Turli o'simliklarni himoya qilish nazariyalari o'simliklarning ixtisoslashgan metabolizmi naqshlarini tushuntirish uchun muhim nazariy ko'rsatmalar beradi, ammo ularning asosiy bashoratlari hali ham sinovdan o'tkazilishi kerak. Bu yerda biz tamaki bilan susaytirilgan shtammlarning individual o'simliklardan populyatsiyalar va yaqin qarindosh turlarga metabolomasini tizimli ravishda o'rganish uchun xolis tandem mass-spektrometriyasi (MS/MS) tahlilidan foydalandik va ma'lumotlardagi birikma spektrlariga asoslangan ko'p sonli mass-spektrometrik xususiyat nazariyalarini qayta ishladik. Optimal himoya (OD) va harakatlanuvchi nishon (MT) nazariyalarining asosiy bashoratlarini sinab ko'rish uchun asos. O'simlik metabolomikasining axborot komponenti OD nazariyasiga mos keladi, ammo o'txo'rlar keltirib chiqaradigan metabolomika dinamikasi bo'yicha MT nazariyasining asosiy bashoratiga zid keladi. Mikrodan makro evolyutsion miqyosgacha jasmonat signali OD ning asosiy determinanti sifatida aniqlandi, etilen signali esa MS/MS molekulyar tarmog'i tomonidan izohlangan o'txo'rlarga xos javobni aniq sozlashni ta'minladi.
Turli xil tuzilishga ega maxsus metabolitlar o'simliklarning atrof-muhitga moslashuvida, ayniqsa dushmanlardan himoya qilishda asosiy ishtirokchilar hisoblanadi (1). O'simliklarda uchraydigan maxsus metabolizmning hayratlanarli darajada diversifikatsiyasi uning ekologik funktsiyalarining ko'plab jihatlari bo'yicha o'nlab yillar davomida chuqur tadqiqotlarni rag'batlantirdi va o'simliklarni himoya qilish nazariyalarining uzun ro'yxatini shakllantirdi, bu o'simlik-hasharot o'zaro ta'sirining evolyutsion va ekologik rivojlanishidir. Empirik tadqiqotlar muhim ko'rsatmalar beradi (2). Biroq, bu o'simliklarni himoya qilish nazariyalari gipotetik deduktiv fikrlashning me'yoriy yo'liga amal qilmadi, bunda asosiy bashoratlar tahlilning bir xil darajasida edi (3) va nazariy rivojlanishning keyingi siklini ilgari surish uchun eksperimental ravishda sinovdan o'tkazildi (4). Texnik cheklovlar ma'lumotlar to'plashni ma'lum metabolik toifalar bilan cheklaydi va ixtisoslashgan metabolitlarning kompleks tahlilini istisno qiladi, shu bilan nazariy rivojlanish uchun zarur bo'lgan kategoriyalararo taqqoslashlarning oldini oladi (5). Turli o'simlik guruhlari o'rtasidagi metabolik makonni qayta ishlash ish jarayonini taqqoslash uchun kompleks metabolomika ma'lumotlari va umumiy valyutaning yo'qligi sohaning ilmiy yetukligiga to'sqinlik qiladi.
Tandem mass-spektrometriyasi (MS/MS) metabolomikasi sohasidagi so'nggi yutuqlar ma'lum bir tizim klasdining turlari ichida va ular orasidagi metabolik o'zgarishlarni har tomonlama tavsiflashi mumkin va bu murakkab aralashmalar orasidagi strukturaviy o'xshashlikni hisoblash uchun hisoblash usullari bilan birlashtirilishi mumkin. Kimyo bo'yicha oldingi bilimlar (5). Tahlil va hisoblashdagi ilg'or texnologiyalarning kombinatsiyasi metabolik xilma-xillikning ekologik va evolyutsion nazariyalari tomonidan qilingan ko'plab bashoratlarni uzoq muddatli sinovdan o'tkazish uchun zarur asos yaratadi. Shannon (6) 1948-yilda o'zining muhim maqolasida birinchi marta axborot nazariyasini kiritdi va asl qo'llanilishidan tashqari ko'plab sohalarda qo'llanilgan axborotning matematik tahliliga asos yaratdi. Genomikada axborot nazariyasi ketma-ketlikdagi konservativ axborotni miqdoriy aniqlash uchun muvaffaqiyatli qo'llanildi (7). Transkriptomika tadqiqotlarida axborot nazariyasi transkriptomdagi umumiy o'zgarishlarni tahlil qiladi (8). Avvalgi tadqiqotlarda biz o'simliklardagi to'qima darajasining metabolik ekspertizasini tavsiflash uchun axborot nazariyasining statistik doirasini metabolomikaga qo'lladik (9). Bu yerda biz o'txo'rlar tomonidan qo'zg'atilgan metabolomning o'simliklarni himoya qilish nazariyasining asosiy bashoratlarini taqqoslash uchun MS/MS asosidagi ish oqimini umumiy valyutadagi metabolik xilma-xillik bilan tavsiflangan axborot nazariyasining statistik doirasi bilan birlashtiramiz.
O'simliklarni himoya qilishning nazariy asoslari odatda bir-birini qamrab oladi va ularni ikki toifaga bo'lish mumkin: optimal himoya (OD) (10), harakatlanuvchi nishon (MT) (11)) va tashqi ko'rinish (12) kabi himoya funktsiyalari asosida o'simlikka xos metabolitlarning tarqalishini tushuntirishga harakat qiladiganlar, boshqalari esa resurslar mavjudligidagi o'zgarishlar o'simliklarning o'sishiga va uglerod kabi ixtisoslashgan metabolitlarning to'planishiga qanday ta'sir qilishini mexanik tushuntirishlarni izlaydilar: ozuqa balansi gipotezasi (13), o'sish tezligi gipotezasi (14) va o'sish va differentsiatsiya muvozanati gipotezasi (15). Ikkita nazariya to'plami tahlilning turli darajalarida (4). Biroq, funktsional darajadagi himoya funktsiyalarini o'z ichiga olgan ikkita nazariya o'simliklarning tarkibiy va induktiv himoyasi haqidagi suhbatda ustunlik qiladi: OD nazariyasi, bu o'simliklar qimmatbaho kimyoviy himoyalariga faqat kerak bo'lganda, masalan, ular iste'mol qilinganda sarmoya kiritishini taxmin qiladi. Shuning uchun o't hayvoni hujum qilganda, kelajakdagi hujum ehtimoliga ko'ra, himoya funktsiyasiga ega birikma tayinlanadi (10); MT gipotezasi yo'nalishli metabolit o'zgarishi o'qi yo'qligini, ammo metabolit tasodifiy o'zgarishini taklif qiladi, shu bilan hujum qiluvchi o'txo'rlarning metabolik "harakat nishoni"ga to'sqinlik qilish imkoniyatini yaratadi. Boshqacha qilib aytganda, bu ikki nazariya o'txo'rlarning hujumidan keyin sodir bo'ladigan metabolik qayta qurish haqida qarama-qarshi bashoratlar beradi: metabolitlarning bir tomonlama to'planishi himoya funktsiyasi (OD) va yo'naltirilmagan metabolik o'zgarishlar (MT) o'rtasidagi bog'liqlik (11).
OD va MT gipotezalari nafaqat metabolomdagi induktsiyalangan o'zgarishlarni, balki ushbu metabolitlarning to'planishining ekologik va evolyutsion oqibatlarini, masalan, ma'lum bir ekologik muhitda ushbu metabolik o'zgarishlarning moslashuvchan xarajatlari va foydalarini ham o'z ichiga oladi (16). Ikkala gipoteza ham qimmat bo'lishi yoki bo'lmasligi mumkin bo'lgan ixtisoslashgan metabolitlarning himoya funktsiyasini tan olsa-da, OD va MT gipotezalarini ajratib turadigan asosiy bashorat induktsiyalangan metabolik o'zgarishlarning yo'nalishi hisoblanadi. OD nazariyasini bashorat qilish hozirgacha eng ko'p eksperimental e'tiborni tortdi. Ushbu testlar issiqxonalarda va tabiiy sharoitlarda ma'lum birikmalarning turli to'qimalarining to'g'ridan-to'g'ri yoki bilvosita himoya funktsiyalarini, shuningdek, o'simliklarning rivojlanish bosqichidagi o'zgarishlarni o'rganishni o'z ichiga oladi (17-19). Biroq, hozircha, har qanday organizmning metabolik xilma-xilligini global kompleks tahlil qilish uchun ish jarayoni va statistik asos yo'qligi sababli, ikki nazariya o'rtasidagi asosiy farqni bashorat qilish (ya'ni metabolik o'zgarishlar yo'nalishi) hali ham sinovdan o'tkazilishi kerak. Bu yerda biz bunday tahlilni taqdim etamiz.
O'simliklarga xos metabolitlarning eng muhim xususiyatlaridan biri ularning barcha darajalarda, yakka o'simliklardan tortib, populyatsiyalargacha bo'lgan ekstremal strukturaviy xilma-xilligidir (20). Populyatsiya miqyosida ixtisoslashgan metabolitlardagi ko'plab miqdoriy o'zgarishlarni kuzatish mumkin, shu bilan birga kuchli sifat farqlari odatda tur darajasida saqlanib qoladi (20). Shuning uchun o'simliklarning metabolik xilma-xilligi funktsional xilma-xillikning asosiy jihati bo'lib, turli xil joylarga, ayniqsa maxsus hasharotlar va keng tarqalgan o'txo'rlar tomonidan turli xil invaziya imkoniyatlariga ega bo'lgan joylarga moslashuvchanlikni aks ettiradi (21). Fraenkelning (22) o'simliklarga xos metabolitlarning mavjudligi sabablari haqidagi inqilobiy maqolasidan beri turli hasharotlar bilan o'zaro ta'sirlar muhim selektsiya bosimi sifatida qaraldi va bu o'zaro ta'sirlar evolyutsiya davomida o'simliklarni shakllantirgan deb ishoniladi. Metabolik yo'l (23). Ixtisoslashgan metabolitlarning xilma-xilligidagi turlararo farqlar, shuningdek, o'simliklarni o'txo'r strategiyalarga qarshi konstitutiv va induktiv himoya bilan bog'liq fiziologik muvozanatni aks ettirishi mumkin, chunki ikki tur ko'pincha bir-biri bilan salbiy bog'liq (24). Har doim yaxshi himoyani saqlab qolish foydali bo'lishi mumkin bo'lsa-da, himoya bilan bog'liq o'z vaqtida metabolik o'zgarishlar o'simliklarga boshqa fiziologik investitsiyalarga qimmatli resurslarni ajratishga imkon berishda aniq foyda keltiradi (19, 24) va simbiozga ehtiyojni oldini oladi. Kollateral zarar (25). Bundan tashqari, hasharotlar tomonidan o'txo'r hayvonlar keltirib chiqaradigan ixtisoslashgan metabolitlarning bu qayta tashkil etilishi populyatsiyada halokatli taqsimotga olib kelishi mumkin (26) va populyatsiyada saqlanib qolishi mumkin bo'lgan jasmon kislotasi (JA) signalidagi sezilarli tabiiy o'zgarishlarning to'g'ridan-to'g'ri o'qilishini aks ettirishi mumkin. Yuqori va past JA signallari o'txo'r hayvonlarga qarshi himoya va ma'lum turlar bilan raqobat o'rtasidagi murosadir (27). Bundan tashqari, ixtisoslashgan metabolit biosintetik yo'llari evolyutsiya jarayonida tez yo'qoladi va o'zgaradi, natijada yaqin qarindosh turlar orasida metabolik taqsimot notekis bo'ladi (28). Bu polimorfizmlar o'txo'r hayvonlar naqshlarining o'zgarishiga javoban tezda o'rnatilishi mumkin (29), bu o'txo'r hayvonlar jamoalarining tebranishi metabolik heterojenlikni boshqaradigan asosiy omil ekanligini anglatadi.
