Назарияҳои гуногуни дифоъи растанӣ роҳнамоии муҳими назариявиро барои шарҳ додани қонуниятҳои мубодилаи моддаҳои махсуси растанӣ фароҳам меоранд, аммо пешгӯиҳои асосии онҳо бояд санҷида шаванд. Дар ин ҷо, мо таҳлили спектрометрияи массавии тандемӣ (MS/MS)-и бетарафонаро барои омӯзиши систематикии метаболоми штаммҳои сустшудаи тамоку аз растаниҳои алоҳида то популятсияҳо ва намудҳои ба ҳам наздик истифода бурдем ва шумораи зиёди назарияҳои хусусиятҳои массавии спектрометриро, ки ба спектрҳои мураккаб дар маълумот асос ёфтаанд, коркард кардем. Чаҳорчӯба барои санҷиши пешгӯиҳои асосии назарияҳои дифоъи оптималӣ (OD) ва ҳадафи ҳаракаткунанда (MT). Ҷузъи иттилоотии метаболомикаи растанӣ бо назарияи OD мувофиқ аст, аммо бо пешгӯии асосии назарияи MT дар бораи динамикаи метаболомика, ки аз ҷониби ҳайвоноти алафхӯр ба вуҷуд омадааст, мухолиф аст. Аз микро то миқёси эволютсионии макро, сигнали жасмонат ҳамчун муайянкунандаи асосии OD муайян карда шуд, дар ҳоле ки сигнали этилен танзими дақиқи вокуниши хоси ҳайвоноти алафхӯрро, ки аз ҷониби шабакаи молекулавии MS/MS шарҳ дода шудааст, таъмин кард.
Метаболитҳои махсус бо сохторҳои гуногун иштирокчиёни асосии мутобиқшавии растанӣ ба муҳити зист, бахусус дар дифоъ аз душманон мебошанд (1). Гуногунрангии аҷиби мубодилаи моддаҳои махсус, ки дар растаниҳо мавҷуданд, даҳсолаҳо таҳқиқоти амиқро дар бораи ҷанбаҳои зиёди вазифаҳои экологӣ ҳавасманд кардааст ва рӯйхати тӯлонии назарияҳои дифоъи растаниро ташкил додааст, ки рушди эволютсионӣ ва экологии таъсири мутақобилаи растанӣ ва ҳашарот мебошанд. Тадқиқоти эмпирикӣ роҳнамоии муҳимро пешниҳод мекунад (2). Аммо, ин назарияҳои дифоъи растанӣ роҳи меъёрии мулоҳизаҳои гипотетикии дедуктивиро пайгирӣ накарданд, ки дар он пешгӯиҳои калидӣ дар як сатҳи таҳлил буданд (3) ва барои пешрафти давраи ояндаи рушди назариявӣ ба таври таҷрибавӣ санҷида шуданд (4). Маҳдудиятҳои техникӣ ҷамъоварии маълумотро ба категорияҳои мушаххаси мубодилаи моддаҳо маҳдуд мекунанд ва таҳлили ҳамаҷонибаи метаболитҳои махсусро истисно мекунанд ва бо ин роҳ муқоисаҳои байникатегорияҳоеро, ки барои рушди назариявӣ муҳиманд, пешгирӣ мекунанд (5). Набудани маълумоти ҳамаҷонибаи метаболомика ва асъори умумӣ барои муқоисаи ҷараёни коркарди фазои мубодилаи моддаҳо байни гурӯҳҳои гуногуни растанӣ ба камолоти илмии ин соҳа халал мерасонад.
Таҳаввулоти охирин дар соҳаи метаболомикаи спектрометрияи массавии тандем (MS/MS) метавонанд тағйироти метаболизмро дар дохил ва байни намудҳои клади системавии додашуда ҳамаҷониба тавсиф кунанд ва метавонанд бо усулҳои ҳисоббарорӣ барои ҳисоб кардани монандӣ дар сохтори байни ин омехтаҳои мураккаб якҷоя карда шаванд. Дониши қаблӣ дар бораи химия (5). Якҷоя кардани технологияҳои пешрафта дар таҳлил ва ҳисоббарорӣ чаҳорчӯбаи заруриро барои санҷиши дарозмуддати бисёр пешгӯиҳое, ки аз ҷониби назарияҳои экологӣ ва эволютсионии гуногунии метаболикӣ дода шудаанд, фароҳам меорад. Шеннон (6) бори аввал дар мақолаи муҳими худ дар соли 1948 назарияи иттилоотро муаррифӣ кард ва заминаро барои таҳлили математикии иттилоот, ки дар бисёр соҳаҳо ғайр аз татбиқи аслии он истифода шудааст, гузошт. Дар геномика, назарияи иттилоот барои чен кардани маълумоти консервативии пайдарпайӣ бомуваффақият татбиқ шудааст (7). Дар таҳқиқоти транскриптомика, назарияи иттилоот тағйироти умумиро дар транскриптом таҳлил мекунад (8). Дар таҳқиқоти қаблӣ, мо чаҳорчӯбаи омории назарияи иттилоотро ба метаболомика барои тавсифи таҷрибаи метаболикии сатҳи бофта дар растаниҳо истифода бурдем (9). Дар ин ҷо, мо ҷараёни кориро дар асоси MS/MS бо чаҳорчӯбаи омории назарияи иттилоот, ки бо гуногунии метаболикӣ дар асъори умумӣ тавсиф мешавад, муттаҳид мекунем, то пешгӯиҳои калидии назарияи дифоъи растаниро дар бораи метаболома, ки аз ҷониби ҳайвоноти алафхӯр ба вуҷуд омадааст, муқоиса кунем.
