan-meòir metabolach eadar-dhealaichte a tha air adhbhrachadh le bhith a’ cleachdadh diofar luibh-itheadairean no JA no SA exogenous (searbhag salicylic) (47), chan eil duine air dragh a chuir air buaireadh sònraichte gnèithean luibh-itheadair ann an lìonra feòir planntrais agus a bhuaidh air fiosrachadh pearsanta sònraichte. Tha buaidh iomlan metabolism air a sgrùdadh gu siostamach. Dhearbh an anailis seo cuideachd gu bheil ceangal lìonra hormona a-staigh le hormonaichean planntrais eile a bharrachd air JAn a’ cumadh sònrachas an ath-eagrachaidh metabolach air adhbhrachadh le luibh-itheadairean. Gu sònraichte, lorg sinn gu robh ET air adhbhrachadh le OSM gu math nas motha na an fheadhainn air adhbhrachadh le OSS1. Tha am modh seo a rèir barrachd susbaint FAC ann an OSM, a tha na chumha riatanach agus gu leòr airson spreadhadh ET a bhrosnachadh (48). Ann an co-theacsa an eadar-obrachaidh eadar lusan agus luibh-itheadairean, tha gnìomh comharran ET air daineamaigs metabolach sònraichte do lusan fhathast sporadach agus chan eil e ag amas ach air aon bhuidheann todhar. A bharrachd air an sin, tha a’ mhòr-chuid de sgrùdaidhean air cleachdadh exogenous de ET no a ro-ruithearan no diofar luchd-bacadh gus sgrùdadh a dhèanamh air riaghladh ET, agus am measg sin bidh na cleachdaidhean ceimigeach exogenous sin ag adhbhrachadh mòran bhuaidhean-taobh neo-shònraichte. Cho fad ‘s as aithne dhuinn, tha an sgrùdadh seo a’ riochdachadh a’ chiad sgrùdadh siostamach mòr-sgèile air àite ET ann an cleachdadh ET gus lusan tar-ghineach lag a thoirt gu buil agus fhaicinn gus daineamaigs metabolome planntrais a cho-òrdanachadh. Faodaidh brosnachadh ET sònraichte do luibh-itheach freagairt metabolome atharrachadh mu dheireadh. Is e an rud as cudromaiche làimhseachadh tar-ghineach de ghinean bith-cho-chur ET (ACO) agus mothachadh (ETR1) a nochd cruinneachadh de novo de phenolamides sònraichte do luibh-itheach. Chaidh a shealltainn roimhe seo gum faod ET cruinneachadh nicotine air adhbhrachadh le JA a mhìneachadh le bhith a’ riaghladh putrescine N-methyltransferase (49). Ach, bho shealladh meacanaigeach, chan eil e soilleir ciamar a bhios ET a’ mìneachadh brosnachadh phenamide. A bharrachd air gnìomh tar-chuir comharran ET, faodar an t-sruth metabolach a shuntadh gu S-adenosyl-1-methionine cuideachd gus an tasgadh ann am polyaminophenol amides a riaghladh. Tha S-adenosyl-1-methionine na ET agus na eadar-mheadhanair cumanta de shlighe bith-cho-chur polyamine. Feumar tuilleadh sgrùdaidh a dhèanamh air an dòigh sa bheil comharra ET a’ riaghladh ìre phenolamide.
Airson ùine mhòr, air sgàth an àireamh mhòr de mheitibileagan sònraichte le structar neo-aithnichte, cha robh an aire dhian do roinnean metabolach sònraichte comasach air measadh ceart a dhèanamh air na h-atharrachaidhean sealach ann an iomadachd metabolach às deidh eadar-obrachaidhean bith-eòlasach. An-dràsta, stèidhichte air mion-sgrùdadh teòiridh fiosrachaidh, is e am prìomh thoradh de thogail speactram MS/MS stèidhichte air metaboleagan neo-chlaon gu bheil luibh-itheadairean a bhios ag ithe no ag atharrais luibh-itheadairean a’ leantainn air adhart a’ lughdachadh iomadachd metabolach iomlan metabolome na duilleige fhad ‘s a tha iad ag àrdachadh an ìre speisealachd aige. Tha an àrdachadh sealach seo ann an sònrachas metabolome air adhbhrachadh le luibh-itheadairean co-cheangailte ri àrdachadh synergistic ann an sònrachas transcriptome. Is e am feart a chuireas ris a’ mhòr-chuid den speisealachd metabolome nas motha seo (le luach Si nas àirde) am metabolite sònraichte leis a’ ghnìomh luibh-itheach a chaidh a chomharrachadh roimhe. Tha am modail seo a rèir ro-innse teòiridh OD, ach chan eil ro-innse MT co-cheangailte ri neo-riaghailteachd ath-phrògramadh metabolome cunbhalach. Ach, tha an dàta seo cuideachd a rèir ro-innse a’ mhodail mheasgaichte (an MT as fheàrr; Figear 1B), leis gum faodadh metaboleagan neo-aithnichte eile le gnìomhan dìon neo-aithnichte fhathast sgaoileadh Si air thuaiream a leantainn.