Bu yerda biz quyidagi muammolarni aniq hal qildik. (I) O'txo'r hasharot o'simlik metabolomasini qanday qayta konfiguratsiya qiladi? (Ii) Uzoq muddatli mudofaa nazariyasi bashoratlarini sinash uchun miqdoriy jihatdan aniqlanishi mumkin bo'lgan metabolik plastiklikning asosiy axborot komponentlari nimalar? (Iii) O'simlik metabolomasini hujumchiga xos tarzda qayta dasturlash kerakmi, agar shunday bo'lsa, o'simlik gormoni ma'lum bir metabolik javobni moslashtirishda qanday rol o'ynaydi va qaysi metabolitlar mudofaaning turga xosligiga hissa qo'shadi? (IV) Ko'pgina mudofaa nazariyalari tomonidan qilingan bashoratlar biologik to'qimalarning barcha darajalarida kengaytirilishi mumkinligi sababli, biz ichki taqqoslashdan turlararo taqqoslashgacha metabolik javob qanchalik izchil ekanligini so'radik. Shu maqsadda biz tamaki nikotinining barg metabolomini tizimli ravishda o'rganib chiqdik, bu boy ixtisoslashgan metabolizmga ega ekologik model o'simlik bo'lib, ikkita mahalliy o'txo'rlar - Lepidoptera Datura (Ms) lichinkalariga qarshi samarali (juda agressiv, asosan yeyiladi). Solanaceae va Spodoptera littoralis (Sl) da paxta bargi qurtlari o'ziga xos "turkum" bo'lib, Solanaceae mezbon o'simliklari va boshqa turkum va oilalarning boshqa mezbonlari O'simlik ozuqasi hisoblanadi. Biz MS/MS metabolomika spektrini tahlil qildik va OD va MT nazariyalarini taqqoslash uchun axborot nazariyasi statistik tavsiflovchilarini oldik. Asosiy metabolitlarning o'ziga xosligini aniqlash uchun o'ziga xoslik xaritalarini yaratdik. Tahlil o'simlik gormoni signalizatsiyasi va OD induksiyasi o'rtasidagi kovaryansni yanada tahlil qilish uchun N. nasi va unga yaqin tamaki turlarining mahalliy populyatsiyasiga kengaytirildi.
O'simlikxo'r tamaki bargi metabolomining plastikligi va tuzilishi haqida umumiy xaritani olish uchun biz o'simlik ekstraktlaridan yuqori aniqlikdagi ma'lumotlardan mustaqil MS/MS spektrlarini har tomonlama to'plash va dekonvolyutsiya qilish uchun ilgari ishlab chiqilgan tahlil va hisoblash ish jarayonidan foydalandik (9). Ushbu differentsiatsiyalanmagan usul (MS/MS deb ataladi) ortiqcha bo'lmagan birikma spektrlarini yaratishi mumkin, keyinchalik ular bu yerda tasvirlangan barcha birikma darajasidagi tahlillar uchun ishlatilishi mumkin. Ushbu dekonvolyutsiyalangan o'simlik metabolitlari turli xil bo'lib, yuzlab va minglab metabolitlardan iborat (bu yerda taxminan 500-1000-s/MS/MS). Bu yerda biz axborot nazariyasi doirasida metabolik plastiklikni ko'rib chiqamiz va metabolik chastota taqsimotining Shannon entropiyasiga asoslanib metabolomning xilma-xilligi va professionalligini aniqlaymiz. Avval amalga oshirilgan (8) formuladan foydalanib, biz metabolom xilma-xilligini (Hj indikatori), metabolik profil ixtisoslashuvini (δj indikatori) va bitta metabolitning metabolik o'ziga xosligini (Si indikatori) aniqlash uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan ko'rsatkichlar to'plamini hisobladik. Bundan tashqari, biz o'txo'rlarning metabolom induktivligini aniqlash uchun nisbiy masofa plastikligi indeksini (RDPI) qo'lladik (1A-rasm) (30). Ushbu statistik doirada biz MS/MS spektrini asosiy axborot birligi sifatida ko'rib chiqamiz va MS/MS ning nisbiy ko'pligini chastota taqsimoti xaritasiga qayta ishlaymiz va keyin undan metabolom xilma-xilligini baholash uchun Shannon entropiyasidan foydalanamiz. Metabolom ixtisoslashuvi bitta MS/MS spektrining o'rtacha o'ziga xosligi bilan o'lchanadi. Shuning uchun, o'txo'rlar induktsiyasidan keyin ba'zi MS/MS sinflarining ko'pligining oshishi spektral induktivlikka, RDPI va ixtisoslashuvga, ya'ni δj indeksining oshishiga aylanadi, chunki ko'proq ixtisoslashgan metabolitlar ishlab chiqariladi va yuqori Si indeksi ishlab chiqariladi. Hj xilma-xillik indeksining pasayishi hosil bo'lgan MS/MS soni kamayganini yoki profil chastotasi taqsimoti uning umumiy noaniqligini kamaytirgan holda kamroq bir xil yo'nalishda o'zgarishini aks ettiradi. Si indeksini hisoblash orqali qaysi MS/MS ma'lum o'txo'rlar tomonidan qo'zg'atilganligini, aksincha, qaysi MS/MS induksiyaga javob bermasligini aniqlash mumkin, bu esa MT va OD bashoratini farqlash uchun asosiy ko'rsatkich hisoblanadi.
(A) O'txo'r (H1 dan Hx gacha) MS/MS ma'lumotlarining induktivligi (RDPI), xilma-xillik (Hj indeksi), ixtisoslashuv (δj indeksi) va metabolitning o'ziga xosligi (Si indeksi) uchun ishlatiladigan statistik tavsiflar. Ixtisoslashuv darajasining oshishi (δj) o'rtacha hisobda ko'proq o'txo'rga xos metabolitlar ishlab chiqarilishini, xilma-xillikning pasayishi (Hj) metabolitlar ishlab chiqarilishining kamayishini yoki tarqalish xaritasida metabolitlarning notekis taqsimlanishini ko'rsatadi. Si qiymati metabolitning ma'lum bir holatga xosligini (bu yerda o'txo'r) yoki aksincha, bir xil darajada saqlanib qolishini baholaydi. (B) Axborot nazariyasi o'qidan foydalangan holda himoya nazariyasini bashorat qilishning kontseptual diagrammasi. OD nazariyasi o'txo'rlarning hujumi himoya metabolitlarini ko'paytirishini va shu bilan δj ni oshirishini bashorat qiladi. Shu bilan birga, Hj kamayadi, chunki profil metabolik ma'lumotlarning noaniqligining pasayishiga qarab qayta tashkil etiladi. MT nazariyasi o'txo'rlarning hujumi metabolomada yo'nalishsiz o'zgarishlarga olib kelishini va shu bilan metabolik ma'lumotlarning noaniqligining ortishi ko'rsatkichi sifatida Hj ni oshirishini va Si ning tasodifiy taqsimlanishini keltirib chiqarishini bashorat qiladi. Shuningdek, biz aralash modelni, eng yaxshi MT ni taklif qildik, unda yuqori himoya qiymatlariga ega ba'zi metabolitlar ayniqsa ko'payadi (yuqori Si qiymati), boshqalari esa tasodifiy javoblarni namoyish etadi (past Si qiymati).
Axborot nazariyasi tavsiflovchilaridan foydalanib, biz OD nazariyasini o'txo'r hayvonlar tomonidan qo'zg'atilgan maxsus metabolit o'zgarishlari induktsiya qilinmagan konstitutiv holatda (i) metabolik o'ziga xoslikning oshishiga (Si indeksi), metabonomik o'ziga xoslikning oshishiga (δj indeksi) va (ii) metabolik chastota taqsimotining ko'proq leptin tanasi taqsimotiga o'zgarishi tufayli metabolom xilma-xilligining pasayishiga (Hj indeksi) olib kelishini bashorat qilish uchun talqin qilamiz. Yagona metabolit darajasida tartiblangan Si taqsimoti kutilmoqda, bu yerda metabolit Si qiymatini o'zining himoya qiymatiga muvofiq oshiradi (1B-rasm). Shu yo'nalishda biz MT nazariyasini qo'zg'alish (i) metabolitlarda yo'nalishsiz o'zgarishlarga olib keladi, bu esa δj indeksining pasayishiga olib keladi va (ii) metabolik noaniqlikning oshishi tufayli Hj indeksining oshishiga olib keladi deb bashorat qilish uchun tushuntiramiz. Yoki tasodifiylik, uni Shannon entropiyasi bilan umumlashtirilgan xilma-xillik shaklida aniqlash mumkin. Metabolik tarkibga kelsak, MT nazariyasi Si ning tasodifiy taqsimotini bashorat qiladi. Muayyan metabolitlar ma'lum sharoitlarda ma'lum sharoitlarda bo'lishini va boshqa sharoitlar ma'lum sharoitlarda emasligini va ularning himoya qiymati atrof-muhitga bog'liqligini hisobga olgan holda, biz aralash himoya modelini ham taklif qildik, unda δj va Hj Si bo'ylab ikkitadan taqsimlanadi. Barcha yo'nalishlarda o'sish kuzatiladi, faqat yuqori himoya qiymatlariga ega bo'lgan ma'lum metabolit guruhlari Si ni ayniqsa oshiradi, boshqalari esa tasodifiy taqsimotga ega bo'ladi (1B-rasm).
Axborot nazariyasi tavsiflovchisi o'qi bo'yicha qayta aniqlangan mudofaa nazariyasi bashoratini sinab ko'rish uchun biz Nepenthes pallens barglarida ekspert (Ms) yoki umumiy (Sl) o'txo'r lichinkalarini ko'tardik (2A-rasm). MS/MS tahlilidan foydalanib, biz tırtıllar bilan oziqlangandan keyin to'plangan barg to'qimalarining metanol ekstraktlaridan 599 ta ortiqcha bo'lmagan MS/MS spektrlarini (S1 ma'lumotlar fayli) oldik. MS/MS konfiguratsiya fayllarida axborot tarkibining qayta konfiguratsiyasini vizualizatsiya qilish uchun RDPI, Hj va δj indekslaridan foydalanish qiziqarli naqshlarni ochib beradi (2B-rasm). Umumiy tendentsiya shundaki, axborot tavsiflovchisi tomonidan tasvirlanganidek, tırtıllar barglarni yeyishda davom etganda, barcha metabolik qayta tashkil etish darajasi vaqt o'tishi bilan oshadi: o'txo'rlar yeganidan 72 soat o'tgach, RDPI sezilarli darajada oshadi. Zarar ko'rmagan nazorat bilan solishtirganda, Hj sezilarli darajada kamaydi, bu metabolik profilning ixtisoslashuv darajasining oshishi bilan bog'liq edi, bu δj indeksi bilan aniqlandi. Bu ko'rinadigan tendentsiya OD nazariyasining bashoratlariga mos keladi, ammo metabolit darajasidagi tasodifiy (yo'nalishsiz) o'zgarishlar himoya niqobi sifatida ishlatiladi deb hisoblaydigan MT nazariyasining asosiy bashoratlariga ziddir (1B-rasm). Bu ikki o'txo'r hayvonlarning og'iz orqali sekretsiya (OS) qo'zg'atuvchi tarkibi va ovqatlanish xatti-harakati har xil bo'lsa-da, ularning to'g'ridan-to'g'ri ovqatlanishi 24 soatlik va 72 soatlik yig'im-terim davrlarida Hj va δj yo'nalishlarida o'xshash o'zgarishlarga olib keldi. Faqatgina farq RDPI ning 72 soatida sodir bo'ldi. Ms bilan oziqlantirish natijasida yuzaga kelgan farq bilan solishtirganda, Sl bilan oziqlantirish natijasida yuzaga kelgan umumiy metabolizm yuqoriroq edi.
(A) Eksperimental dizayn: oddiy cho'chqa (S1) yoki mutaxassis (Ms) o'txo'rlar ko'za o'simliklarining tuzsizlantirilgan barglari bilan oziqlanadi, simulyatsiya qilingan o'txo'rlar uchun esa standartlashtirilgan barg pozitsiyalarini teshish uchun Ms OS (W + OSMs) ishlatiladi. S1 (W + OSSl) lichinkalari yoki suv (W + W). Nazorat (C) shikastlanmagan bargdir. (B) Maxsus metabolit xaritasi (599 MS/MS; S1 ma'lumotlar fayli) uchun hisoblangan induktivlik (RDPI nazorat jadvali bilan taqqoslaganda), xilma-xillik (Hj indeksi) va ixtisoslashuv (δj indeksi) indeksi. Yulduzchalar to'g'ridan-to'g'ri o'txo'rlar bilan oziqlantirish va nazorat guruhi o'rtasidagi sezilarli farqlarni ko'rsatadi (Studentning juftlashgan t-testi bilan t-testi, *P<0.05 va ***P<0.001). ns, muhim emas. (C) Simulyatsiya qilingan o'simlikxo'rlar bilan davolashdan keyin asosiy (ko'k quti, aminokislota, organik kislota va shakar; S2 ma'lumotlar fayli) va maxsus metabolit spektrining (qizil quti 443 MS/MS; S1 ma'lumotlar fayli) vaqt aniqligi indeksi. Rangli chiziq 95% ishonch oralig'ini anglatadi. Yulduzcha davolash va nazorat o'rtasidagi sezilarli farqni ko'rsatadi [dispersiyaning kvadratik tahlili (ANOVA), undan keyin post-hoc ko'p taqqoslashlar uchun Tukeyning chin dildan sezilarli farqi (HSD), *P<0.05, **P<0.01 Va *** P <0.001]. (D) Tarqalish grafiklari va maxsus metabolit profillarining ixtisoslashuvi (turli xil davolash usullari bilan takrorlangan namunalar).