Чаҳорчӯбаҳои назариявии мудофиаи растанӣ одатан мутақобилан фарогиранд ва онҳоро ба ду категория тақсим кардан мумкин аст: онҳое, ки кӯшиш мекунанд тақсимоти метаболитҳои хоси растаниро дар асоси функсияҳои мудофиавӣ, ба монанди мудофиаи оптималӣ (OD) (10), ҳадафи ҳаракаткунанда (MT) (11)) ва назарияи зоҳирӣ (12) шарҳ диҳанд, дар ҳоле ки дигарон шарҳҳои механикиро меҷӯянд, ки чӣ гуна тағйирот дар дастрасии захираҳо ба афзоиши растанӣ ва ҷамъшавии метаболитҳои махсус, ба монанди карбон: фарзияи тавозуни маводи ғизоӣ (13), фарзияи суръати афзоиш (14) ва фарзияи тавозуни афзоиш ва тафриқа (15) таъсир мерасонанд. Ду маҷмӯи назарияҳо дар сатҳҳои гуногуни таҳлил қарор доранд (4). Аммо, ду назария, ки вазифаҳои мудофиавиро дар сатҳи функсионалӣ дар бар мегиранд, дар сӯҳбат дар бораи мудофиаҳои конститутсионӣ ва индуксионии растанӣ бартарӣ доранд: назарияи OD, ки фарз мекунад, ки растаниҳо ба мудофиаҳои кимиёвии гаронбаҳои худ танҳо вақте ки лозим аст, масалан, вақте ки онҳо фурӯ бурда мешаванд, сармоягузорӣ мекунанд. Вақте ки ҳайвони алафӣ ҳамла мекунад, аз ин рӯ, мувофиқи имкони ҳамлаи оянда, пайвастагие, ки функсияи мудофиавӣ дорад, таъин карда мешавад (10); Фарзияи MT пешниҳод мекунад, ки меҳвари тағйирёбии метаболитҳои самтӣ вуҷуд надорад, аммо метаболит ба таври тасодуфӣ тағйир меёбад ва бо ин васила имконияти халалдор кардани "ҳадафи ҳаракат"-и метаболикии ҳайвоноти алафхӯри ҳамлакунандаро ба вуҷуд меорад. Ба ибораи дигар, ин ду назария дар бораи таҷдиди метаболикӣ, ки пас аз ҳамлаи ҳайвоноти алафхӯр ба амал меояд, пешгӯиҳои муқобил медиҳанд: робитаи байни ҷамъшавии яксамтаи метаболитҳо бо функсияи дифоӣ (OD) ва тағйироти ғайрисамтии метаболикӣ (MT) (11).
Фарзияҳои OD ва MT на танҳо тағйироти индуксионӣ дар метаболом, балки оқибатҳои экологӣ ва эволютсионии ҷамъшавии ин метаболитҳоро, ба монанди хароҷот ва манфиатҳои мутобиқшавии ин тағйироти метаболикӣ дар муҳити мушаххаси экологӣ, дар бар мегиранд (16). Гарчанде ки ҳарду фарзия функсияи дифоии метаболитҳои махсусро эътироф мекунанд, ки метавонанд гарон бошанд ё набошанд, пешгӯии калидӣ, ки фарзияҳои OD ва MT-ро фарқ мекунад, дар самти тағйироти метаболикӣ индуксионӣ аст. Пешгӯии назарияи OD то ҳол таваҷҷӯҳи бештари таҷрибавӣ ба худ ҷалб кардааст. Ин санҷишҳо омӯзиши вазифаҳои дифоии мустақим ё ғайримустақими бофтаҳои гуногуни пайвастагиҳои мушаххас дар гармхонаҳо ва шароити табиӣ, инчунин тағйирот дар марҳилаи рушди растаниро дар бар мегиранд (17-19). Аммо, то ҳол, аз сабаби набудани ҷараёни кор ва чаҳорчӯбаи оморӣ барои таҳлили ҳамаҷонибаи ҷаҳонии гуногунии метаболикӣ дар ҳама гуна организм, пешгӯии фарқияти асосии байни ду назария (яъне самти тағйироти метаболикӣ) бояд санҷида шавад. Дар ин ҷо мо чунин таҳлилро пешниҳод мекунем.