Is e pàtran cudromach a chaidh a ghlacadh nas fhaide leis an rannsachadh seo, bhon ìre meanbh-fhàs-bheairt (aon lus agus sluagh tombaca) gu sgèile mean-fhàs nas motha (gnèithean tombaca dlùth-cheangailte), gu bheil diofar ìrean de eagrachadh mean-fhàs anns an “dìon as fheàrr”. Tha eadar-dhealachaidhean mòra ann an comasan luibh-itheadairean. Mhol Moore et al. (20) agus Kessler agus Kalske (1) gu neo-eisimeileach na trì ìrean gnìomh de bhith-iomadachd a chomharraich Whittaker (50) an toiseach a thionndadh gu na h-atharrachaidhean sealach bun-reachdail agus brosnaichte de dh’ iomadachd cheimigeach; cha do rinn na h-ùghdaran seo geàrr-chunntas air. Chan eil na modhan-obrach airson cruinneachadh dàta metabolome air sgèile mhòr a’ mìneachadh mar a nì thu obrachadh a-mach iomadachd metabolach bhon dàta seo. Anns an sgrùdadh seo, beachdaichidh atharrachaidhean beaga air seòrsachadh gnìomh Whittaker air iomadachd α-metabolach mar iomadachd speactra MS/MS ann an lus sònraichte, agus iomadachd β-metabolach mar am metabolism intraspecific bunaiteach de bhuidheann de shluagh Àite, agus bidh iomadachd γ-metabolach na leudachadh air mion-sgrùdadh ghnèithean coltach ris.
Tha an comharra JA riatanach airson raon farsaing de fhreagairtean metabolach luibh-itheach. Ach, chan eil deuchainnean cainneachdail teann ann air tabhartas riaghladh intraspecific de bhith-cho-chur JA ri iomadachd metabolome, agus tha e fhathast duilich a thuigsinn a bheil comharra JA na làrach choitcheann airson iomadachadh metabolach air adhbhrachadh le cuideam air sgèile macro-mheabh-fhàs nas àirde. Chunnaic sinn gu bheil nàdar luibh-itheach Nepenthes herbivorous ag adhbhrachadh speisealachadh metabolome agus gu bheil an caochladh ann an speisealachadh metabolome taobh a-staigh sluagh ghnèithean Nicotiana agus am measg ghnèithean Nicotiana dlùth-cheangailte co-cheangailte gu siostamach deimhinneach le comharran JA. A bharrachd air an sin, nuair a tha an comharra JA air a lagachadh, thèid an sònrachas metabolach air adhbhrachadh le luibh-itheach genotype singilte a chuir dheth (Figear 3, C agus E). Leis gu bheil atharrachaidhean speactram metabolach nan sluaghan Nepenthes a tha air an lagachadh gu nàdarrach sa mhòr-chuid cainneachdail, is dòcha gu bheil na h-atharrachaidhean ann an iomadachd agus sònrachas β metabolach san anailis seo air adhbhrachadh sa mhòr-chuid leis an brosnachadh làidir de roinnean todhar beairteach ann am metabolite. Tha na clasaichean todhar seo a’ faighinn làmh an uachdair air pàirt de phròifil metabolome agus a’ leantainn gu co-dhàimh deimhinneach le comharran JA.