Metabolom darajasida o'txo'rlar tomonidan qo'zg'atilgan qayta qurish individual metabolitlar darajasidagi o'zgarishlarda aks ettirilganmi yoki yo'qligini o'rganish uchun biz avval Nepenthes pallens barglarida ilgari o'rganilgan va o'txo'rlarga chidamliligi isbotlangan metabolitlarga e'tibor qaratdik. Fenolik amidlar - bu hasharotlarning o'txo'rlik jarayonida to'planadigan va hasharotlarning samaradorligini pasaytirishi ma'lum bo'lgan gidroksisinnamamid-poliamin konjugatlari (32). Biz mos keladigan MS/MS prekursorlarini qidirdik va ularning kümülatif kinetik egri chiziqlarini chizdik (S1-rasm). Ajablanarlisi shundaki, o'txo'rlarga qarshi himoya qilishda bevosita ishtirok etmaydigan fenol hosilalari, masalan, xlorogen kislota (CGA) va rutin, o'txo'rlardan keyin pastga tushadi. Aksincha, o'txo'rlar fenol amidlarini juda kuchli qilishi mumkin. Ikkala o'txo'rning uzluksiz oziqlanishi fenolamidlarning deyarli bir xil qo'zg'alish spektriga olib keldi va bu naqsh, ayniqsa, fenolamidlarning de novo sintezi uchun yaqqol ko'rinib turardi. Xuddi shu hodisa 17-gidroksigeranil nonanediol diterpen glikozidlari (17-HGL-DTGs) yo'lini o'rganishda ham kuzatiladi, bu yo'l samarali anti-o'txo'r funktsiyalarga ega bo'lgan ko'p miqdordagi asiklik diterpenlarni hosil qiladi (33), ulardan Ms Feeding with Sl shunga o'xshash ifoda profilini qo'zg'atdi (S1-rasm)).
To'g'ridan-to'g'ri o'txo'rlarni oziqlantirish tajribalarining mumkin bo'lgan kamchiligi o'txo'rlarning barg iste'mol qilish tezligi va oziqlantirish vaqtidagi farq bo'lib, bu yaralar va o'txo'rlar keltirib chiqaradigan o'txo'rlarga xos ta'sirlarni bartaraf etishni qiyinlashtiradi. Induksiyalangan barg metabolik reaksiyasining o'txo'r turlarining o'ziga xosligini yaxshiroq hal qilish uchun biz yangi to'plangan OS (OSM va OSS1) ni izchil barg pozitsiyalarining standart W teshigiga darhol qo'llash orqali Ms va Sl lichinkalarini oziqlantirishni simulyatsiya qildik. Ushbu protsedura W + OS bilan davolash deb ataladi va u to'qima yo'qotish tezligi yoki miqdoridagi farqlarning chalkash ta'sirini keltirib chiqarmasdan, o'txo'r tomonidan qo'zg'atilgan javobning boshlanishini aniq belgilash orqali induksiyani standartlashtiradi (2A-rasm) (34). MS/MS tahlil va hisoblash quvur liniyasidan foydalanib, biz to'g'ridan-to'g'ri oziqlantirish tajribalaridan ilgari yig'ilgan spektrlar bilan bir-biriga mos keladigan 443 ta MS/MS spektrini (S1 ma'lumotlar fayli) oldik. Ushbu MS/MS ma'lumotlar to'plamining axborot nazariyasi tahlili shuni ko'rsatdiki, o'txo'rlarni simulyatsiya qilish orqali bargga ixtisoslashgan metabolomlarni qayta dasturlash OSga xos induksiyalarni ko'rsatdi (2C-rasm). Xususan, OSS1 bilan solishtirganda, OSM 4 soat ichida metabolom ixtisoslashuvining kuchayishiga olib keldi. Shuni ta'kidlash kerakki, to'g'ridan-to'g'ri o'txo'rlarni oziqlantirish bo'yicha eksperimental ma'lumotlar to'plami bilan solishtirganda, metabolik kinetika ikki o'lchovli fazoda Hj va δj koordinatalari sifatida ko'rsatilgan va vaqt o'tishi bilan simulyatsiya qilingan o'txo'rlarni davolashga javoban metabolom ixtisoslashuvining yo'nalishi kuzatildi. O'sish izchil (2D-rasm). Shu bilan birga, biz metabolom tajribasining ushbu maqsadli o'sishi simulyatsiya qilingan o'txo'rlarga javoban markaziy uglerod metabolizmining qayta konfiguratsiyasi bilan bog'liqmi yoki yo'qligini tekshirish uchun aminokislotalar, organik kislotalar va shakarlarning miqdorini aniqladik (S2 ma'lumotlar fayli). Ushbu naqshni yaxshiroq tushuntirish uchun biz ilgari muhokama qilingan fenolamid va 17-HGL-DTG yo'llarining metabolik to'planish kinetikasini qo'shimcha ravishda kuzatdik. O'txo'r hayvonlarning OSga xos induksiyasi fenolamid metabolizmi ichida differentsial qayta tashkil etish naqshiga aylanadi (S3-rasm). Kumarin va kofeoil qismlarini o'z ichiga olgan fenolik amidlar afzalroq OSS1 tomonidan induktsiyalanadi, OSMlar esa ferulil konjugatlarining o'ziga xos induksiyasi bilan qo'zg'atiladi. 17-HGL-DTG yo'li uchun quyi oqimdagi malonillanish va dimalonillanish mahsulotlari orqali differentsial OS induksiyasi aniqlandi (S3-rasm).
Keyin, biz o'txo'r hayvonlarda rozet o'simlik barglarining barglarini davolash uchun OSMlardan foydalanishni simulyatsiya qiluvchi vaqt kursi mikroarray ma'lumotlar to'plamidan foydalanib, OS tomonidan qo'zg'atilgan transkriptom plastisiyasini o'rgandik. Namuna olish kinetikasi asosan ushbu metabolomika tadqiqotida qo'llanilgan kinetika bilan mos keladi (35). Metabolik plastisiya vaqt o'tishi bilan ayniqsa oshib boradigan metabolom qayta konfiguratsiyasi bilan taqqoslaganda, biz Ms tomonidan qo'zg'atilgan barglarda vaqtinchalik transkripsiya portlashlarini kuzatamiz, bu yerda transkriptom induktivligi (RDPI) va ixtisoslashuv (δj) 1 da. Bu vaqt nuqtasida soatlarda sezilarli o'sish va xilma-xillik (Hj) kuzatildi, BMP1 ekspressiyasi sezilarli darajada kamaydi, so'ngra transkriptom ixtisoslashuvining susayishi kuzatildi (S4-rasm). Metabolik gen oilalari (masalan, P450, glikoziltransferaza va BAHD asiltransferaza) yuqorida aytib o'tilgan erta yuqori ixtisoslashuv modeliga amal qilib, birlamchi metabolizmdan olingan strukturaviy birliklardan maxsus metabolitlarni yig'ish jarayonida ishtirok etadilar. Amaliy tadqiqot sifatida fenilalanin yo'li tahlil qilindi. Tahlil shuni tasdiqladiki, fenolamid metabolizmidagi asosiy genlar o'txo'rlarda jalb qilinmagan o'simliklarga nisbatan yuqori darajada OS tomonidan induktsiyalangan va ularning ifoda naqshlari bir-biriga yaqin joylashgan. Ushbu yo'lning yuqori oqimidagi MYB8 transkripsiya faktori va PAL1, PAL2, C4H va 4CL strukturaviy genlari transkripsiyaning erta boshlanishini ko'rsatdi. Fenolamidning yakuniy yig'ilishida rol o'ynaydigan atiltransferazalar, masalan, AT1, DH29 va CV86, uzoq muddatli yuqori regulyatsiya naqshini namoyish etadi (S4-rasm). Yuqoridagi kuzatishlar shuni ko'rsatadiki, transkriptom ixtisoslashuvining erta boshlanishi va metabolomika ixtisoslashuvining keyinchalik kuchayishi birlashgan rejim bo'lib, bu kuchli himoya javobini boshlaydigan sinxron tartibga solish tizimi bilan bog'liq bo'lishi mumkin.
O'simlik gormonlari signalizatsiyasidagi qayta konfiguratsiya o'simliklar fiziologiyasini qayta dasturlash uchun o'txo'r ma'lumotlarni birlashtiruvchi tartibga soluvchi qatlam vazifasini bajaradi. O'txo'rlarni simulyatsiya qilishdan so'ng, biz asosiy o'simlik gormonlari toifalarining kümülatif dinamikasini o'lchadik va ular orasidagi vaqtinchalik qo'shma ifodani vizualizatsiya qildik [Pearson korrelyatsiya koeffitsienti (PCC)> 0.4] (3A-rasm). Kutilganidek, biosintez bilan bog'liq o'simlik gormonlari o'simlik gormonlarining qo'shma ifoda tarmog'i ichida bog'langan. Bundan tashqari, turli xil davolash usullari bilan qo'zg'atilgan o'simlik gormonlarini ta'kidlash uchun metabolik o'ziga xoslik (Si indeksi) ushbu tarmoqqa xaritada ko'rsatilgan. O'txo'rlarga xos javobning ikkita asosiy sohasi chizilgan: biri JA klasterida, bu yerda JA (uning biologik faol shakli JA-Ile) va boshqa JA hosilalari eng yuqori Si ballini ko'rsatadi; ikkinchisi etilen (ET). Gibberellin o'txo'rlarga xoslikning faqat o'rtacha o'sishini ko'rsatdi, boshqa o'simlik gormonlari, masalan, sitokinin, auksin va abssis kislotasi, o'txo'rlar uchun past induksiya o'ziga xosligiga ega edi. Faqat W + W dan foydalanish bilan solishtirganda, OS ilovasi (W + OS) orqali JA hosilalarining eng yuqori qiymatining kuchayishi asosan JA larning kuchli o'ziga xos ko'rsatkichiga aylanishi mumkin. Kutilmaganda, turli xil qo'zg'atuvchi tarkibga ega OSM va OSS1 JA va JA-Ile ning o'xshash to'planishiga olib kelishi ma'lum. OSS1 dan farqli o'laroq, OSM OSMlar tomonidan maxsus va kuchli ravishda qo'zg'atiladi, OSS1 esa bazal yaralarning javobini kuchaytirmaydi (3B-rasm).
(A) O'txo'rlar tomonidan qo'zg'atilgan o'simlik gormonlari to'planish kinetikasi simulyatsiyasining PCC hisob-kitobiga asoslangan qo'shma ifoda tarmog'i tahlili. Tugun bitta o'simlik gormonini ifodalaydi va tugunning kattaligi davolashlar orasidagi o'simlik gormoniga xos bo'lgan Si indeksini ifodalaydi. (B) Turli xil ranglar bilan ko'rsatilgan turli xil davolashlar natijasida barglarda JA, JA-Ile va ET to'planishi: o'rik, W + OSM; ko'k, W + OSSl; qora, W + W; kulrang, C (nazorat). Yulduzchalar davolash va nazorat o'rtasidagi sezilarli farqlarni ko'rsatadi (ikki tomonlama ANOVA, keyin Tukey HSD post hoc ko'p taqqoslash, *** P <0.001). ETR1 da JA biosintezi va buzilgan idrok spektrida (irAOC va irCOI1) (C)697 MS/MS (ma'lumotlar fayli S1) va buzilgan ET signali bilan ETR1 da (D)585 MS/MS (ma'lumotlar fayli S1) ning axborot nazariyasi tahlili. Ikki simulyatsiya qilingan o'txo'rlar bilan davolash o'simlik liniyalarini va bo'sh transport vositasini (EV) nazorat qilish o'simliklarini ishga tushirdi. Yulduzchalar W+OS bilan davolash va shikastlanmagan nazorat o'rtasidagi sezilarli farqlarni ko'rsatadi (ikki tomonlama ANOVA, undan keyin Tukey HSD post hoc ko'p marta taqqoslash, *P<0.05, **P<0.01 va ***P<0.001). (E) Ixtisoslashuvga nisbatan tarqoq qarama-qarshilikning tarqoq grafiklari. Ranglar turli xil genetik modifikatsiyalangan shtammlarni ifodalaydi; belgilar turli xil davolash usullarini ifodalaydi: uchburchak, W + OSS1; to'rtburchak, W + OSM; C doirasi
Keyin, biz JA va ET biosintezi (irAOC va irACO) va idrokning (irCOI1 va sETR1) asosiy bosqichlarida bu ikki o'simlik gormonlarining o'txo'r hayvonlarda metabolizmini tahlil qilish uchun genetik jihatdan modifikatsiyalangan susaytirilgan Nepenthes shtammidan (irCOI1 va sETR1) foydalanamiz. Qayta dasturlashning nisbiy hissasi. Avvalgi tajribalarga muvofiq, biz bo'sh tashuvchi (EV) o'simliklarda o'txo'r-OS induksiyasini (3-rasm, C dan D gacha) va OSM tufayli Hj indeksining umumiy pasayishini tasdiqladik, δj indeksi esa oshdi. Javob OSS1 tomonidan qo'zg'atilgan javobga qaraganda aniqroq. Hj va δj ni koordinatalar sifatida ishlatadigan ikki chiziqli grafik o'ziga xos deregulyatsiyani ko'rsatadi (3E-rasm). Eng aniq tendentsiya shundaki, JA signaliga ega bo'lmagan shtammlarda o'txo'r hayvonlar keltirib chiqaradigan metabolom xilma-xilligi va ixtisoslashuv o'zgarishlari deyarli butunlay yo'q qilinadi (3C-rasm). Aksincha, sETR1 o'simliklaridagi jim ET idroki, o'txo'r metabolizmdagi o'zgarishlarga umumiy ta'sir JA signalizatsiyasiga qaraganda ancha past bo'lsa-da, OSM va OSS1 qo'zg'alishlari o'rtasidagi Hj va δj indekslaridagi farqni susaytiradi (3D-rasm va S5-rasm). Bu shuni ko'rsatadiki, JA signal transduksiyasining asosiy funktsiyasidan tashqari, ET signal transduksiyasi o'txo'rlarning turga xos metabolik javobini nozik sozlash vazifasini ham bajaradi. Ushbu nozik sozlash funktsiyasiga muvofiq, sETR1 o'simliklarida umumiy metabolom induktsiyasida hech qanday o'zgarish kuzatilmadi. Boshqa tomondan, sETR1 o'simliklari bilan solishtirganda, irACO o'simliklari o'txo'rlar keltirib chiqaradigan metabolik o'zgarishlarning o'xshash umumiy amplitudalarini keltirib chiqardi, ammo OSM va OSS1 muammolari o'rtasida sezilarli darajada farq qiluvchi Hj va δj ballarini ko'rsatdi (S5-rasm).