Яке аз хусусиятҳои муҳимтарини метаболитҳои хоси растанӣ гуногунии сохтории шадиди онҳо дар ҳама сатҳҳо аз растаниҳои алоҳида, популятсияҳо то намудҳои монанд аст (20). Дар миқёси популятсия бисёр тағйироти миқдорӣ дар метаболитҳои махсус мушоҳида карда мешаванд, дар ҳоле ки фарқиятҳои қавии сифатӣ одатан дар сатҳи намудҳо нигоҳ дошта мешаванд (20). Аз ин рӯ, гуногунии мубодилаи моддаҳои растанӣ ҷанбаи асосии гуногунии функсионалӣ мебошад, ки мутобиқшавиро ба нишҳои гуногун, махсусан он нишҳое, ки имконоти гуногуни ҳамлаи ҳашароти махсус ва алафхӯрони маъмулӣ доранд, инъикос мекунад (21). Аз замони мақолаи нави Френкел (22) дар бораи сабабҳои мавҷудияти метаболитҳои хоси растанӣ, таъсири мутақобила бо ҳашароти гуногун ҳамчун фишорҳои муҳими интихобӣ ҳисобида мешуданд ва боварӣ доранд, ки ин таъсири мутақобила растаниҳоро дар давраи эволютсия ташаккул додааст. Роҳи мубодилаи моддаҳо (23). Тафовутҳои байнинавъӣ дар гуногунии метаболитҳои махсус инчунин метавонанд тавозуни физиологиро, ки бо дифоъи конститутивӣ ва индуксионии растанӣ аз стратегияҳои алафхӯр алоқаманд аст, инъикос кунанд, зеро ин ду намуд аксар вақт бо ҳамдигар бо ҳам алоқамандии манфӣ доранд (24). Гарчанде ки нигоҳ доштани мудофиаи хуб ҳамеша муфид буда метавонад, тағйироти саривақтии мубодилаи моддаҳо, ки бо мудофиа алоқаманданд, манфиатҳои равшанро дар имкон додани растаниҳо барои тақсим кардани захираҳои арзишманд ба дигар сармоягузориҳои физиологӣ (19, 24) ва пешгирӣ аз ниёз ба симбиоз фароҳам меоранд. Зарари гаравӣ (25). Илова бар ин, ин азнавташкилдиҳии метаболитҳои махсусгардонидашуда, ки аз ҷониби ҳашароти гиёҳхор ба вуҷуд омадаанд, метавонанд ба тақсимоти харобиовар дар популятсия оварда расонанд (26) ва метавонанд хондани мустақими тағйироти табиии назаррасро дар сигнали кислотаи жасмонӣ (JA), ки метавонад дар популятсия нигоҳ дошта шавад, инъикос кунанд. Сигналҳои JA-и баланд ва паст муомила байни мудофиа бар зидди гиёҳхорҳо ва рақобат бо намудҳои мушаххас мебошанд (27). Илова бар ин, роҳҳои биосинтетикии метаболитҳои махсусгардонидашуда ҳангоми эволютсия талафот ва табдили босуръатро аз сар мегузаронанд, ки боиси тақсимоти нобаробари мубодилаи моддаҳо дар байни намудҳои наздик ба ҳам алоқаманд мегардад (28). Ин полиморфизмҳоро метавон зуд дар посух ба тағйирёбии намунаҳои гиёҳхорҳо муқаррар кард (29), ки маънои онро дорад, ки ноустувории ҷамоатҳои гиёҳхор омили калидии гетерогении мубодилаи моддаҳо мебошад.
Дар ин ҷо, мо масъалаҳои зеринро ба таври мушаххас ҳал кардем. (I) Чӣ тавр ҳашароти гиёҳхор метаболоми растаниро аз нав танзим мекунад? (Ii) Кадом ҷузъҳои асосии иттилоотии пластикии метаболикӣ мавҷуданд, ки метавонанд барои санҷиши пешгӯиҳои назарияи мудофиаи дарозмуддат чен карда шаванд? (Iii) Оё метаболоми растаниро ба таври хоси ҳамлагар аз нав барномарезӣ кардан лозим аст, агар ҳа, гормони растанӣ дар танзими вокуниши мушаххаси метаболикӣ чӣ нақш мебозад ва кадом метаболитҳо ба хусусияти намудӣ дар мудофиа мусоидат мекунанд? (IV) Азбаски пешгӯиҳое, ки аз ҷониби бисёр назарияҳои мудофиавӣ дода шудаанд, метавонанд дар ҳама сатҳҳои бофтаҳои биологӣ паҳн карда шаванд, мо пурсидем, ки вокуниши метаболикӣ, ки ба вуҷуд омадааст, аз муқоисаи дохилӣ то муқоисаи байни намудҳо то чӣ андоза мувофиқ аст? Барои ин, мо метаболоми барги никотинро ба таври систематикӣ омӯхтаем, ки як растании намунавии экологӣ бо метаболизми бойи махсусгардонидашуда мебошад ва бар зидди кирминаҳои ду гиёҳхӯри маҳаллӣ, Lepidoptera Datura (Ms), самаранок аст (хеле хашмгин, асосан хӯрда мешавад). Дар Solanaceae ва Spodoptera littoralis (Sl), кирмҳои барги пахта як навъ "ҷинс" мебошанд, ки растаниҳои мизбон Solanaceae ва дигар мизбонҳои дигар ҷинсҳо ва оилаҳо мебошанд. Хӯроки растанӣ. Мо спектри метаболомикаи MS/MS-ро таҳлил кардем ва тавсифҳои омории назарияи иттилоотро барои муқоисаи назарияҳои OD ва MT истихроҷ кардем. Харитаҳои хосиятро барои ошкор кардани шахсияти метаболитҳои асосӣ эҷод кардем. Таҳлил ба популятсияи бумии N. nasi ва намудҳои наздики тамоку барои таҳлили минбаъдаи коварианс байни сигнализатсияи гормонҳои растанӣ ва индуксияи OD васеъ карда шуд.