Leis gu bheil na dòighean bith-cheimiceach aig a’ ghnè tombaca a tha dlùth-cheangailte ris gu math eadar-dhealaichte, tha na metabolites air an comharrachadh gu sònraichte san taobh càileachdail, agus mar sin tha e nas anailisiche. Tha giullachd teòiridh fiosrachaidh air a’ phròifil metabolach a chaidh a ghlacadh a’ nochdadh gu bheil brosnachadh luibh-itheach a’ dèanamh a’ cho-rèiteachaidh eadar iomadachd gamma metabolach agus speisealachadh nas miosa. Tha prìomh dhreuchd aig comharra JA san cho-rèiteachadh seo. Tha an àrdachadh ann an speisealachadh metabolome a rèir a’ phrìomh ro-innse OD agus tha e co-cheangailte gu dearbhach ri comharra JA, agus tha comharra JA co-cheangailte gu àicheil ri iomadachd gamma metabolach. Tha na modailean seo a’ nochdadh gu bheil comas OD lusan air a dhearbhadh sa mhòr-chuid le plasticity JA, ge bith an ann air sgèile meanbh-fhàs-bheairtean no air sgèile mean-fhàs nas motha. Tha deuchainnean tagraidh JA exogenous a bhios a’ seachnadh lochdan bith-cho-chur JA a’ nochdadh cuideachd gum faodar gnèithean tombaca dlùth-cheangailte a chomharrachadh ann an gnèithean a tha a’ freagairt ri comharran agus gnèithean nach eil a’ freagairt ri comharran, dìreach mar an dòigh JA aca agus plasticity metabolome air adhbhrachadh le luibh-itheach. Chan urrainn do ghnèithean nach eil a’ freagairt ri comharran freagairt air sgàth ’s nach urrainn dhaibh JA endogenous a thoirt gu buil agus mar sin tha iad fo ùmhlachd chuingealachaidhean fiseòlasach. Dh’fhaodadh seo a bhith air adhbhrachadh le mùthaidhean ann an cuid de phrìomh ghinean ann an slighe chomharran JA (AOS agus JAR4 ann an N. crescens). Tha an toradh seo a’ cur cuideam air gum faodadh na pàtrain macro-mean-fhàs eadar-ghnèitheach seo a bhith air an stiùireadh sa mhòr-chuid le atharrachaidhean ann am beachd agus freagairteachd hormona a-staigh.
A bharrachd air an eadar-obrachadh eadar lusan agus luibh-itheadairean, tha sgrùdadh iomadachd metabolach co-cheangailte ri gach adhartas teòiridheach cudromach ann an rannsachadh atharrachadh bith-eòlasach don àrainneachd agus mean-fhàs fheartan fenotypic iom-fhillte. Leis an àrdachadh ann an tomhas dàta a gheibhear le innealan MS an latha an-diugh, faodaidh deuchainnean barail air iomadachd metabolach a-nis a dhol thairis air eadar-dhealachaidhean metabolach fa leth / roinn-seòrsa agus mion-sgrùdadh cruinneil a dhèanamh gus pàtrain ris nach robh dùil fhoillseachadh. Ann am pròiseas mion-sgrùdadh mòr-sgèile, is e meafar cudromach am beachd mapaichean brìoghmhor a chruthachadh a dh'fhaodar a chleachdadh gus dàta a sgrùdadh. Mar sin, is e toradh cudromach den mheasgachadh làithreach de mheata-eòlas MS / MS neo-chlaon agus teòiridh fiosrachaidh gu bheil e a’ toirt seachad meatrach sìmplidh a dh’ fhaodar a chleachdadh gus mapaichean a thogail gus brobhsadh tron ​​​​​​iomadachd metabolach air diofar sgèilean tacsonamach. Is e seo am prìomh riatanas den dòigh seo. Sgrùdadh mean-fhàs meanbh / macro agus eag-eòlas coimhearsnachd.
Aig an ìre macro-mean-fhàsach, is e cridhe teòiridh co-mean-fhàs plannt is bhiastagan Ehrlich agus Raven (51) ro-innse gur e caochlaideachd iomadachd metabolach eadar-ghnèithean adhbhar iomadachadh loidhnichean planntrais. Ach, anns na leth-cheud bliadhna bho chaidh an obair chudromach seo fhoillseachadh, is ann ainneamh a chaidh an teòiridh seo a dhearbhadh (52). Tha seo gu ìre mhòr mar thoradh air feartan fìleogenetach feartan metabolach coimeasach thar loidhnichean planntrais fad-astar. Faodar an tearcachd a chleachdadh gus dòighean mion-sgrùdaidh targaid a dhaingneachadh. Bidh an sruth-obrach MS/MS gnàthach air a phròiseasadh le teòiridh fiosrachaidh a’ tomhas coltachd structarail MS/MS de mheatabolaidean neo-aithnichte (gun taghadh metabolach ro-làimh) agus ag atharrachadh nan MS/MS sin gu seata de MS/MS, agus mar sin ann am metabolism proifeasanta tha na modailean macro-mean-fhàsach seo air an coimeas ann an sgèile seòrsachaidh. Comharran staitistigeil sìmplidh. Tha am pròiseas coltach ri mion-sgrùdadh fìleogenetach, a dh’ fhaodas co-thaobhadh sreath a chleachdadh gus ìre iomadachaidh no mean-fhàs caractar a thomhas gun ro-innse ro-làimh.
Aig an ìre bith-cheimiceach, tha beachd-bharail sgrìonaidh Firn agus Jones (53) a’ sealltainn gu bheil iomadachd metabolach air a chumail suas aig diofar ìrean gus stuthan amh a thoirt seachad gus gnìomhachd bith-eòlasach metabolites nach robh càirdeach no air an cur nan àite roimhe seo a chur an gnìomh. Tha modhan teòiridh fiosrachaidh a’ toirt seachad frèam anns am faodar na h-atharrachaidhean mean-fhàsach sònraichte metabolite seo a thachras rè speisealachadh metabolite a thomhas mar phàirt den phròiseas sgrìonaidh mean-fhàsach a thathar a’ moladh: atharrachadh gnìomhach gu bith-eòlasach bho shònrachas ìosal gu sònrachas àrd Metabolites bacaichte àrainneachd sònraichte.