O'txo'r hayvonlarning turga xos reaksiyasiga muhim hissa qo'shadigan ixtisoslashgan metabolitlarni aniqlash va ularni ET signallari orqali ishlab chiqarishni sozlash uchun biz ilgari ishlab chiqilgan strukturaviy MS/MS usulidan foydalandik. Ushbu usul metabolik oilani MS/MS fragmentlaridan [normallashtirilgan nuqta mahsuloti (NDP)] va neytral yo'qotishga asoslangan o'xshashlik balli (NL) dan qayta aniqlash uchun bi-klasterlash usuliga asoslanadi. ET transgen liniyalarini tahlil qilish orqali tuzilgan MS/MS ma'lumotlar to'plami 585 MS/MS (S1 ma'lumotlar fayli) ni hosil qildi, bu ularni yettita asosiy MS/MS modullariga (M) klasterlash orqali hal qilindi (4A-rasm). Ushbu modullarning ba'zilari ilgari tavsiflangan maxsus metabolitlar bilan zich joylashgan: masalan, M1, M2, M3, M4 va M7 turli xil fenol hosilalariga (M1), flavonoid glikozidlarga (M2), atsil shakarlarga (M3 va M4) va 17-HGL-DTG (M7) ga boy. Bundan tashqari, har bir moduldagi bitta metabolitning metabolik o'ziga xos ma'lumotlari (Si indeksi) hisoblanadi va uning Si taqsimotini intuitiv ravishda ko'rish mumkin. Qisqasi, yuqori o'simlikxo'rlik va genotipga xoslikni namoyish etuvchi MS/MS spektrlari yuqori Si qiymatlari bilan tavsiflanadi va kurtoz statistikasi o'ng dum burchagida mo'ynaning taqsimotini ko'rsatadi. Bunday ozg'in kolloid taqsimotlaridan biri M1 da aniqlandi, unda fenol amid eng yuqori Si fraksiyasini ko'rsatdi (4B-rasm). M7 da ilgari aytib o'tilgan o'simlikxo'r induktiv 17-HGL-DTG o'rtacha Si ballini ko'rsatdi, bu ikki OS turi o'rtasida o'rtacha darajadagi differentsial regulyatsiyani ko'rsatadi. Aksincha, rutin, CGA va atil shakar kabi konstitutiv ravishda ishlab chiqarilgan ixtisoslashgan metabolitlarning aksariyati eng past Si ballari qatoriga kiradi. Maxsus metabolitlar orasidagi strukturaviy murakkablik va Si taqsimotini yaxshiroq o'rganish uchun har bir modul uchun molekulyar tarmoq qurildi (4B-rasm). OD nazariyasining muhim bashorati (1B-rasmda umumlashtirilgan) shundan iboratki, o'txo'rlardan keyin maxsus metabolitlarning qayta tashkil etilishi yuqori himoya qiymatiga ega metabolitlarda bir tomonlama o'zgarishlarga olib kelishi kerak, ayniqsa ularning o'ziga xosligini oshirish orqali (tasodifiy taqsimotdan farqli o'laroq). Mode) MT nazariyasi tomonidan bashorat qilingan himoya metabolit. M1 da to'plangan fenol hosilalarining aksariyati hasharotlar faoliyatining pasayishi bilan funktsional jihatdan bog'liq (32). 24 soat ichida induktsiyalangan barglar va EV nazorat o'simliklarining tarkibiy barglari o'rtasidagi M1 metabolitlaridagi Si qiymatlarini taqqoslaganda, biz o'txo'r hasharotlardan keyin ko'plab metabolitlarning metabolik o'ziga xosligi sezilarli darajada o'sish tendentsiyasiga ega ekanligini kuzatdik (4C-rasm). Si qiymatining o'ziga xos o'sishi faqat himoya fenolamidlarida aniqlandi, ammo ushbu modulda birga mavjud bo'lgan boshqa fenollarda va noma'lum metabolitlarda Si qiymatining o'sishi aniqlanmadi. Bu OD nazariyasi bilan bog'liq bo'lgan ixtisoslashgan model. O'txo'rlar keltirib chiqaradigan metabolik o'zgarishlarning asosiy bashoratlari izchil. Fenolamid spektrining bu o'ziga xosligi OSga xos ET tomonidan qo'zg'atilganligini tekshirish uchun biz metabolit Si indeksini chizdik va EV va sETR1 genotiplarida OSM va OSS1 o'rtasida differentsial ifoda qiymatini aniqladik (4D-rasm). sETR1 da fenamid tomonidan qo'zg'atilgan OSM va OSS1 o'rtasidagi farq sezilarli darajada kamaydi. Ikki klasterlash usuli JA tomonidan boshqariladigan metabolik ixtisoslashuvga tegishli asosiy MS/MS modullarini aniqlash uchun yetarli bo'lmagan JA bo'lgan shtammlarda to'plangan MS/MS ma'lumotlariga ham qo'llanildi (S6-rasm).
(A) Umumiy fragment (NDP o'xshashligi) va umumiy neytral yo'qotish (NL o'xshashligi) asosida 585 ta MS/MS klasterlash natijalari (M) modulining ma'lum birikma oilasiga yoki noma'lum yoki yomon metabolizmga uchragan Metabolit tarkibiga mos kelishiga olib keladi. Har bir modul yonida metabolit (MS/MS) ga xos (Si) taqsimoti ko'rsatilgan. (B) Modulli molekulyar tarmoq: Tugunlar MS/MS va qirralarni ifodalaydi, NDP (qizil) va NL (ko'k) MS/MS ballari (cheklov,> 0.6). Baholangan metabolit o'ziga xoslik indeksi (Si) modulga asoslangan holda ranglanadi (chapda) va molekulyar tarmoqqa xaritalanadi (o'ngda). (C) 24 soat ichida konstitutiv (nazorat) va induktsiyalangan holatdagi (simulyatsiya qilingan o'txo'r) EV o'simlikining M1 moduli: molekulyar tarmoq diagrammasi (Si qiymati tugun o'lchami, himoya fenolamid ko'k rangda belgilangan). (D) EV va ET idroki buzilgan sETR1 spektr chizig'ining M1 molekulyar tarmoq diagrammasi: yashil doira tuguni bilan ifodalangan fenolik birikma va W + OSM va W + OSS1 muolajalari orasidagi tugun hajmi sifatidagi sezilarli farq (P qiymati). CP, N-kofeoil-tirozin; CS, N-kofeoil-spermidin; FP, N-ferul kislotasi efir-siydik kislotasi; FS, N-ferulil-spermidin; CoP, N', N “-Kumarolil-tirozin; DCS, N', N”-dikaffeoil-spermidin; CFS, N', N”-kofeoil, feruloil-spermidin; Wolfberry Son tarkibidagi Lycium barbarum; Nick. O-AS, O-atsil shakar.
Biz tahlilni bitta zaiflashtirilgan Nepenthes genotipidan tabiiy populyatsiyalarga kengaytirdik, bu yerda o'txo'r JA darajalarida va o'ziga xos metabolit darajalarida kuchli tur ichidagi o'zgarishlar ilgari tabiiy populyatsiyalarda tasvirlangan edi (26). Ushbu ma'lumotlar to'plamidan 43 ta germplazmani qamrab olish uchun foydalaning. Bu germplazmalar N. pallensdan olingan 123 turdagi o'simliklardan iborat. Bu o'simliklar Yuta, Nevada, Arizona va Kaliforniyadagi turli xil mahalliy yashash joylarida to'plangan urug'lardan olingan (S7-rasm), biz metabolom xilma-xilligini (bu yerda populyatsiya darajasi deb ataladi) β xilma-xilligini) va OSM keltirib chiqaradigan ixtisoslashuvni hisobladik. Oldingi tadqiqotlarga muvofiq, biz Hj va δj o'qlari bo'ylab keng metabolik o'zgarishlarni kuzatdik, bu germplazmalarning o'txo'rlarga metabolik javoblarining plastikligida sezilarli farqlarga ega ekanligini ko'rsatadi (S7-rasm). Ushbu tashkilot o'txo'rlar keltirib chiqaradigan JA o'zgarishlarining dinamik diapazoni haqidagi avvalgi kuzatuvlarni eslatadi va bitta populyatsiyada juda yuqori qiymatni saqlab qoldi (26, 36). Hj va δj o'rtasidagi umumiy darajadagi korrelyatsiyani sinab ko'rish uchun JA va JA-Ile dan foydalanib, biz JA va metabolom β xilma-xilligi va ixtisoslashuv indeksi o'rtasida sezilarli ijobiy korrelyatsiya borligini aniqladik (S7-rasm). Bu shuni ko'rsatadiki, populyatsiya darajasida aniqlangan JA induksiyasida o'txo'rlar tomonidan qo'zg'atilgan heterojenlik hasharotlar o'txo'rlaridan selektsiya natijasida yuzaga kelgan asosiy metabolik polimorfizmlarga bog'liq bo'lishi mumkin.
Avvalgi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, tamaki turlari turi va induktsiyalangan va konstitutiv metabolik himoyaga nisbiy bog'liqligi jihatidan juda katta farq qiladi. O'txo'rlarga qarshi signal uzatish va himoya qilish qobiliyatlaridagi bu o'zgarishlar hasharotlar populyatsiyasi bosimi, o'simliklarning hayot aylanishi va ma'lum bir tur o'sadigan joyda himoya ishlab chiqarish xarajatlari bilan tartibga solinadi, deb ishoniladi. Biz Shimoliy Amerika va Janubiy Amerikada tug'ilgan oltita Nicotiana turining o'txo'rlari tomonidan induktsiyalangan barg metabolomining qayta tuzilishining izchilligini o'rganib chiqdik. Bu turlar Shimoliy Amerikadagi Nepenthes, ya'ni Nicotiana Bociflo bilan chambarchas bog'liq. La, N. nicotinis, Nicotiana n. zaiflashtirilgan o't, Nicotiana tabacum, chiziqli tamaki, tamaki (Nicotiana spegazzinii) va tamaki bargi tamaki (Nicotiana obtusifolia) (5A-rasm) (37). Ushbu turlarning oltitasi, jumladan, yaxshi tavsiflangan N. please turlari, petuniya kladasining bir yillik o'simliklari va obtusifolia N. Trigonophyllae opa-singil kladasining ko'p yillik o'simliklaridir (38). Keyinchalik, hasharotlar bilan oziqlanishning tur darajasidagi metabolik qayta tashkil etilishini o'rganish uchun ushbu yetti turda W + W, W + OSM va W + OSS1 induksiyasi amalga oshirildi.
(A) Maksimal ehtimollikka asoslangan boshlang'ich filogenetik daraxt [yadroviy glutamin sintezi uchun (38)] va yettita yaqin qarindosh Nicotiana turlarining geografik taqsimoti (turli ranglar) (37). (B) Yetti Nicotiana turining metabolik profillari uchun ixtisoslashgan xilma-xillikning tarqoq diagrammasi (939 MS/MS; S1 ma'lumotlar fayli). Tur darajasida metabolom xilma-xilligi ixtisoslashuv darajasi bilan salbiy bog'liq. Metabolik xilma-xillik va ixtisoslashuv hamda JA to'planishi o'rtasidagi tur darajasidagi korrelyatsiya tahlili 2-rasmda ko'rsatilgan. S9. Rang, turli xil turlari; uchburchak, W + OSS1; to'rtburchak, W + OSM; (C) Nicotiana JA va JA-Ile dinamikasi OS qo'zg'alish amplitudasiga ko'ra tartiblangan (ikki tomonlama ANOVA va Tukey HSD ko'p marta taqqoslashdan keyingi taqqoslash, * P <0.05, ** P <0.01 va * ** W + OS va W + W ni taqqoslash uchun P <0.001). O'txo'r va metil JA (MeJA) ni simulyatsiya qilgandan so'ng, har bir turning (D) xilma-xilligi va (E) ixtisoslashuvining quti diagrammasi. Yulduzcha W + OS va W + W yoki lanolin plyus W (Lan + W) yoki Lan plyus MeJA (Lan + MeJa) va Lan nazorati (diversifikatsiyaning ikki tomonlama tahlili, undan keyin Tukeyning HSD post hoc multiple taqqoslashi, *P<0.05, **P<0.01 va ***P<0.001) o'rtasidagi sezilarli farqni ko'rsatadi.