Барои гирифтани харитаи умумӣ дар бораи пластикӣ ва сохтори метаболоми барги тамокуи гиёҳхор, мо аз таҳлил ва ҷараёни кории қаблан таҳияшуда барои ҷамъоварӣ ва деконволютсияи ҳамаҷониба аз спектрҳои MS/MS, ки аз маълумоти баландсифат мустақиланд, аз экстрактҳои растанӣ истифода бурдем (9). Ин усули бетараф (MS/MS номида мешавад) метавонад спектрҳои пайвастагии ғайриилоҷӣ созад, ки баъдан метавонад барои ҳама таҳлилҳои сатҳи пайвастагӣ, ки дар ин ҷо тавсиф шудаанд, истифода шавад. Ин метаболитҳои растании деконволютсияшуда намудҳои гуногун доранд, ки аз садҳо то ҳазорҳо метаболитҳо иборатанд (дар ин ҷо тақрибан 500-1000-с/MS/MS). Дар ин ҷо мо пластикии метаболизмро дар чаҳорчӯбаи назарияи иттилоот баррасӣ мекунем ва гуногунрангӣ ва касбияти метаболомро дар асоси энтропияи Шеннон аз тақсимоти басомади метаболикӣ муайян мекунем. Бо истифода аз формулаи қаблан татбиқшуда (8), мо маҷмӯи нишондиҳандаҳоеро ҳисоб кардем, ки метавонанд барои муайян кардани гуногунии метаболом (нишондиҳандаи Hj), тахассуси профили метаболикӣ (нишондиҳандаи δj) ва хосияти метаболити ягона (нишондиҳандаи Si) истифода шаванд. Илова бар ин, мо Индекси пластикии нисбии масофа (RDPI)-ро барои чен кардани индуксияи метаболомҳои ҳайвоноти алафхӯр истифода бурдем (Расми 1A) (30). Дар доираи ин чаҳорчӯбаи оморӣ, мо спектри MS/MS-ро ҳамчун воҳиди асосии иттилоотӣ баррасӣ мекунем ва фаровонии нисбии MS/MS-ро ба харитаи тақсимоти басомад коркард мекунем ва сипас аз энтропияи Шеннон барои арзёбии гуногунии метаболом аз он истифода мебарем. Тахассуси метаболом бо хосияти миёнаи як спектри MS/MS чен карда мешавад. Аз ин рӯ, афзоиши фаровонии баъзе синфҳои MS/MS пас аз индуксияи ҳайвоноти алафхӯр ба индуксияи спектрӣ, RDPI ва тахассус, яъне афзоиши индекси δj табдил меёбад, зеро метаболитҳои махсустар истеҳсол мешаванд ва индекси баланди Si истеҳсол мешавад. Паст шудани индекси гуногунии Hj нишон медиҳад, ки ё шумораи MS/MS тавлидшуда кам мешавад ё тақсимоти басомади профил ба самти камтар яксон тағйир меёбад ва дар айни замон номуайянии умумии онро кам мекунад. Тавассути ҳисобкунии индекси Si, муайян кардан мумкин аст, ки кадом MS/MS аз ҷониби ҳайвоноти алафхӯри муайян ба вуҷуд меояд, баръакс, кадом MS/MS ба индуксия посух намедиҳад, ки ин нишондиҳандаи калидӣ барои фарқ кардани пешгӯии MT ва OD мебошад.
(A) Тавсифҳои омории истифодашуда барои индуксионии маълумоти гиёҳхор (H1 то Hx) MS/MS (RDPI), гуногунрангӣ (индекси Hj), тахассус (индекси δj) ва хосияти метаболит (индекси Si) мебошанд. Афзоиши дараҷаи тахассус (δj) нишон медиҳад, ки ба ҳисоби миёна метаболитҳои хоси гиёҳхор бештар истеҳсол мешаванд, дар ҳоле ки коҳиши гуногунрангӣ (Hj) нишон медиҳад, ки истеҳсоли метаболитҳо ё тақсимоти нобаробари метаболитҳо дар харитаи тақсимот коҳиш меёбад. Арзиши Si арзёбӣ мекунад, ки оё метаболит ба як ҳолати муайян хос аст (дар ин ҷо гиёҳхор) ё баръакс дар ҳамон сатҳ нигоҳ дошта мешавад. (B) Диаграммаи консептуалии пешгӯии назарияи дифоъ бо истифода аз меҳвари назарияи иттилоот. Назарияи OD пешгӯӣ мекунад, ки ҳамлаи гиёҳхор метаболитҳои дифоъиро афзоиш медиҳад ва бо ин васила δj-ро афзоиш медиҳад. Дар айни замон, Hj коҳиш меёбад, зеро профил ба самти номуайянии камшудаи маълумоти метаболикӣ аз нав ташкил карда мешавад. Назарияи MT пешгӯӣ мекунад, ки ҳамлаи гиёҳхорҳо боиси тағйироти ғайрисамтӣ дар метаболом мегардад ва бо ин васила Hj-ро ҳамчун нишондиҳандаи номуайянии афзоиши маълумоти метаболикӣ ва боиси тақсимоти тасодуфии Si мегардад. Мо инчунин модели омехта, беҳтарин MT-ро пешниҳод кардем, ки дар он баъзе метаболитҳо бо арзишҳои дифоии баландтар махсусан афзоиш меёбанд (арзиши баланди Si), дар ҳоле ки дигарон вокунишҳои тасодуфӣ нишон медиҳанд (арзиши пасттари Si).