Gu h-iomlan, anns na tràth-làithean de bhitheòlas moileciuil, chaidh teòiridhean cudromach dìon planntrais a leasachadh, agus thathas den bheachd gu farsaing gur e dòighean dì-dhùchaidh stèidhichte air barailean an aon dòigh air adhartas saidheansail. Tha seo gu ìre mhòr mar thoradh air na cuingealachaidhean teicnigeach a tha an lùib a bhith a’ tomhas a’ mheataibilòim gu lèir. Ged a tha dòighean stèidhichte air barailean gu sònraichte feumail ann a bhith a’ taghadh uidheaman adhbharach eile, tha an comas aca ar tuigse air lìonraidhean bith-cheimigeach adhartachadh nas cuingealaichte na na dòighean coimpiutaireachd a tha rim faighinn an-dràsta ann an saidheans co-aimsireil dian-dàta. Mar sin, tha teòiridhean nach gabh a ro-innse fada seachad air raon an dàta a tha ri fhaighinn, agus mar sin chan urrainnear cuir às don fhoirmle baraileach/cearcall deuchainn adhartais anns an raon rannsachaidh (4). Tha sinn a’ faicinn gum faod an sruth-obrach coimpiutaireachd de mheataibilòimigs a chaidh a thoirt a-steach an seo ùidh ath-bheothachadh anns na cùisean o chionn ghoirid (ciamar) agus deireannach (carson) de dh’ iomadachd mheataibileach, agus cur ri linn ùr de shaidheans dàta air a stiùireadh gu teòiridheach. Rinn an linn ath-sgrùdadh air na teòiridhean cudromach a bhrosnaich ginealaichean roimhe.
Bithear a’ biathadh luibh-itheach gu dìreach le bhith a’ togail larbha dàrna ìre no larbha Sl air aon duilleag lus-phiotairean bàn-dathte de aon lus a tha a’ fàs le ròs, le 10 leth-bhreacan gach lus. Chaidh na larbha bhiastagan a chlampadh le clampaichean, agus chaidh an stuth duille a bha air fhàgail a chruinneachadh 24 agus 72 uair an dèidh galar agus a reothadh gu luath, agus chaidh na metabolites a thoirt a-mach.
Dèan atharrais air làimhseachadh luibh-itheach ann an dòigh a tha gu math sioncronaichte. Is e an dòigh-obrach cuibhlichean pàtrain aodaich a chleachdadh gus trì sreathan de dhroigheann a tholladh air gach taobh de mheadhan-asnaich nan trì duilleagan làn-leudaichte den lus aig ìre fàis garland an aodaich, agus cuir Ms caolaichte 1:5 an sàs sa bhad. No cleachd corragan le miotagan gus S1 OS a chuir a-steach don lot tollta. Buain agus giullaich duilleag mar a chaidh a mhìneachadh gu h-àrd. Cleachd an dòigh a chaidh a mhìneachadh roimhe gus prìomh mheitibilitean agus hormonaichean planntrais a thoirt a-mach (54).
Airson cleachdaidhean JA taobh a-muigh na dùthcha, thèid trì duilleagan petiole gach aon de na sia lusan ròs-bhlàthach de gach gnè a làimhseachadh le 20μl de phasgan lanolin anns a bheil 150μg MeJA (Lan + MeJA), agus 20μl de lanolin a bharrachd air làimhseachadh lotan (Lan + W), no thèid 20μl de lanolin fìor-ghlan a chleachdadh mar smachd. Chaidh na duilleagan a bhuain 72 uair an dèidh an làimhseachaidh, an reothadh gu sgiobalta ann an naitridean leaghaidh, agus an stòradh aig -80°C gus an tèid an cleachdadh.
Chaidh ceithir loidhnichean tar-ghinealach JA agus ET, is iad sin irAOC (36), irCOI1 (55), irACO agus sETR1 (48), a chomharrachadh anns a’ bhuidheann rannsachaidh againn. Sheall irAOC gu làidir lùghdachadh ann an ìrean JA agus JA-Ile, agus cha robh irCOI1 mothachail air JAs. An coimeas ri EV, mheudaich cruinneachadh JA-Ile. San aon dòigh, lughdaichidh irACO cinneasachadh ET, agus an coimeas ri EV, àrdaichidh sETR1, nach eil mothachail air ET, cinneasachadh ET.