Ikkilik klaster usuli yordamida biz 939 ta MS/MS dan iborat 9 ta modulni aniqladik (S1 ma'lumotlar fayli). Turli xil ishlov berish orqali qayta konfiguratsiya qilingan MS/MS tarkibi turlar orasidagi turli modullar orasida juda katta farq qiladi (S8-rasm). Hj (bu yerda tur darajasidagi γ-xilma-xillik deb ataladi) va δj ni vizualizatsiya qilish shuni ko'rsatadiki, turli turlar metabolik makonda juda turli guruhlarga birlashadi, bu yerda tur darajasidagi bo'linish odatda qo'zg'alishdan ko'ra ko'proq namoyon bo'ladi. N. linear va N. obliquus bundan mustasno, ular keng dinamik induksiya effektlarini namoyish etadi (5B-rasm). Aksincha, N. purpurea va N. obtusifolia kabi turlar davolanishga kamroq aniq metabolik javobga ega, ammo metabolom ko'proq xilma-xildir. Induksiyalangan metabolik javobning turga xos taqsimoti ixtisoslashuv va gamma xilma-xilligi o'rtasida sezilarli salbiy korrelyatsiyaga olib keldi (PCC = -0.46, P = 4.9×10-8). JA darajasidagi OS tomonidan qo'zg'atilgan o'zgarishlar metabolom ixtisoslashuvi bilan ijobiy va har bir tur tomonidan namoyon bo'ladigan metabolik gamma xilma-xilligi bilan salbiy bog'liq (5B-rasm va S9-rasm). Shuni ta'kidlash kerakki, 5C-rasmda "signalga javob" turlari deb ataladigan turlar, masalan, Nepenthes nematodes, Nepenthes nepenthes, Nepenthes acute va Nepenthes susaygan, 30 daqiqada sezilarli belgilarga sabab bo'ldi. Yaqinda OSga xos JA va JA-Ile avj olishlari, Nepenthes tegirmonlari, Nepenthes powdery va N. obtusifolia kabi "signalga javob bermaydigan" deb nomlangan boshqa bakteriyalar esa faqat OSga xos bo'lmagan holda JA-Ile Edge induksiyasini ko'rsatadi (5C-rasm). Yuqorida aytib o'tilganidek, metabolik darajada, susaygan Nepenthes uchun signalga javob beradigan moddalar OSga xoslikni ko'rsatdi va δj ni sezilarli darajada oshirdi, shu bilan birga Hj ni kamaytirdi. Ushbu OSga xos priming effekti signalga reaktiv bo'lmagan turlar sifatida tasniflangan turlarda aniqlanmadi (5-rasm, D va E). OSga xos metabolitlar signalga javob beradigan turlar o'rtasida tez-tez almashinadi va bu signal klasterlari signalga zaifroq javob beradigan turlar bilan to'planadi, signalga zaifroq javob beradigan turlar esa kamroq o'zaro bog'liqlikni ko'rsatadi (S8-rasm). Bu natija JAlarning OSga xos induksiyasi va pastki oqim metabolomining OSga xos qayta konfiguratsiyasi tur darajasida bog'langanligini ko'rsatadi.
Keyin, biz o'simliklarni davolash uchun metil JA (MeJA) ni o'z ichiga olgan lanolin pastasidan foydalandik, bu ulanish rejimlari o'simliklar sitoplazmasida bo'ladigan ekzogen JA tomonidan qo'llaniladigan JA mavjudligi bilan cheklanganmi yoki yo'qligini tekshirdik. Tez deesterifikatsiya JA hisoblanadi. Biz JA ning uzluksiz ta'minoti tufayli signalga javob beradigan turlardan signalga javob bermaydigan turlarga bosqichma-bosqich o'tish tendentsiyasini topdik (5-rasm, D va E). Qisqasi, MeJA bilan davolash chiziqli nematodalar, N. obliquus, N. aquaticus, N. pallens va N. mikimotoi metabolomalarini kuchli ravishda qayta dasturlashtirdi, natijada δj ning sezilarli darajada o'sishi va Hj ning pasayishi kuzatildi. N. purpurea faqat δj ning oshishini ko'rsatdi, ammo Hj ning oshishini ko'rsatmadi. Ilgari juda past darajadagi JA to'planishi ko'rsatilgan N. obtusifolia ham metabolomni qayta konfiguratsiya qilish nuqtai nazaridan MeJA bilan davolashga yomon javob beradi. Bu natijalar signalga javob bermaydigan turlarda JA ishlab chiqarish yoki signal transduksiyasi fiziologik jihatdan cheklanganligini ko'rsatadi. Ushbu gipotezani sinab ko'rish uchun biz W + W, W + OSM va W + OSS1 Transkriptomasi (39) tomonidan qo'zg'atilgan to'rtta turni (N. pallens, N. mills, N. pink va N. microphylla) o'rganib chiqdik. Metabolomni qayta qurish naqshiga muvofiq, turlar transkriptoma bo'shlig'ida yaxshi ajratilgan, ular orasida N. attenuated eng yuqori OS tomonidan qo'zg'atilgan RDPI ni ko'rsatdi, N. gracilis esa eng past ko'rsatkichga ega edi (6A-rasm). Biroq, N. oblonga tomonidan qo'zg'atilgan transkriptoma xilma-xilligi to'rtta tur orasida eng past ekanligi aniqlandi, bu ilgari yetti turda ko'rsatilgan N. oblonga ning eng yuqori metabonomik xilma-xilligidan farqli o'laroq. Avvalgi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, JA signallarini o'z ichiga olgan erta himoya signallari bilan bog'liq genlar to'plami Nicotiana turlarida o'txo'rlar bilan bog'liq qo'zg'atuvchilar tomonidan qo'zg'atilgan erta himoya javoblarining o'ziga xosligini tushuntiradi (39). Ushbu to'rt tur orasidagi JA signalizatsiya yo'llarini taqqoslash qiziqarli naqshni aniqladi (6B-rasm). Ushbu yo'ldagi aksariyat genlar, masalan, AOC, OPR3, ACX va COI1, ushbu to'rt turda nisbatan yuqori induksiya darajasini ko'rsatdi. Biroq, asosiy gen, JAR4, JA ni biologik faol JA-Ile to'plangan transkript shakliga aylantiradi va uning transkripsiya darajasi juda past, ayniqsa N. mills, Nepenthes pieris va N. microphylla da. Bundan tashqari, N. bifidum da faqat boshqa AOS genining transkripti aniqlanmadi. Gen ekspressiyasidagi bu o'zgarishlar signal-allergik turlarda JA ning past ishlab chiqarilishi va N. gracilis ning induksiyasi natijasida yuzaga keladigan ekstremal fenotiplar uchun javobgar bo'lishi mumkin.
(A) O'simlikxo'rlar induksiyasidan 30 daqiqa o'tgach namunalar olingan to'rtta yaqin qarindosh tamaki turlarining erta transkripsiya javoblarini qayta dasturlashning axborot nazariyasi tahlili. RDPI o'simlikxo'rlar OS tomonidan qo'zg'atilgan barglarni yara nazorati bilan taqqoslash orqali hisoblanadi. Ranglar turli turlarni, belgilar esa turli xil davolash usullarini bildiradi. (B) To'rt tur orasida JA signalizatsiya yo'llarida gen ekspressiyasini tahlil qilish. Soddalashtirilgan JA yo'li katakcha diagrammasi yonida ko'rsatilgan. Turli ranglar turli xil ishlov berish usullarini bildiradi. Yulduzcha W + OS bilan davolash va W + W nazorati o'rtasida sezilarli farq borligini ko'rsatadi (juftlik farqlari uchun Student t-testi uchun, *P<0.05, **P<0.01 va ***P<0.001). OPDA, 12-oksofitodien kislotasi; OPC-8: 0,3-okso-2(2′(Z)-pentenil)-siklopentan-1-oktan kislotasi.
Oxirgi qismda biz turli o'simlik turlarining metabolomining hasharot turlariga xos qayta tuzilishi o'txo'rlarga qanday chidamli bo'lishi mumkinligini o'rgandik. Avvalgi tadqiqotlar Nicotiana jinsiga urg'u berdi. Ularning Ms va lichinkalarga chidamliligi juda katta farq qiladi (40). Bu yerda biz ushbu model va ularning metabolik plastikligi o'rtasidagi bog'liqlikni o'rgandik. Yuqoridagi to'rtta tamaki turidan foydalanib va ​​o'txo'rlar keltirib chiqaradigan metabolomning xilma-xilligi va ixtisoslashuvi hamda o'simliklarning Ms va Sl ga chidamliligi o'rtasidagi korrelyatsiyani sinab ko'rib, biz umumiy Sl All ga qarshilik, xilma-xillik va ixtisoslashuv ijobiy korrelyatsiyaga ega ekanligini aniqladik, mutaxassis ayollarga qarshilik va ixtisoslashuv o'rtasidagi korrelyatsiya esa zaif va xilma-xillik bilan korrelyatsiya ahamiyatli emas (S10-rasm). S1 qarshiligiga kelsak, ilgari JA signal transduktsiya darajasini va metabolom plastikligini namoyish etishi ko'rsatilgan zaiflashgan N. chinensis va N. gracilis o'txo'rlarning induktsiyasiga juda boshqacha javoblarga ega edi va ular ham shunga o'xshash yuqori qarshilikni ko'rsatdilar. Jins.
So'nggi oltmish yil ichida o'simliklarni himoya qilish nazariyasi nazariy asos yaratdi, unga asoslanib tadqiqotchilar o'simliklarga ixtisoslashgan metabolitlarning evolyutsiyasi va funktsiyalarining sezilarli darajada bashorat qilishdi. Bu nazariyalarning aksariyati kuchli xulosalarning odatiy tartibiga amal qilmaydi (41). Ular bir xil tahlil darajasida asosiy bashoratlarni taklif qilishadi (3). Asosiy bashoratlarni sinab ko'rish muayyan nazariyalarni tahlil qilishga imkon berganda, bu maydon oldinga siljiydi. Qo'llab-quvvatlanadi, lekin boshqalarni rad etadi (42). Buning o'rniga, yangi nazariya turli tahlil darajalarida bashoratlar qiladi va tavsiflovchi mulohazalarning yangi qatlamini qo'shadi (42). Biroq, funktsional darajada taklif qilingan ikkita nazariya, MT va OD, o'txo'rlar keltirib chiqaradigan ixtisoslashgan metabolik o'zgarishlarning muhim bashoratlari sifatida osongina tushuntirilishi mumkin: OD nazariyasi ixtisoslashgan metabolik "makon"dagi o'zgarishlar yuqori yo'nalishga ega deb hisoblaydi. MT nazariyasi bu o'zgarishlar yo'nalishsiz va metabolik makonda tasodifiy joylashadi va yuqori himoya qiymatiga ega metabolitlarga ega bo'lishga moyil bo'ladi, deb hisoblaydi. OD va MT bashoratlarining avvalgi tadqiqotlari tor apriori "himoya" birikmalari to'plami yordamida sinovdan o'tkazilgan. Ushbu metabolitga asoslangan testlar o'simliklarni iste'mol qilish paytida metabolomni qayta konfiguratsiya qilish darajasi va traektoriyasini tahlil qilish imkoniyatini istisno qiladi va izchil statistik doirada sinov o'tkazishga imkon bermaydi, bu esa butun deb hisoblanishi mumkin bo'lgan asosiy bashoratlarni talab qiladi. O'simlik metabolomidagi o'zgarishlarni miqdoriy aniqlash. Bu yerda biz metabolomikada hisoblash MS ga asoslangan innovatsion texnologiyadan foydalandik va global metabolomika darajasida taklif qilingan ikkalasi o'rtasidagi farqni sinab ko'rish uchun axborot nazariyasi tavsiflovchilarining umumiy valyutasida dekonvolyutsiya MS tahlilini o'tkazdik. Ushbu nazariyaning asosiy bashorati. Axborot nazariyasi ko'plab sohalarda, ayniqsa bioxilma-xillik va ozuqa moddalari oqimini tadqiq qilish kontekstida qo'llanilgan (43). Biroq, biz bilganimizdek, bu o'simliklarning metabolik axborot makonini tavsiflash va atrof-muhit ko'rsatmalariga javoban vaqtinchalik metabolik o'zgarishlar bilan bog'liq ekologik muammolarni hal qilish uchun ishlatiladigan birinchi qo'llanma. Xususan, ushbu usulning qobiliyati o'simlik turlari ichidagi va ular orasidagi naqshlarni taqqoslash, o'txo'rlarning evolyutsiyaning turli darajalarida turli turlardan turlararo makroevolyutsion naqshlarga qanday evolyutsiya qilganini o'rganish qobiliyatidadir. Metabolizm.