Бо истифода аз тавсифҳои назарияи иттилоот, мо назарияи OD-ро барои пешгӯии он, ки тағйироти махсуси метаболитҳои аз ҷониби ҳайвоноти алафхӯр ба вуҷуд омада дар ҳолати конститутивии ғайрииндуктивӣ ба вуҷуд омада ба (i) афзоиши хосияти метаболикӣ (индекси Si), ки хосияти метабономикиро ба вуҷуд меорад (индекси δj), афзоиши) гурӯҳҳои махсуси метаболит бо арзиши баланди дифоӣ ва (ii) коҳиши гуногунии метаболом (индекси Hj) аз сабаби тағирёбии тақсимоти басомади метаболикӣ ба тақсимоти бештари бадани лептин оварда мерасонад. Дар сатҳи як метаболит, тақсимоти мураттаби Si интизор меравад, ки дар он метаболит арзиши Si-ро мувофиқи арзиши дифоии худ зиёд мекунад (Расми 1B). Дар ин самт, мо назарияи MT-ро шарҳ медиҳем, то пешгӯи кунем, ки ангезиш ба (i) тағйироти ғайрисамтӣ дар метаболитҳо оварда мерасонад, ки боиси коҳиши индекси δj мегардад ва (ii) афзоиши индекси Hj аз сабаби афзоиши номуайянии метаболикӣ мегардад. Ё тасодуфӣ, ки онро бо энтропияи Шеннон дар шакли гуногунии умумӣ чен кардан мумкин аст. Дар мавриди таркиби метаболикӣ, назарияи MT тақсимоти тасодуфии Si-ро пешгӯӣ мекунад. Бо дарназардошти он, ки баъзе метаболитҳо дар шароити мушаххас дар шароити мушаххас қарор доранд ва дигар шароитҳо дар шароити мушаххас нестанд ва арзиши дифоии онҳо аз муҳити зист вобаста аст, мо инчунин модели дифоии омехтаро пешниҳод кардем, ки дар он δj ва Hj дар ду самт дар баробари Si тақсим мешаванд. Афзоиш дар ҳама самтҳо, танҳо гурӯҳҳои муайяни метаболитҳо, ки арзишҳои дифоии баландтар доранд, Si-ро махсусан афзоиш медиҳанд, дар ҳоле ки дигарон тақсимоти тасодуфӣ доранд (Расми 1B).
Барои санҷидани пешгӯии аз нав муайяншудаи назарияи дифоъ дар меҳвари тавсифи назарияи иттилоот, мо кирминаҳои гиёҳхӯри коршинос (Ms) ё умумӣ (Sl)-ро дар баргҳои Nepenthes pallens бардоштем (Расми 2A). Бо истифода аз таҳлили MS/MS, мо 599 спектри ғайризиёди MS/MS (файли додаҳо S1)-ро аз экстрактҳои метанол аз бофтаи барг, ки пас аз ғизодиҳии кирм ҷамъоварӣ шудаанд, гирифтем. Истифодаи индексҳои RDPI, Hj ва δj барои тасаввур кардани конфигуратсияи аз нав танзимкунии мундариҷаи иттилоот дар файлҳои конфигуратсияи MS/MS намунаҳои ҷолибро ошкор мекунад (Расми 2B). Тамоюли умумӣ ин аст, ки тавре ки тавсифи иттилоот тавсиф кардааст, вақте ки кирмҳо ба хӯрдани баргҳо идома медиҳанд, дараҷаи ҳама гуна азнавташкилдиҳии мубодилаи моддаҳо бо мурури замон меафзояд: 72 соат пас аз хӯрдани гиёҳхӯр, RDPI ба таври назаррас меафзояд. Дар муқоиса бо назорати осебнадида, Hj ба таври назаррас коҳиш ёфт, ки ин аз сабаби афзоиши дараҷаи тахассуси профили мубодилаи моддаҳо буд, ки бо индекси δj муайян карда шуд. Ин тамоюли зоҳирӣ бо пешгӯиҳои назарияи OD мувофиқ аст, аммо бо пешгӯиҳои асосии назарияи MT, ки бовар дорад, ки тағйироти тасодуфӣ (ғайрисамтӣ) дар сатҳи метаболитҳо ҳамчун камуфляжи дифоӣ истифода мешаванд, номувофиқ аст (Расми 1B). Гарчанде ки мундариҷаи эҷёкунандаи ихроҷи даҳонӣ (OS) ва рафтори ғизодиҳии ин ду гиёҳхор гуногун аст, ғизодиҳии мустақими онҳо боиси тағйироти шабеҳ дар самтҳои Hj ва δj дар давраҳои ҷамъоварии ҳосили 24-соата ва 72-соата гардид. Ягона фарқият дар 72 соати RDPI ба амал омад. Дар муқоиса бо он чизе, ки аз ғизодиҳии Ms ба вуҷуд омадааст, мубодилаи умумии мубодилаи моддаҳо, ки аз ғизодиҳии Sl ба вуҷуд омадааст, баландтар буд.