Tha speactrometer leusair foto-fuaimneach (sensor ET fìor-ùine Sensor Sense ETD-300) air a chleachdadh gus tomhas ET a dhèanamh gun ionnsaigh. Dìreach às dèidh an làimhseachaidh, chaidh leth de na duilleagan a ghearradh agus an gluasad gu fial glainne 4-ml seulaichte, agus chaidh leigeil leis an àite-cinn cruinneachadh taobh a-staigh 5 uairean a thìde. Rè an tomhais, chaidh gach fial a shruthladh le sruth de 2 liotair/uair de dh’èadhar fìor-ghlan airson 8 mionaidean, a chaidh roimhe seo tro chatalaiche a thug Sensor Sense seachad gus CO2 agus uisge a thoirt air falbh.
Chaidh an dàta microarray fhoillseachadh an toiseach ann an (35) agus a shàbhaladh ann an Stòr-dàta Coileanta Abairtean Gine Ionad Nàiseanta airson Fiosrachadh Bith-theicneòlais (NCBI) (àireamh inntrigidh GSE30287). Chaidh an dàta a tha a’ freagairt ris na duilleagan air adhbhrachadh leis an làimhseachadh W + OSMs agus an smachd gun mhilleadh a thoirt a-mach airson an sgrùdaidh seo. Is e log2 an dian amh. Mus deach mion-sgrùdadh staitistigeil a dhèanamh, chaidh an loidhne-bhunait atharrachadh agus a dhèanamh àbhaisteach chun 75mh peirceintile aige a’ cleachdadh pasgan bathar-bog R.
Chaidh an dàta tùsail airson sreath RNA (RNA-seq) de ghnèithean Nicotiana fhaighinn bho Thasglann Leughaidh Goirid (SRA) NCBI, is e PRJNA301787 an àireamh pròiseict, a chaidh aithris le Zhou et al. (39) agus a’ dol air adhart mar a chaidh a mhìneachadh ann an (56). Chaidh an dàta amh a chaidh a phròiseasadh le W + W, W + OSM agus W + OSS1 a tha co-fhreagarrach ri gnèithean Nicotiana a thaghadh airson mion-sgrùdadh san sgrùdadh seo, agus chaidh a phròiseasadh san dòigh a leanas: An toiseach, chaidh na leughaidhean amh RNA-seq a thionndadh gu cruth FASTQ. Bidh HISAT2 ag atharrachadh FASTQ gu SAM, agus bidh SAMtools ag atharrachadh faidhlichean SAM gu faidhlichean BAM air an seòrsachadh. Tha StringTie air a chleachdadh gus abairt gine obrachadh a-mach, agus is e an dòigh abairt aige gu bheil criomagan ann gach mìle criomag bonn gach millean criomag tar-sgrìobhaidh air an sreath.
Tha colbh cròmatagrafach Acclaim (150 mm x 2.1 mm; meud mìrean 2.2μm) a chaidh a chleachdadh san anailis agus colbh dìon 4 mm x 4 mm air an dèanamh den aon stuth. Tha an claonadh dà-thaobhach a leanas air a chleachdadh anns an t-siostam Dionex UltiMate 3000 Ultra High Performance Liquid Chromatography (UHPLC): 0 gu 0.5 mionaidean, isocratach 90% A [uisge dì-ionichte, 0.1% (v/v) acetonitrile agus 0.05% searbhag formach], 10% B (Acetonitrile agus 0.05% searbhag formach); 0.5 gu 23.5 mionaidean, is e an ìre claonadh 10% A agus 90% B, fa leth; 23.5 gu 25 mionaidean, isocratach 10% A agus 90% B. Is e an ìre sruthadh 400μl/min. Airson a h-uile anailis MS, cuir an eluent colbh a-steach do anailisiche ceithir-phòla agus ùine-itealaich (qTOF) uidheamaichte le stòr electrospray ag obair ann am modh ianachaidh deimhinneach (bholtaids capillary, 4500 V; t-slighe a-mach capillary 130 V; teòthachd tiormachaidh 200°C; sruth-adhair tiormachaidh 10 liotairean/min).