Asosiy komponent tahlili (PCA) ko'p o'zgaruvchan ma'lumotlar to'plamini o'lchovlilikni kamaytirish maydoniga aylantiradi, shunda ma'lumotlarning asosiy tendentsiyasi tushuntirilishi mumkin, shuning uchun u odatda ma'lumotlar to'plamini tahlil qilish uchun tadqiqot usuli sifatida ishlatiladi, masalan, dekonvolyutsiya metabolomi. Biroq, o'lchovlilikni kamaytirish ma'lumotlar to'plamidagi axborot tarkibining bir qismini yo'qotadi va PCA ekologik nazariyaga ayniqsa tegishli bo'lgan xususiyatlar haqida miqdoriy ma'lumot bera olmaydi, masalan: o'txo'rlar ixtisoslashgan sohalarda (masalan, boylik, taqsimot) va ko'plik) metabolitlarda xilma-xillikni qanday qayta konfiguratsiya qiladi? Qaysi metabolitlar ma'lum bir o'txo'rning induktsiyalangan holatini bashorat qiladi? O'ziga xoslik, xilma-xillik va induktivlik nuqtai nazaridan, bargga xos metabolit profilining axborot tarkibi parchalanadi va o'txo'rlarni iste'mol qilish o'ziga xos metabolizmni faollashtirishi mumkinligi aniqlandi. Kutilmaganda, biz amalga oshirilgan axborot nazariyasi ko'rsatkichlarida tasvirlanganidek, ikkita o'txo'r (tunda oziqlanadigan generalist Sl) va Solanaceae mutaxassisi Ms hujumlaridan keyin metabolik vaziyat katta darajada o'xshashligini kuzatdik. Garchi ularning ovqatlanish xatti-harakati va konsentratsiyasi sezilarli darajada farq qilsa-da. OSdagi yog 'kislotasi-aminokislota konjugati (FAC) initsiatory (31). Standartlashtirilgan teshilgan yaralarni davolash uchun o'txo'r OS dan foydalanish orqali simulyatsiya qilingan o'txo'r davolash ham shunga o'xshash tendentsiyani ko'rsatdi. O'simliklarning o'txo'r hujumlariga javobini simulyatsiya qilishning ushbu standartlashtirilgan protsedurasi o'txo'rlarning ovqatlanish xatti-harakatlaridagi o'zgarishlar natijasida yuzaga keladigan chalkashtiruvchi omillarni yo'q qiladi, bu esa turli vaqtlarda turli darajadagi zararga olib keladi (34). OSM ning asosiy sababi sifatida ma'lum bo'lgan FAC OSS1 da JAS va boshqa o'simlik gormonlari javoblarini kamaytiradi, OSS1 esa yuzlab marta kamaytiradi (31). Biroq, OSS1 OSM ga nisbatan JA to'planishining o'xshash darajalariga olib keldi. Ilgari susaytirilgan Nepentesdagi JA javobi OSMga juda sezgir ekanligi ko'rsatilgan edi, bu yerda FAC suv bilan 1:1000 nisbatda suyultirilgan taqdirda ham o'z faolligini saqlab qolishi mumkin (44). Shuning uchun, OSM bilan solishtirganda, OSS1dagi FAC juda past bo'lsa-da, bu yetarli darajada JA epidemiyasini keltirib chiqarish uchun etarli. Avvalgi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, poringa o'xshash oqsillar (45) va oligosakkaridlar (46) OSS1da o'simliklarning himoya reaksiyalarini qo'zg'atish uchun molekulyar ko'rsatmalar sifatida ishlatilishi mumkin. Biroq, OSS1dagi ushbu qo'zg'atuvchilar hozirgi tadqiqotda kuzatilgan JA to'planishi uchun javobgarmi yoki yo'qmi, hali ham noma'lum.
Turli xil o'txo'rlar yoki ekzogen JA yoki SA (salitsil kislotasi) qo'llanilishi natijasida kelib chiqadigan differentsial metabolik barmoq izlarini tavsiflovchi tadqiqotlar kam bo'lsa-da (47), hech kim o'simlik o'tlari tarmog'idagi o'txo'r turlariga xos buzilishlarni va uning o'ziga xos o'simliklarga ta'sirini buzmagan. Metabolizmning umumiy ta'siri tizimli ravishda o'rganiladi. shaxsiy ma'lumotlar. Ushbu tahlil JA dan tashqari boshqa o'simlik gormonlari bilan ichki gormonlar tarmog'i aloqasi o'txo'rlar keltirib chiqaradigan metabolik qayta tashkil etishning o'ziga xosligini shakllantirishini yana bir bor tasdiqladi. Xususan, biz OSM keltirib chiqaradigan ET OSS1 keltirib chiqaradiganidan sezilarli darajada yuqori ekanligini aniqladik. Bu rejim OSM dagi ko'proq FAC miqdori bilan mos keladi, bu ET portlashini qo'zg'atish uchun zarur va etarli shartdir (48). O'simliklar va o'txo'rlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir kontekstida ET ning o'simlikka xos metabolit dinamikasiga signalizatsiya funktsiyasi hali ham sporadik bo'lib, faqat bitta birikma guruhiga qaratilgan. Bundan tashqari, ko'pgina tadqiqotlarda ET yoki uning prekursorlari yoki turli ingibitorlarning ekzogen qo'llanilishi ET ning regulyatsiyasini o'rganish uchun ishlatilgan, ular orasida bu ekzogen kimyoviy qo'llanilishlar ko'plab o'ziga xos bo'lmagan yon ta'sirlarni keltirib chiqaradi. Bizning ma'lumotimizga ko'ra, ushbu tadqiqot o'simlik metabolom dinamikasini muvofiqlashtirish uchun buzilgan transgen o'simliklarni ishlab chiqarish va idrok etish uchun ET dan foydalanishdagi ET rolini birinchi keng ko'lamli tizimli o'rganishdir. O'txo'rlarga xos ET induksiyasi oxir-oqibat metabolom javobini modulyatsiya qilishi mumkin. Eng muhimi, fenolamidlarning o'txo'rlarga xos de novo to'planishini aniqlagan ET biosintezi (ACO) va idrok (ETR1) genlarining transgen manipulyatsiyasi. Ilgari ET putresin N-metiltransferazani tartibga solish orqali JA tomonidan qo'zg'atilgan nikotin to'planishini aniq sozlashi mumkinligi ko'rsatilgan edi (49). Biroq, mexanik nuqtai nazardan, ET fenamid induksiyasi qanday aniq sozlashi aniq emas. ET ning signal transduksiyasi funktsiyasidan tashqari, metabolik oqim poliaminofenol amidlariga investitsiyalarni tartibga solish uchun S-adenosil-1-metioninga ham yo'naltirilishi mumkin. S-adenosil-1-metionin ET va poliamin biosintetik yo'lining umumiy oraliq mahsulotidir. ET signali fenolamid darajasini tartibga solish mexanizmini qo'shimcha o'rganish kerak.
Uzoq vaqt davomida, noma'lum tuzilishga ega bo'lgan ko'p sonli maxsus metabolitlar tufayli, ma'lum metabolik toifalarga katta e'tibor biologik o'zaro ta'sirlardan keyin metabolik xilma-xillikning vaqtinchalik o'zgarishlarini qat'iy baholashga qodir emas edi. Hozirgi vaqtda, axborot nazariyasi tahliliga asoslanib, xolis metabolitlarga asoslangan MS/MS spektrini olishning asosiy natijasi shundaki, o'txo'rlarni yeyayotgan yoki simulyatsiya qilayotgan o'txo'rlar barg metabolomining umumiy metabolik xilma-xilligini kamaytirishda davom etmoqda, shu bilan birga uning ixtisoslashuv darajasini oshirmoqda. O'txo'rlar tomonidan kelib chiqadigan metabolomning o'ziga xosligining bu vaqtinchalik o'sishi transkriptomning o'ziga xosligining sinergik o'sishi bilan bog'liq. Ushbu katta metabolomning ixtisoslashuviga (yuqori Si qiymatiga ega) eng ko'p hissa qo'shadigan xususiyat - bu ilgari tavsiflangan o'txo'r funksiyaga ega bo'lgan maxsus metabolit. Ushbu model OD nazariyasining bashoratiga mos keladi, ammo metabolomni qayta dasturlashning tasodifiyligi bilan bog'liq MT bashorati mos kelmaydi. Biroq, bu ma'lumotlar aralash modelning bashoratiga ham mos keladi (eng yaxshi MT; 1B-rasm), chunki noma'lum himoya funktsiyalariga ega bo'lgan boshqa xaraktersiz metabolitlar hali ham tasodifiy Si taqsimotiga amal qilishi mumkin.
Ushbu tadqiqotda yanada aniqlangan diqqatga sazovor naqsh shundaki, mikroevolyutsiya darajasidan (bitta o'simlik va tamaki populyatsiyasi) kengroq evolyutsion miqyosgacha (yaqin qarindosh tamaki turlari), evolyutsion tashkilotning turli darajalari "eng yaxshi himoya"da. O'txo'rlarning qobiliyatlarida sezilarli farqlar mavjud. Mur va boshqalar (20) va Kessler va Kalske (1) mustaqil ravishda Uittaker (50) tomonidan dastlab ajratilgan uchta funktsional biologik xilma-xillik darajasini kimyoviy xilma-xillikning tarkibiy va induktsiyalangan vaqtinchalik o'zgarishlariga aylantirishni taklif qilishdi; bu mualliflar ham umumlashtirmagan. Keng ko'lamli metabolom ma'lumotlarini to'plash protseduralari, shuningdek, ushbu ma'lumotlardan metabolik xilma-xillikni qanday hisoblashni ko'rsatmaydi. Ushbu tadqiqotda Uittakerning funktsional tasnifiga kichik o'zgarishlar α-metabolik xilma-xillikni ma'lum bir o'simlikdagi MS/MS spektrlarining xilma-xilligi sifatida va β-metabolik xilma-xillikni populyatsiyalar guruhining asosiy ichki metabolizmi sifatida ko'rib chiqadi. Kosmos va γ-metabolik xilma-xillik o'xshash turlarni tahlil qilishning kengaytmasi bo'ladi.
JA signali o'txo'rlarning metabolik javoblarining keng doirasi uchun juda muhimdir. Biroq, JA biosintezining tur ichidagi tartibga solinishining metabolom xilma-xilligiga qo'shgan hissasini qat'iy miqdoriy tekshirishning yetarli emasligi va JA signali yuqori makroevolyutsion miqyosda stress keltirib chiqaradigan metabolik diversifikatsiya uchun umumiy joy ekanligi hali ham noma'lum. Biz Nepenthes o'txo'rining o'txo'r tabiati metabolom ixtisoslashuvini keltirib chiqarishini va Nicotiana turlari populyatsiyasi ichida va yaqin qarindosh Nicotiana turlari orasida metabolom ixtisoslashuvining o'zgarishi JA signalizatsiyasi bilan tizimli ravishda ijobiy bog'liqligini kuzatdik. Bundan tashqari, JA signali buzilganda, bitta genotip o'txo'ri tomonidan qo'zg'atilgan metabolik o'ziga xoslik bekor qilinadi (3-rasm, C va E). Tabiiy ravishda zaiflashgan Nepenthes populyatsiyalarining metabolik spektr o'zgarishlari asosan miqdoriy bo'lganligi sababli, ushbu tahlilda metabolik β xilma-xilligi va o'ziga xosligidagi o'zgarishlar asosan metabolitlarga boy birikma toifalarining kuchli qo'zg'alishi bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Ushbu birikma sinflari metabolom profilining bir qismiga ustunlik qiladi va JA signallari bilan ijobiy korrelyatsiyaga olib keladi.