(A) Тарҳи таҷрибавӣ: хукҳои оддӣ (S1) ё мутахассис (Ms) бо баргҳои шӯршудаи растаниҳои кӯза ғизо дода мешаванд, дар ҳоле ки барои гиёҳхӯрии симулятсияшуда, OS-и Ms (W + OSMs) барои коркарди сӯрох кардани мавқеъҳои стандартии баргҳои захмдор истифода мешавад. Кирминаҳои S1 (W + OSSl) ё об (W + W). Назорат (C) барги осебнадида аст. (B) Индуксионӣ (RDPI дар муқоиса бо диаграммаи назоратӣ), гуногунӣ (индекси Hj) ва ихтисос (δj индекс), ки барои харитаи махсуси метаболит (599 MS/MS; файли додаҳо S1) ҳисоб карда шудаанд. Ситорачаҳо фарқиятҳои назаррасро байни ғизодиҳии мустақими гиёҳхӯр ва гурӯҳи назоратӣ нишон медиҳанд (озмоиши t-и Студент бо озмоиши t-и ҷуфтшуда, *P<0.05 ва ***P<0.001). ns, муҳим нест. (C) Индекси ҳалли вақтӣ аз спектри асосӣ (қуттии кабуд, аминокислотаҳо, кислотаи органикӣ ва шакар; файли маълумот S2) ва спектри метаболитҳои махсус (қуттии сурх 443 MS/MS; файли маълумот S1) пас аз табобати симулятсияшудаи гиёҳхӯрӣ. Ранги ранг ба фосилаи эътимоднокии 95% ишора мекунад. Ситорача фарқияти назаррасро байни табобат ва назорат нишон медиҳад [таҳлили квадратии дисперсия (ANOVA), ки баъдан фарқияти воқеан назарраси Туки (HSD) барои муқоисаҳои сершумори пас аз hoc, *P<0.05, **P<0.01 ва *** P <0.001]. (D) Тахассуси графикҳои пароканда ва профилҳои метаболитҳои махсус (намунаҳои такрорӣ бо табобатҳои гуногун).
Барои омӯхтани он, ки оё аз навсозии аз ҷониби алафхӯрон ба вуҷуд омада дар сатҳи метаболом дар тағирёбии сатҳи метаболитҳои алоҳида инъикос ёфтааст, мо аввал ба метаболитҳое, ки қаблан дар баргҳои палленҳои Непентес бо муқовимати исботшудаи алафхӯрон омӯхта шуда буданд, тамаркуз кардем. Амидҳои фенолӣ конъюгатҳои гидроксициннамамид-полиамин мебошанд, ки дар раванди алафхӯрии ҳашарот ҷамъ мешаванд ва маълуманд, ки фаъолияти ҳашаротро коҳиш медиҳанд (32). Мо пешгузаштаҳои MS/MS-и мувофиқро ҷустуҷӯ кардем ва каҷхатҳои кинетикии ҷамъшудаи онҳоро кашф кардем (Расми S1). Тааҷҷубовар нест, ки ҳосилаҳои фенол, ки мустақиман дар муҳофизат аз алафхӯрон иштирок намекунанд, ба монанди кислотаи хлорогенӣ (CGA) ва рутин, пас аз алафхӯрӣ паст мешаванд. Баръакс, алафхӯрон метавонанд фенол амидҳоро хеле пурқувват гардонанд. Ғизодиҳии пайвастаи ин ду алафхӯр боиси қариб якхела спектри ангезиши феноламидҳо гардид ва ин намуна махсусан барои синтези de novo феноламидҳо равшан буд. Ҳамин падида ҳангоми омӯзиши роҳи гликозидҳои дитерпении 17-гидроксигеранилнонандиол (17-HGL-DTGs) мушоҳида карда мешавад, ки шумораи зиёди дитерпенҳои ациклиро бо функсияҳои муассири зидди алафхӯрӣ ба вуҷуд меорад (33), ки аз онҳо Ms Feeding бо Sl профили экспрессияи монандро ба вуҷуд овард (Расми S1)).
Камбудии эҳтимолии таҷрибаҳои ғизодиҳии мустақими алафхӯр фарқияти суръати истеъмоли барг ва вақти ғизодиҳии алафхӯрон аст, ки бартараф кардани таъсири хоси алафхӯронро, ки аз захмҳо ва алафхӯрон ба вуҷуд омадаанд, душвор мегардонад. Барои ҳалли беҳтари хусусияти намудҳои алафхӯрон дар вокуниши мубодилаи моддаҳои барг, мо ғизодиҳии кирминаҳои Ms ва Sl-ро бо истифода аз фавран OS-и навҷамъовардашуда (OSM ва OSS1) ба сӯрохи стандартии W-и мавқеъҳои мувофиқи баргҳо тақлид кардем. Ин тартиб табобати W + OS номида мешавад ва он индуксияро бо муайян кардани вақти дақиқи оғози вокунише, ки аз ҷониби алафхӯр ба вуҷуд омадааст, бидуни таъсири омехтакунандаи фарқиятҳо дар суръат ё миқдори талафоти бофта стандартӣ мекунад (Расми 2A) (34). Бо истифода аз лӯлаи таҳлил ва ҳисобкунии MS/MS, мо 443 спектри MS/MS (файли додаҳои S1)-ро ба даст овардем, ки бо спектрҳои қаблан аз таҷрибаҳои ғизодиҳии мустақим ҷамъовардашуда ҳампӯшӣ мекарданд. Таҳлили назарияи иттилоот дар ин маҷмӯи маълумотҳои MS/MS нишон дод, ки аз нав барномарезӣ кардани метаболомҳои махсусгардонидашудаи барг бо роҳи тақлид кардани алафхӯрон индуксияҳои хоси OS-ро нишон дод (Расми 2C). Аз ҷумла, дар муқоиса бо табобати OSS1, OSM боиси афзоиши тахассуси метаболом дар 4 соат гардид. Қобили зикр аст, ки дар муқоиса бо маҷмӯи маълумотҳои таҷрибавии ғизодиҳии мустақими алафхӯрон, кинетикаи метаболикӣ дар фазои дученака бо истифода аз Hj ва δj ҳамчун координатҳо ва самти тахассуси метаболом дар посух ба табобати симулятсияшудаи алафхӯрон бо мурури замон тасвир карда шуд. Мутобиқати афзоиш (Расми 2D). Дар айни замон, мо миқдори аминокислотаҳо, кислотаҳои органикӣ ва қандҳоро (файли маълумот S2) миқдорӣ кардем, то таҳқиқ кунем, ки оё ин афзоиши мақсадноки тахассуси метаболом аз сабаби аз нав танзимкунии мубодилаи карбони марказӣ дар посух ба алафхӯрони симулятсияшуда аст (Расми S2). Барои шарҳи беҳтари ин намуна, мо минбаъд кинетикаи ҷамъшавии метаболизми роҳҳои қаблан баррасӣшудаи феноламид ва 17-HGL-DTG-ро назорат кардем. Индуксияи хоси OS-и ҳайвоноти алафхӯр ба як намунаи тағйирёбии дифференсиалӣ дар мубодилаи феноламид табдил меёбад (Расми S3). Амидҳои феноликии дорои қисмҳои кумарин ва кофеил афзалиятнок аз ҷониби OSS1 индуксия карда мешаванд, дар ҳоле ки OSM-ҳо индуксияи хоси конъюгатҳои ферулилро ба вуҷуд меоранд. Барои роҳи 17-HGL-DTG, индуксияи дифференсиалии OS аз ҷониби маҳсулоти малонилизатсия ва дималонилизатсияи поёноб ошкор карда шуд (Расми S3).