Dèan mion-sgrùdadh air criomagan MS / MS (ris an canar MS / MS an-seo an-seo) nach eil buntainneach no do-sgaraichte bhon dàta gus fiosrachadh structarail fhaighinn mun phròifil metabolach iomlan a ghabhas lorg. Tha bun-bheachd an dòigh MS / MS neo-sgaraichte an urra ris an fhìrinn gu bheil uinneag iomallachd mais glè mhòr aig a’ cheathrar-phòla [mar sin, beachdaich air a h-uile comharra co-mheas mais-gu-luchd (m / z) mar chriomagan]. Air an adhbhar seo, leis nach b’ urrainn don ionnstramaid Impact II claonadh CE a chruthachadh, chaidh grunn mhion-sgrùdaidhean neo-eisimeileach a dhèanamh a’ cleachdadh luachan lùth bualadh dealachaidh (CE) air adhbhrachadh le bualadh nas àirde. Ann an ùine ghoirid, an toiseach dèan mion-sgrùdadh air an sampall le UHPLC-electrospray ionization / qTOF-MS a’ cleachdadh modh speactrametry mais singilte (suidheachaidhean briseadh ìosal air an gineadh le briseadh taobh a-staigh an stòr), a’ sganadh bho m / z 50 gu 1500 aig tricead ath-aithris de 5 Hz. Cleachd naitridean mar an gas bualaidh airson mion-sgrùdadh MS / MS, agus dèan tomhasan neo-eisimeileach aig na ceithir bholtaids dealachaidh air adhbhrachadh le bualadh eadar-dhealaichte a leanas: 20, 30, 40, agus 50 eV. Tron phròiseas tomhais, tha an uinneag aonaranachd mais as motha aig a’ cheathrar-phòla, bho m/z 50 gu 1500. Nuair a thèid deuchainn m/z a’ chuirp aghaidh agus leud an aonaranachd a shuidheachadh gu 200, thèid an raon mais a ghnìomhachadh gu fèin-ghluasadach le bathar-bog obrachaidh an ionnstramaid agus 0 Da. Sgan airson mìrean mais mar ann am modh mais singilte. Cleachd formate sodium (50 ml isopropanol, 200 μl searbhag formach agus 1 ml fuasgladh uisgeach 1M NaOH) airson calabrachadh mais. A’ cleachdadh algairim calabrachaidh àrd-chruinneas Bruker, thèid am faidhle dàta a chalabrachadh às deidh an speactram cuibheasach a ruith ann an ùine shònraichte. Cleachd gnìomh às-mhalairt bathar-bog Data Analysis v4.0 (Brook Dalton, Bremen, a’ Ghearmailt) gus na faidhlichean dàta amh a thionndadh gu cruth NetCDF. Chaidh an seata dàta MS/MS a shàbhaladh anns an stòr-dàta metabolomics fosgailte MetaboLights (www.ebi.ac.uk) leis an àireamh inntrigidh. MTBLS1471.
Faodar co-chruinneachadh MS/MS a thoirt gu buil tro mhion-sgrùdadh co-dhàimh eadar comharran càileachd MS1 agus MS/MS airson lùth-bhualaidh ìosal is àrd agus riaghailtean a chaidh a chur an gnìomh às ùr. Tha an sgriobt R air a chleachdadh gus mion-sgrùdadh co-dhàimh a thoirt gu buil air sgaoileadh an ro-ruithear don toradh, agus tha an sgriobt C# (https://github.com/MPI-DL/indiscriminant-MS-MS-assembly-pipeline) air a chleachdadh gus na riaghailtean a chur an gnìomh.
Gus mearachdan dearbhach meallta a lughdachadh air adhbhrachadh le fuaim cùl-fhiosrachaidh agus co-dhàimh meallta air adhbhrachadh le bhith a’ lorg feartan m/z sònraichte ann am beagan shamhlaichean a-mhàin, bidh sinn a’ cleachdadh gnìomh “peak lìonta” a’ phacaid R XCMS (airson ceartachadh fuaim cùl-fhiosrachaidh). Bu chòir a chleachdadh gus dian “NA” (peak gun lorg) a chuir na àite. Nuair a thèid gnìomh a’ pheic lìonta a chleachdadh, tha mòran luachan dian “0” fhathast anns an t-seata dàta a bheir buaidh air àireamhachadh a’ cho-dhàimh. An uairsin, bidh sinn a’ dèanamh coimeas eadar na toraidhean giollachd dàta a fhuaireadh nuair a thèid gnìomh a’ pheic lìonta a chleachdadh agus nuair nach tèid gnìomh a’ pheic lìonta a chleachdadh, agus a’ tomhas luach fuaim a’ chùl-fhiosrachaidh stèidhichte air an luach cuibheasach ceartaichte measta, agus an uairsin a’ cur nan luachan dian 0 sin an àite an luach cùl-fhiosrachaidh àireamhaichte. Cha do bheachdaich sinn cuideachd ach air feartan aig an robh dian nas àirde na trì uiread luach a’ chùl-fhiosrachaidh agus bha sinn gan meas mar “fìor phuinc.” Airson àireamhachadh PCC, chan eilear a’ beachdachadh ach air comharran m/z an ro-ruithear sampall (MS1) agus seataichean dàta criomag le co-dhiù ochd fìor phuinc.