Tamaki turlarining biokimyoviy mexanizmlari juda farq qilganligi sababli, metabolitlar sifat jihatidan aniq aniqlanadi, shuning uchun u ko'proq analitikdir. Axborot nazariyasining olingan metabolik profilni qayta ishlashi shuni ko'rsatadiki, o'txo'r induksiya metabolik gamma xilma-xilligi va ixtisoslashuv o'rtasidagi murosani kuchaytiradi. JA signali bu murosada markaziy rol o'ynaydi. Metabolom ixtisoslashuvining ortishi asosiy OD bashoratiga mos keladi va JA signali bilan ijobiy bog'liq, JA signali esa metabolik gamma xilma-xilligi bilan salbiy bog'liq. Ushbu modellar o'simliklarning OD qobiliyati asosan JA ning plastikligi bilan belgilanadi, xoh mikroevolyutsiya miqyosida bo'lsin, xoh kengroq evolyutsion miqyosda. JA biosintezidagi nuqsonlarni chetlab o'tadigan ekzogen JA qo'llash tajribalari shuni ko'rsatadiki, yaqindan bog'liq tamaki turlarini signalga javob beradigan va signalga javob bermaydigan turlarga ajratish mumkin, xuddi ularning JA rejimi va o'txo'rlar tomonidan qo'zg'atilgan metabolom plastikligi kabi. Signalga javob bermaydigan turlar endogen JA ishlab chiqarishga qodir emasligi sababli javob bera olmaydi va shuning uchun fiziologik cheklovlarga duchor bo'ladi. Bunga JA signalizatsiya yo'lidagi ba'zi asosiy genlardagi (N. crescensdagi AOS va JAR4) mutatsiyalar sabab bo'lishi mumkin. Ushbu natija shuni ko'rsatadiki, ushbu turlararo makroevolyutsion naqshlar asosan ichki gormonlarni idrok etish va ularga javob berishdagi o'zgarishlar bilan bog'liq bo'lishi mumkin.
O'simliklar va o'txo'rlar o'rtasidagi o'zaro ta'sirdan tashqari, metabolik xilma-xillikni o'rganish atrof-muhitga biologik moslashuv va murakkab fenotipik xususiyatlar evolyutsiyasini tadqiq qilishdagi barcha muhim nazariy yutuqlar bilan bog'liq. Zamonaviy MS asboblari tomonidan olingan ma'lumotlar miqdorining ortishi bilan metabolik xilma-xillik bo'yicha gipotezalarni sinab ko'rish endi individual/kategoriya metabolitlari farqlaridan oshib ketishi va kutilmagan naqshlarni aniqlash uchun global tahlilni amalga oshirishi mumkin. Keng ko'lamli tahlil jarayonida muhim metafora ma'lumotlarni o'rganish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan mazmunli xaritalarni yaratish g'oyasidir. Shuning uchun, xolis MS/MS metabolomikasi va axborot nazariyasining hozirgi kombinatsiyasining muhim natijasi shundaki, u turli taksonomik masshtablarda metabolik xilma-xillikni ko'rib chiqish uchun xaritalar tuzishda ishlatilishi mumkin bo'lgan oddiy metrikani taqdim etadi. Bu usulning asosiy talabidir. Mikro/makro evolyutsiya va jamoa ekologiyasini o'rganish.
Makroevolyutsion darajada, Erlix va Reyvenning (51) o'simlik-hasharot qo'shma evolyutsiyasi nazariyasining asosiy maqsadi turlararo metabolik xilma-xillikning o'zgarishi o'simlik nasllarining diversifikatsiyasining sababi ekanligini bashorat qilishdir. Biroq, ushbu muhim ish nashr etilganidan beri ellik yil ichida bu gipoteza kamdan-kam hollarda sinovdan o'tkazildi (52). Bu asosan uzoq masofali o'simlik nasllari bo'ylab taqqoslanadigan metabolik xususiyatlarning filogenetik xususiyatlari bilan bog'liq. Noyoblik maqsadli tahlil usullarini mustahkamlash uchun ishlatilishi mumkin. Axborot nazariyasi tomonidan qayta ishlangan hozirgi MS/MS ish oqimi noma'lum metabolitlarning MS/MS strukturaviy o'xshashligini (oldindan metabolit tanlamasdan) aniqlaydi va bu MS/MS ni MS/MS to'plamiga aylantiradi, shuning uchun professional metabolizmda. Ushbu makroevolyutsion modellar tasniflash shkalasida taqqoslanadi. Oddiy statistik ko'rsatkichlar. Jarayon filogenetik tahlilga o'xshaydi, u oldindan bashorat qilmasdan diversifikatsiya tezligini yoki xarakter evolyutsiyasini aniqlash uchun ketma-ketlikni moslashtirishdan foydalanishi mumkin.
Biokimyoviy darajada, Firn va Jonesning (53) skrining gipotezasi shuni ko'rsatadiki, metabolik xilma-xillik ilgari bog'liq bo'lmagan yoki almashtirilgan metabolitlarning biologik faolligini amalga oshirish uchun xom ashyo bilan ta'minlash uchun turli darajalarda saqlanib qoladi. Axborot nazariyasi usullari metabolitning ixtisoslashuvi paytida yuzaga keladigan ushbu metabolitga xos evolyutsion o'tishlarni taklif qilingan evolyutsion skrining jarayonining bir qismi sifatida aniqlash mumkin bo'lgan asosni taqdim etadi: past o'ziga xoslikdan yuqori o'ziga xoslikka biologik faol moslashuv. Berilgan muhitning inhibe qilingan metabolitlari.
Umuman olganda, molekulyar biologiyaning dastlabki davrlarida muhim o'simliklarni himoya qilish nazariyalari ishlab chiqilgan va deduktiv gipotezaga asoslangan usullar ilmiy taraqqiyotning yagona vositasi sifatida keng tarqalgan. Bu asosan butun metabolomani o'lchashning texnik cheklovlari bilan bog'liq. Gipotezaga asoslangan usullar boshqa sabab mexanizmlarini tanlashda ayniqsa foydali bo'lsa-da, ularning biokimyoviy tarmoqlarni tushunishimizni rivojlantirish qobiliyati zamonaviy ma'lumotlarga boy fanda mavjud bo'lgan hisoblash usullariga qaraganda ancha cheklangan. Shuning uchun, bashorat qilib bo'lmaydigan nazariyalar mavjud ma'lumotlar doirasidan ancha tashqarida, shuning uchun tadqiqot sohasidagi taraqqiyotning gipotetik formulasi/sinov siklini bekor qilib bo'lmaydi (4). Biz bu yerda taqdim etilgan metabolomikaning hisoblash ish jarayoni metabolik xilma-xillikning so'nggi (qanday) va yakuniy (nima uchun) masalalariga qiziqishni qayta uyg'otishi va nazariy jihatdan boshqariladigan ma'lumotlar fanining yangi davriga hissa qo'shishi mumkinligini taxmin qilamiz. Bu davr oldingi avlodlarga ilhom bergan muhim nazariyalarni qayta ko'rib chiqdi.
O'txo'rlarni to'g'ridan-to'g'ri oziqlantirish bitta atirgul gullaydigan o'simlikning bitta och rangli ko'za bargida ikkinchi yosh lichinkasini yoki Sl lichinkasini ko'tarish orqali amalga oshiriladi, har bir o'simlikda 10 ta o'simlik replikatsiyasi mavjud. Hasharot lichinkalari qisqichlar bilan mahkamlandi va qolgan barg to'qimasi infektsiyadan 24 va 72 soat o'tgach yig'ib olindi va tez muzlatildi, metabolitlar esa ajratib olindi.
O'simlikxo'rlarni davolashni yuqori darajada sinxronlashtirilgan tarzda simulyatsiya qiling. Usul mato naqsh g'ildiraklaridan foydalanib, mato gulchambarining o'sish bosqichida o'simlikning uchta to'liq kengaygan bargining o'rta qovurg'asining har ikki tomonidagi uchta qator tikanlarni teshib o'tish va darhol 1:5 nisbatda suyultirilgan Ms ni surtishdan iborat. Yoki qo'lqopli barmoqlardan foydalanib, teshilgan yaraga S1 OS ni kiriting. Yuqorida tavsiflanganidek, bargni yig'ib oling va qayta ishlang. Birlamchi metabolitlar va o'simlik gormonlarini ajratib olish uchun avval tavsiflangan usuldan foydalaning (54).
Ekzogen JA qo'llanilishi uchun har bir turning oltita atirgulli o'simliklarining uchta bargi barglari 150 mkg MeJA (Lan + MeJA) saqlovchi 20 mkl lanolin pastasi va 20 mkl lanolin va yarani davolash (Lan + W) bilan ishlov beriladi yoki nazorat sifatida 20 mkl sof lanolin ishlatiladi. Barglar ishlov berilgandan 72 soat o'tgach yig'ib olinadi, suyuq azotda muzlatiladi va ishlatilgunga qadar -80°C da saqlanadi.
Tadqiqot guruhimizda to'rtta JA va ET transgen liniyalari, ya'ni irAOC (36), irCOI1 (55), irACO va sETR1 (48) aniqlandi. irAOC JA va JA-Ile darajasining sezilarli darajada pasayishini ko'rsatdi, irCOI1 esa JA ga sezgir emas edi. EV bilan solishtirganda, JA-Ile to'planishi oshdi. Xuddi shunday, irACO ET ishlab chiqarishni kamaytiradi va EV bilan solishtirganda, ET ga sezgir bo'lmagan sETR1 ET ishlab chiqarishni oshiradi.
Fotoakustik lazer spektrometri (Sensor Sense ETD-300 real vaqt rejimidagi ET sensori) ET o'lchovini invaziv bo'lmagan usulda amalga oshirish uchun ishlatiladi. Davolashdan so'ng darhol barglarning yarmi kesilib, 4 ml li yopiq shisha flakonga o'tkazildi va bosh bo'shlig'i 5 soat ichida to'planishiga ruxsat berildi. O'lchov davomida har bir flakon 8 daqiqa davomida soatiga 2 litr toza havo oqimi bilan yuvildi, bu oqim Sensor Sense tomonidan taqdim etilgan katalizatordan o'tib, CO2 va suvni olib tashladi.
Mikroarray ma'lumotlari dastlab (35) da nashr etilgan va Milliy Biotexnologiya Axborot Markazi (NCBI) Gen Ekspressiyasining Keng Ma'lumotlar Bazasida (kirish raqami GSE30287) saqlangan. Ushbu tadqiqot uchun W + OSM bilan davolash natijasida kelib chiqqan barglar va shikastlanmagan nazoratga mos keladigan ma'lumotlar ajratib olindi. Xom intensivlik log2 ga teng. Statistik tahlildan oldin, bazaviy qiymat R dasturiy ta'minot paketi yordamida o'zgartirildi va 75-persentilga normallashtirildi.
Nicotiana turlarining asl RNK ketma-ketligi (RNK-seq) ma'lumotlari NCBI Qisqa o'qish arxivlaridan (SRA) olindi, loyiha raqami PRJNA301787 bo'lib, Zhou va boshqalar tomonidan xabar qilingan (39) va (56) da tasvirlanganidek davom etadi. Nicotiana turlariga mos keladigan W + W, W + OSM va W + OSS1 tomonidan qayta ishlangan xom ma'lumotlar ushbu tadqiqotda tahlil qilish uchun tanlab olindi va quyidagi tarzda qayta ishlandi: Birinchidan, xom RNK-seq o'qishlari FASTQ formatiga o'tkazildi. HISAT2 FASTQ ni SAM ga o'zgartiradi va SAMtools SAM fayllarini saralangan BAM fayllariga o'zgartiradi. StringTie gen ekspressiyasini hisoblash uchun ishlatiladi va uning ifoda usuli shundaki, har bir million ketma-ket transkripsiya fragmentida har mingta asosiy fragmentga fragmentlar to'g'ri keladi.
Tahlilda ishlatiladigan Acclaim xromatografik ustuni (150 mm x 2.1 mm; zarracha hajmi 2.2μm) va 4 mm x 4 mm himoya ustuni bir xil materialdan iborat. Dionex UltiMate 3000 Ultra High Performance Liquid Chromatography (UHPLC) tizimida quyidagi ikkilik gradient qo'llaniladi: 0 dan 0.5 daqiqagacha, izokratik 90% A [deionizatsiyalangan suv, 0.1% (v/v) asetonitril va 0.05% chumoli kislotasi], 10% B (asetonitril va 0.05% chumoli kislotasi); 0.5 dan 23.5 daqiqagacha, gradient fazasi mos ravishda 10% A va 90% B; 23.5 dan 25 daqiqagacha, izokratik 10% A va 90% B. Oqim tezligi 400μl/min. Barcha MS tahlillari uchun ustunli eluentni musbat ionlanish rejimida ishlaydigan elektropurkagich manbai bilan jihozlangan kvadrupol va parvoz vaqti (qTOF) analizatoriga yuboring (kapillyar kuchlanish, 4500 V; kapillyar chiqish joyi 130 V; quritish harorati 200°C; quritish havo oqimi 10 litr/min).