Сипас, мо пластикии транскриптомии аз ҷониби OS ба вуҷуд омадаро бо истифода аз маҷмӯи додаҳои микромассиви вақтӣ омӯхтем, ки истифодаи OSM-ҳоро барои табобати баргҳои баргҳои растании розетка дар алафхӯрон тақлид мекунад. Кинетикаи намунавӣ асосан бо кинетикаи истифодашуда дар ин таҳқиқоти метаболомика (35) ҳампӯшӣ мекунад. Дар муқоиса бо азнавсозии метаболом, ки дар он пластикии метаболикӣ бо мурури замон махсусан афзоиш меёбад, мо таркишҳои муваққатии транскрипсияро дар баргҳо, ки аз ҷониби Ms ба вуҷуд омадаанд, мушоҳида мекунем, ки дар он ҷо индуксионии транскриптом (RDPI) ва ихтисос (δj) дар 1 мебошанд. Дар ин лаҳза афзоиши назарраси соатҳо ва гуногунрангӣ (Hj) ба амал омад, ифодаи BMP1 ба таври назаррас коҳиш ёфт ва пас аз он ихтисоси транскриптом суст шуд (Расми S4). Оилаҳои генҳои метаболикӣ (ба монанди P450, гликозилтрансфераза ва асилтрансферазаи BAHD) дар раванди ҷамъ кардани метаболитҳои махсус аз воҳидҳои сохторӣ, ки аз мубодилаи ибтидоӣ ба даст омадаанд, пайравӣ аз модели баланди тахассусии дар боло зикршуда иштирок мекунанд. Ҳамчун як таҳқиқоти ҳолатӣ, роҳи фенилаланин таҳлил карда шуд. Таҳлил тасдиқ кард, ки генҳои аслӣ дар мубодилаи феноламид дар растаниҳои алафхӯр дар муқоиса бо растаниҳои беҷалб ба таври баланд аз ҷониби OS ба вуҷуд меоянд ва дар намунаҳои ифодаи худ ба ҳам наздиканд. Омили транскрипсияи MYB8 ва генҳои сохтории PAL1, PAL2, C4H ва 4CL дар болооби ин роҳ оғози барвақти транскрипсияро нишон доданд. Ацилтрансферазаҳо, ки дар ҷамъшавии ниҳоии феноламид нақш мебозанд, ба монанди AT1, DH29 ва CV86, намунаи дарози болоравиро нишон медиҳанд (Расми S4). Мушоҳидаҳои дар боло овардашуда нишон медиҳанд, ки оғози барвақти тахассуси транскриптом ва афзоиши дертари тахассуси метаболомикӣ як ҳолати пайвастшуда мебошанд, ки метавонад аз сабаби системаи танзимкунандаи синхронӣ бошад, ки вокуниши пуриқтидори дифоъиро оғоз мекунад.
Аз нав танзимкунӣ дар сигнализатсияи гормонҳои растанӣ ҳамчун қабати танзимкунанда амал мекунад, ки маълумоти гиёҳхӯрро барои аз нав барномарезӣ кардани физиологияи растаниҳо муттаҳид мекунад. Пас аз симулятсияи гиёҳхӯр, мо динамикаи ҷамъшудаи категорияҳои калидии гормонҳои растаниро чен кардем ва ҳамифоягии муваққатиро байни онҳо тасаввур кардем [Коэффитсиенти коррелятсияи Пирсон (PCC)> 0.4] (Расми 3A). Тавре ки интизор мерафт, гормонҳои растанӣ, ки ба биосинтез алоқаманданд, дар дохили шабакаи ҳамифоягии гиёҳхӯрӣ пайвастанд. Илова бар ин, хосияти метаболикӣ (индекси Si) ба ин шабака харита карда мешавад, то гормонҳои растаниро, ки аз ҷониби табобатҳои гуногун ба вуҷуд омадаанд, нишон диҳад. Ду самти асосии вокуниши хоси гиёҳхӯрӣ кашида шудаанд: яке дар кластери JA ҷойгир аст, ки дар он JA (шакли фаъоли биологии он JA-Ile) ва дигар ҳосилаҳои JA баландтарин холҳои Si-ро нишон медиҳанд; дигаре этилен (ET) мебошад. Гиббереллин танҳо афзоиши мӯътадили хосияти гиёҳхӯриро нишон дод, дар ҳоле ки дигар гормонҳои растанӣ, ба монанди цитокинин, ауксин ва кислотаи абсцизӣ, хосияти пасти индуксияро барои гиёҳхӯрон доштанд. Дар муқоиса бо истифодаи танҳо W + W, тақвияти арзиши қуллаи ҳосилаҳои JA тавассути барномаи OS (W + OS) метавонад асосан ба нишондиҳандаи қавии мушаххаси JA табдил ёбад. Ғайричашмдошт, маълум аст, ки OSM ва OSS1 бо миқдори гуногуни эликаторҳо боиси ҷамъшавии шабеҳи JA ва JA-Ile мешаванд. Баръакси OSS1, OSM аз ҷониби OSM-ҳо махсусан ва қавӣ ба вуҷуд меояд, дар ҳоле ки OSS1 вокуниши захмҳои асосиро тақвият намедиҳад (Расми 3B).