Ma tha dianachd feart càileachd an ro-ruithear anns an sampall gu lèir co-cheangailte gu mòr ri dian lùghdaichte an aon fheart càileachd a tha fo ùmhlachd lùth bualadh ìosal no àrd, agus mura h-eil am feart air a chomharrachadh mar mhullach isotope le CAMERA, faodar a mhìneachadh nas mionaidiche. An uairsin, le bhith a’ tomhas a h-uile paidhir ro-ruithear-toraidh a dh’ fhaodadh a bhith ann taobh a-staigh 3 diogan (an uinneag ùine gleidhidh measta airson gleidheadh ​​​​mhullaich), thèid an sgrùdadh co-dhàimh a dhèanamh. Chan eilear den bheachd gur e bloigh a th’ ann ach nuair a tha an luach m/z nas ìsle na luach an ro-ruithear agus ma thachras briseadh MS/MS san aon àite sampall anns an t-seata dàta ris an ro-ruithear às a bheil e air a thoirt.
Stèidhichte air an dà riaghailt shìmplidh seo, bidh sinn a’ cuir às do na criomagan sònraichte le luachan m/z nas motha na m/z an ro-ruithear a chaidh a chomharrachadh, agus stèidhichte air suidheachadh an t-sampall far a bheil an ro-ruithear a’ nochdadh agus am criomag sònraichte. Tha e comasach cuideachd na feartan càileachd a chaidh a chruthachadh le mòran de chriomagan taobh a-staigh an stòr a chaidh a chruthachadh ann am modh MS1 a thaghadh mar ro-ruithearan tagraiche, agus mar sin a’ gineadh todhar MS/MS ath-aithriseach. Gus an ath-aithris dàta seo a lughdachadh, ma tha coltas NDP nan speactra nas àirde na 0.6, agus ma bhuineas iad don chromatagram “pcgroup” air a chomharrachadh le CAMERA, cuiridh sinn còmhla iad. Mu dheireadh, bidh sinn a’ cur còmhla na ceithir toraidhean CE uile co-cheangailte ris an ro-ruithear agus na criomagan a-steach don speactram co-dhèanta deireannach neo-cho-fhillte le bhith a’ taghadh a’ mhullach dian as àirde am measg nan stùcan tagraiche uile leis an aon luach m/z aig diofar lùths bualaidh. Tha na ceumannan giullachd às dèidh sin stèidhichte air bun-bheachd speactram co-dhèanta agus a’ toirt aire do na diofar shuidheachaidhean CE a tha a dhìth gus an coltachd criomag a mheudachadh, leis nach urrainnear cuid de chriomagan a lorg ach fo lùth bualaidh sònraichte.
Chaidh RDPI (30) a chleachdadh gus comas brosnachaidh a’ phròifil metabolach obrachadh a-mach. Tha iomadachd an speactram metabolach (clàr-amais Hj) air a thoirt bho pailteas ro-ruithearan MS/MS a’ cleachdadh entropy Shannon den sgaoileadh tricead MS/MS a’ cleachdadh a’ cho-aontar a leanas air a mhìneachadh le Martínez et al. (8). Hj = −∑i = 1mPijlog2(Pij) far a bheil Pij a’ freagairt ris an tricead coimeasach den i-th MS/MS anns an j-th sampall (j = 1, 2,…, m) (i = 1, 2, …, m) t).
Tha sònrachas metabolach (clàr-amais Si) air a mhìneachadh mar dearbh-aithne abairt MS/MS sònraichte a thaobh tricead eadar na sampallan a thathar a’ beachdachadh. Tha sònrachas MS/MS air a thomhas mar Si = 1t (∑j = 1tPijPilog2PijPi)
Cleachd am foirmle a leanas gus clàr-amais δj sònraichte don mheatabolome a thomhas airson gach sampall j, agus cuibheasachd sònrachas MS/MS δj = ∑i = 1mPijSi
Tha speactraman MS/MS air an co-thaobhadh ann am paidhrichean, agus tha an coltachd air a thomhas stèidhichte air an dà sgòr. An toiseach, a’ cleachdadh NDP àbhaisteach (ris an canar cuideachd dòigh co-dhàimh cosine), cleachd an co-aontar a leanas gus an coltachd earrainn eadar speactraman a sgòradh NDP = (∑iS1 & S2WS1, iWS2, i) 2∑iWS1, i2∑iWS2, i2 far a bheil S1 agus S2 A rèir sin, airson speactram 1 agus speactram 2, a bharrachd air WS1, i agus WS2, tha i a’ riochdachadh a’ chuideam stèidhichte air dian na stùice far a bheil an diofar den i-mh stùc choitcheann eadar an dà speactram nas lugha na 0.01 Da. Tha an cuideam air a thomhas mar a leanas: W = [dian na stùice] m [càileachd] n, m = 0.5, n = 2, mar a mhol MassBank.