Umumiy aniqlanadigan metabolik profil haqida strukturaviy ma'lumot olish uchun ma'lumotlardan ahamiyatsiz yoki farqlanmaydigan MS / MS fragment tahlilini (bundan keyin MS / MS deb yuritiladi) amalga oshiring. Ajratib bo'lmaydigan MS/MS usuli kontseptsiyasi kvadrupolning juda katta massa izolyatsiya oynasiga ega ekanligiga asoslanadi [shuning uchun barcha massa-zaryad nisbati (m/z) signallarini fragmentlar deb hisoblang]. Shu sababli, Impact II asbobi CE qiyalikni yarata olmaganligi sababli, to'qnashuv natijasida kelib chiqadigan dissotsiatsiya to'qnashuv energiyasi (CE) qiymatlarining ortishi yordamida bir nechta mustaqil tahlillar o'tkazildi. Qisqasi, avval namunani UHPLC-elektrospray ionizatsiyasi/qTOF-MS yordamida bitta massa spektrometriyasi rejimidan (manba ichidagi parchalanish natijasida hosil bo'lgan past parchalanish sharoitlari) foydalanib, m/z 50 dan 1500 gacha 5 Gts takrorlanish chastotasida skanerlang. MS/MS tahlili uchun to'qnashuv gazi sifatida azotdan foydalaning va quyidagi to'rt xil to'qnashuv natijasida kelib chiqadigan dissotsiatsiya kuchlanishlarida mustaqil o'lchovlarni bajaring: 20, 30, 40 va 50 eV. O'lchov jarayonida kvadrupol eng katta massa izolyatsiyasi oynasiga ega, m/z 50 dan 1500 gacha. Old korpus m/z va izolyatsiya kengligi tajribasi 200 ga o'rnatilganda, massa diapazoni asbobning operatsion dasturi va 0 Da tomonidan avtomatik ravishda faollashadi. Yagona massa rejimidagi kabi massa bo'laklarini skanerlang. Massa kalibrlash uchun natriy formatdan (50 ml izopropanol, 200 mkl chumoli kislotasi va 1 ml 1M NaOH suvli eritmasi) foydalaning. Brukerning yuqori aniqlikdagi kalibrlash algoritmidan foydalanib, ma'lumotlar fayli ma'lum bir vaqt oralig'ida o'rtacha spektrni ishga tushirgandan so'ng kalibrlanadi. Xom ma'lumotlar fayllarini NetCDF formatiga o'tkazish uchun Data Analysis v4.0 dasturining (Brook Dalton, Bremen, Germaniya) eksport funktsiyasidan foydalaning. MS/MS ma'lumotlar to'plami kirish raqami bilan ochiq metabolomika ma'lumotlar bazasi MetaboLights (www.ebi.ac.uk) da saqlangan. MTBLS1471.
MS/MS assemblyatsiyasini past va yuqori to'qnashuv energiyasi va yangi joriy etilgan qoidalar uchun MS1 ​​va MS/MS sifat signallari o'rtasidagi korrelyatsiya tahlili orqali amalga oshirish mumkin. R skripti prekursorning mahsulotga taqsimlanishining korrelyatsiya tahlilini amalga oshirish uchun ishlatiladi va qoidalarni amalga oshirish uchun C# skripti (https://github.com/MPI-DL/indiscriminant-MS-MS-assembly-pipeline) ishlatiladi.
Fon shovqini va bir nechta namunalarda ma'lum m/z xususiyatlarini aniqlash natijasida yuzaga keladigan noto'g'ri ijobiy xatolarni kamaytirish uchun biz R paketining XCMS (fon shovqinini tuzatish uchun) ning "to'ldirilgan cho'qqi" funksiyasidan foydalanamiz. "NA" (aniqlanmagan cho'qqi) intensivligini almashtirish uchun foydalanish kerak. To'ldirish cho'qqisi funksiyasidan foydalanilganda, ma'lumotlar to'plamida korrelyatsiya hisoblashiga ta'sir qiladigan ko'plab "0" intensivlik qiymatlari mavjud. Keyin, to'ldirilgan cho'qqi funksiyasi ishlatilganda va to'ldirilgan cho'qqi funksiyasi ishlatilmaganda olingan ma'lumotlarni qayta ishlash natijalarini taqqoslaymiz va o'rtacha tuzatilgan taxminiy qiymat asosida fon shovqini qiymatini hisoblaymiz va keyin bu 0 intensivlik qiymatlarini hisoblangan fon qiymati bilan almashtiramiz. Shuningdek, biz faqat intensivligi fon qiymatidan uch baravar oshgan xususiyatlarni ko'rib chiqdik va ularni "haqiqiy cho'qqilar" deb hisobladik. PCC hisob-kitoblari uchun faqat namunaviy prekursor (MS1) va kamida sakkizta haqiqiy cho'qqiga ega bo'lgan fragment ma'lumotlar to'plamlarining m/z signallari hisobga olinadi.
Agar butun namunadagi prekursor sifat xususiyatining intensivligi past yoki yuqori to'qnashuv energiyasiga duchor bo'lgan bir xil sifat xususiyatining kamaytirilgan intensivligi bilan sezilarli darajada bog'liq bo'lsa va xususiyat CAMERA tomonidan izotop cho'qqisi sifatida belgilanmagan bo'lsa, uni qo'shimcha ravishda aniqlash mumkin. Keyin, 3 soniya ichida barcha mumkin bo'lgan prekursor-mahsulot juftliklarini hisoblash orqali (cho'qqini saqlash uchun taxminiy saqlash vaqti oralig'i) korrelyatsiya tahlili amalga oshiriladi. Faqat m/z qiymati prekursor qiymatidan pastroq bo'lganda va MS/MS parchalanishi ma'lumotlar to'plamidagi prekursor bilan bir xil namunaviy joyda sodir bo'lganda, u parcha hisoblanadi.
Ushbu ikkita oddiy qoidaga asoslanib, biz aniqlangan prekursorning m/z qiymatidan kattaroq m/z qiymatlariga ega bo'lgan va prekursor va belgilangan fragment paydo bo'lgan namunaviy pozitsiyaga asoslanib, belgilangan fragmentlarni chiqarib tashlaymiz. Shuningdek, MS1 rejimida hosil bo'lgan ko'plab manba ichidagi fragmentlar tomonidan hosil qilingan sifat xususiyatlarini nomzod prekursorlar sifatida tanlash va shu bilan ortiqcha MS/MS birikmalarini yaratish mumkin. Ushbu ma'lumotlarning ortiqchaligini kamaytirish uchun, agar spektrlarning NDP o'xshashligi 0,6 dan oshsa va ular CAMERA tomonidan izohlangan "pcgroup" xromatogrammasiga tegishli bo'lsa, biz ularni birlashtiramiz. Nihoyat, biz prekursor va fragmentlar bilan bog'liq barcha to'rtta CE natijalarini turli to'qnashuv energiyalarida bir xil m/z qiymatiga ega bo'lgan barcha nomzod cho'qqilar orasida eng yuqori intensivlik cho'qqisini tanlash orqali yakuniy dekonvolyutlangan kompozit spektrga birlashtiramiz. Keyingi ishlov berish bosqichlari kompozit spektr kontseptsiyasiga asoslangan va parchalanish ehtimolini maksimal darajada oshirish uchun zarur bo'lgan turli CE shartlarini hisobga oladi, chunki ba'zi fragmentlarni faqat ma'lum bir to'qnashuv energiyasi ostida aniqlash mumkin.
Metabolik profilning induktivligini hisoblash uchun RDPI (30) ishlatilgan. Metabolik spektr xilma-xilligi (Hj indeksi) Martínez va boshqalar tomonidan tasvirlangan quyidagi tenglama yordamida MS/MS chastota taqsimotining Shannon entropiyasidan foydalanib, MS/MS prekursorlarining ko'pligidan olinadi. (8). Hj = −∑i = 1mPijlog2(Pij) bu yerda Pij j-namunasidagi i-chi MS/MS ning nisbiy chastotasiga mos keladi (j = 1, 2,…, m) (i = 1, 2, …, m) t).
Metabolik o'ziga xoslik (Si indeksi) ko'rib chiqilayotgan namunalar orasidagi chastotaga nisbatan berilgan MS/MS ning ifoda o'xshashligi sifatida belgilanadi. MS/MS o'ziga xosligi Si = 1t (∑j = 1tPijPilog2PijPi) sifatida hisoblanadi.
Har bir j namunasining metabolomga xos δj indeksini va MS/MS o'ziga xosligining o'rtacha qiymatini o'lchash uchun quyidagi formuladan foydalaning: δj = ∑i = 1mPijSi
MS/MS spektrlari juft-juft qilib hizalanadi va o'xshashlik ikkita ballga asoslanib hisoblanadi. Birinchidan, standart NDP (kosinus korrelyatsiyasi usuli sifatida ham tanilgan) yordamida spektrlar orasidagi segment o'xshashligini baholash uchun quyidagi tenglamadan foydalaning: NDP = (∑iS1 & S2WS1, iWS2, i) 2∑iWS1, i2∑iWS2, i2, bu yerda S1 va S2 Mos ravishda, 1-spektr va 2-spektr, shuningdek, WS1, i va WS2 uchun i ikki spektr orasidagi i-umumiy cho'qqining farqi 0,01 Da dan kam bo'lgan cho'qqi intensivligiga asoslangan og'irlikni ifodalaydi. Og'irlik quyidagicha hisoblanadi: MassBank tomonidan taklif qilinganidek, W = [cho'qqi intensivligi] m [sifat] n, m = 0,5, n = 2.
Ikkinchi baholash usuli qo'llanildi, bu MS/MS o'rtasidagi umumiy NLni tahlil qilishni o'z ichiga oldi. Shu maqsadda biz MS parchalanish jarayonida tez-tez uchraydigan 52 ta NL ro'yxatidan va zaiflashgan Nepenthes turlarining ikkilamchi metabolitlarining MS/MS spektri uchun ilgari izohlangan aniqroq NL (S1 ma'lumotlar fayli) dan foydalandik (9, 26). Har bir MS/MS uchun mos ravishda ba'zi NLlarning joriy va mavjud emasligiga mos keladigan 1 va 0 ga teng ikkilik vektor yarating. Evklid masofasi o'xshashligiga asoslanib, NL o'xshashlik balli har bir ikkilik NL vektor juftligi uchun hisoblanadi.
Ikkilamchi klasterlashni amalga oshirish uchun biz Og'irlashtirilgan Genlarning Qo'shma ifoda tahlili (WGCNA) kengaytmasiga asoslangan DiffCoEx R paketidan foydalandik. MS/MS spektrlarining NDP va NL ball matritsalaridan foydalanib, qiyosiy korrelyatsiya matritsasini hisoblash uchun DiffCoEx dan foydalandik. Ikkilik klasterlash "cutreeDynamic" parametrini method = "hybrid", cutHeight = 0.9999, deepSplit = T va minClusterSize = 10 ga o'rnatish orqali amalga oshiriladi. DiffCoEx ning R manba kodi Tesson va boshqalar tomonidan qo'shimcha 1-fayldan yuklab olingan (57); Kerakli R WGCNA dasturiy ta'minot paketini https://horvath.genetics.ucla.edu/html/CoexpressionNetwork/Rpackages/WGCNA manzilida topish mumkin.
MS/MS molekulyar tarmoq tahlilini o'tkazish uchun biz NDP va NL o'xshashlik turlariga asoslangan juftlashgan spektral ulanishni hisobladik va CyFilescape yFiles joylashuv algoritmi kengaytmasi ilovasida organik joylashuv yordamida tarmoq topologiyasini vizualizatsiya qilish uchun Cytoscape dasturidan foydalandik.
Ma'lumotlar bo'yicha statistik tahlilni amalga oshirish uchun R 3.0.1 versiyasidan foydalaning. Statistik ahamiyatlilik ikki tomonlama dispersiya tahlili (ANOVA) yordamida baholandi, so'ngra Tukeyning rostdan ham ahamiyatli farq (HSD) post-hoc testi qo'llanildi. O'txo'rlar bilan davolash va nazorat guruhi o'rtasidagi farqni tahlil qilish uchun bir xil dispersiyaga ega bo'lgan ikki guruh namunalarining ikki tomonlama taqsimoti Studentning t testi yordamida tahlil qilindi.
Ushbu maqola uchun qo'shimcha materiallar uchun http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/24/eaaz0381/DC1 ga qarang.
Bu Creative Commons Attribution-Notijorat Litsenziyasi shartlari asosida tarqatiladigan ochiq kirish maqolasi bo'lib, u har qanday vositada foydalanish, tarqatish va ko'paytirishga imkon beradi, agar oxirgi foydalanish tijorat maqsadlarida foydalanilmasa va asl asar to'g'ri bo'lsa.
Eslatma: Sizdan faqat elektron pochta manzilingizni taqdim etishingizni so'raymiz, shunda sahifaga tavsiya qilgan odam siz elektron pochtani ko'rishini xohlayotganingizni va u spam emasligini biladi. Biz hech qanday elektron pochta manzillarini yozib olmaymiz.
Bu savol sizning tashrif buyuruvchi ekanligingizni tekshirish va avtomatik spam yuborishning oldini olish uchun ishlatiladi.
Axborot nazariyasi maxsus metabolomlarni taqqoslash va sinovdan himoya qilish nazariyalarini bashorat qilish uchun universal vositani taqdim etadi.
Axborot nazariyasi maxsus metabolomlarni taqqoslash va sinovdan himoya qilish nazariyalarini bashorat qilish uchun universal vositani taqdim etadi.
©2021 Amerika fan taraqqiyoti assotsiatsiyasi. barcha huquqlar himoyalangan. AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef va COUNTER hamkori hisoblanadi. Science Advances ISSN 2375-2548.