Chaidh dàrna dòigh sgòraidh a chur an gnìomh, a bha a’ toirt a-steach mion-sgrùdadh a dhèanamh air an NL co-roinnte eadar MS/MS. Gus seo a dhèanamh, chleachd sinn na 52 liostaichean NL a lorgar gu tric rè pròiseas briseadh MS còmhla, agus an NL nas sònraichte (faidhle dàta S1) a chaidh a chomharrachadh roimhe seo airson speactram MS/MS de na metabolites àrd-sgoile den ghnè Nepenthes lag (9, 26). Cruthaich vectar dà-chànanach de 1 agus 0 airson gach MS/MS, a tha a’ freagairt ri gnàthach agus neo-làthair cuid de NL fa leth. Stèidhichte air coltachd astar Euclidean, tha an sgòr coltachd NL air a thomhas airson gach paidhir de vectaran NL dà-chànanach.
Gus cruinneachadh dùbailte a dhèanamh, chleachd sinn am pasgan R DiffCoEx, a tha stèidhichte air leudachadh de Weighted Gene Co-expression Analysis (WGCNA). A’ cleachdadh matrices sgòraidh NDP agus NL de speactra MS/MS, chleachd sinn DiffCoEx gus am matrices co-dhàimh coimeasach obrachadh a-mach. Bithear a’ dèanamh cruinneachadh dà-chànanach le bhith a’ suidheachadh a’ pharamadair “cutreeDynamic” gu method = “hybrid”, cutHeight = 0.9999, deepSplit = T, agus minClusterSize = 10. Chaidh còd tùsail R DiffCoEx a luchdachadh sìos bho fhaidhle a bharrachd 1 le Tesson et al. (57); Gheibhear am pasgan bathar-bog R WGCNA a tha a dhìth ann an https://horvath.genetics.ucla.edu/html/CoexpressionNetwork/Rpackages/WGCNA.
Gus mion-sgrùdadh lìonra moileciuil MS/MS a dhèanamh, rinn sinn àireamhachadh air ceangal speactram càraideach stèidhichte air seòrsachan coltachd NDP agus NL, agus chleachd sinn bathar-bog Cytoscape gus top-eòlas lìonra a dhèanamh follaiseach a’ cleachdadh cruth organach ann an tagradh leudachaidh algairim cruth yFiles CyFilescape.
Cleachd R dreach 3.0.1 gus mion-sgrùdadh staitistigeil a dhèanamh air an dàta. Chaidh cudromachd staitistigeil a mheasadh le bhith a’ cleachdadh mion-sgrùdadh dà-shligheach air atharrachaidh (ANOVA), agus an uairsin deuchainn iar-hoc eadar-dhealachaidh onarach cudromach (HSD) Tukey. Gus an diofar eadar an làimhseachadh luibh-itheach agus an smachd a sgrùdadh, chaidh an sgaoileadh dà-earballach den dà bhuidheann de shampaill leis an aon atharrachaidh a sgrùdadh le bhith a’ cleachdadh deuchainn-t Student.
Airson stuthan a bharrachd airson an artaigil seo, faic http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/24/eaaz0381/DC1
Is e seo artaigil fosgailte a tha air a sgaoileadh fo chumhachan Ceadachas Neo-Mhalairteach Attribution Creative Commons, a leigeas le cleachdadh, sgaoileadh agus ath-riochdachadh ann am meadhan sam bith, fhad ‘s nach eil an cleachdadh deireannach airson buannachd mhalairteach agus gur e am bun-bheachd gu bheil an obair thùsail ceart. Iomradh.
Nota: Chan eil sinn ag iarraidh ort ach do sheòladh puist-d a thoirt seachad gus am bi fios aig an neach a tha thu a’ moladh don duilleag gu bheil thu airson gum faic iad am post-d agus nach e spama a th’ ann. Cha ghlac sinn seòlaidhean puist-d sam bith.
Cleachdar a’ cheist seo gus dearbhadh a bheil thu nad neach-tadhail agus gus casg a chuir air spama fèin-ghluasadach.
Tha teòiridh fiosrachaidh a’ toirt seachad airgead uile-choitcheann airson coimeas a dhèanamh eadar metabolomes sònraichte agus ro-innse teòiridhean dìon deuchainn.
Tha teòiridh fiosrachaidh a’ toirt seachad airgead uile-choitcheann airson coimeas a dhèanamh eadar metabolomes sònraichte agus ro-innse teòiridhean dìon deuchainn.
©2021 Comann Ameireagaidh airson Adhartachadh Saidheans. gach còir glèidhte. Tha AAAS na chom-pàirtiche de HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef agus COUNTER. SaidheansAdvances ISSN 2375-2548.