(A) Таҳлили шабакаи муштараки ифода, ки ба ҳисобкунии PCC-и симулятсияи кинетикаи ҷамъшавии гормонҳои растанӣ, ки аз ҷониби ҳайвоноти алафхӯр ба вуҷуд оварда шудаанд, асос ёфтааст. Гиреҳ як гормони растании ягонаро ифода мекунад ва андозаи гиреҳ нишондиҳандаи Si-ро, ки ба гормони растанӣ хос аст, байни табобатҳо ифода мекунад. (B) Ҷамъшавии JA, JA-Ile ва ET дар баргҳо, ки дар натиҷаи табобатҳои гуногун, ки бо рангҳои гуногун нишон дода шудаанд, ба вуҷуд омадааст: зардолу, W + OSM; кабуд, W + OSSl; сиёҳ, W + W; хокистарӣ, C (назорат). Ситорачаҳо фарқиятҳои назаррасро байни табобат ва назорат нишон медиҳанд (ANOVA-и дуҷониба ва баъд аз муқоисаи сершумори Tukey HSD post hoc, *** P <0.001). Таҳлили назарияи иттилоотии (C)697 MS/MS (файли додаҳо S1) дар биосинтези JA ва спектри дарки вайроншуда (irAOC ва irCOI1) ва (D)585 MS/MS (файли додаҳо S1) дар ETR1 бо сигнали ET вайроншуда Ду табобати симулятсияшудаи ҳайвоноти алафхӯр хатҳои растанӣ ва растаниҳои назоратии холӣ аз воситаҳои нақлиёт (EV)-ро ба кор андохтанд. Ситорачаҳо фарқиятҳои назаррасро байни табобати W+OS ва назорати осебнадида нишон медиҳанд (ANOVA-и дуҷониба ва баъд аз муқоисаи сершумори Tukey HSD пас аз hoc, *P<0.05, **P<0.01 ва ***P<0.001). (E) Графикҳои парокандаи муқовимати пароканда ба ихтисос. Рангҳо штаммҳои гуногуни аз ҷиҳати генетикӣ тағйирёфтаро нишон медиҳанд; аломатҳо усулҳои гуногуни табобатро нишон медиҳанд: секунҷа, W + OSS1; росткунҷа, W + OSM; доира C
Сипас, мо аз штамми аз ҷиҳати генетикӣ тағйирёфтаи Непентесҳои сустшуда (irCOI1 ва sETR1) дар марҳилаҳои калидии биосинтези JA ва ET (irAOC ва irACO) ва дарк (irCOI1 ва sETR1) истифода мебарем, то мубодилаи моддаҳои ин ду гормони растанӣ дар ҳайвоноти алафхӯрро таҳлил кунем. Саҳми нисбии аз нав барномарезӣ. Мутобиқи таҷрибаҳои қаблӣ, мо индуксияи ҳайвоноти алафхӯр-OS-ро дар растаниҳои холӣ (EV) (Расми 3, C то D) ва коҳиши умумии индекси Hj, ки аз ҷониби OSM ба вуҷуд омадааст, тасдиқ кардем, дар ҳоле ки индекси δj афзоиш ёфт. Вокуниш нисбат ба вокунише, ки аз ҷониби OSS1 ба вуҷуд омадааст, возеҳтар аст. Графики духатта бо истифода аз Hj ва δj ҳамчун координатаҳо дерегуляцияи мушаххасро нишон медиҳад (Расми 3E). Тамоюли аз ҳама равшан ин аст, ки дар штаммҳое, ки сигнали JA надоранд, гуногунии метаболом ва тағйироти тахассусӣ, ки аз ҷониби ҳайвоноти алафхӯр ба вуҷуд омадаанд, қариб пурра аз байн мераванд (Расми 3C). Баръакс, дарки хомӯши ET дар растаниҳои sETR1, гарчанде ки таъсири умумӣ ба тағйирот дар мубодилаи моддаҳои гиёҳхор нисбат ба сигнализатсияи JA хеле пасттар аст, фарқияти нишондиҳандаҳои Hj ва δj-ро байни ангезишҳои OSM ва OSS1 коҳиш медиҳад (Расми 3D ва Расми S5). Ин нишон медиҳад, ки илова бар вазифаи асосии интиқоли сигнали JA, интиқоли сигнали ET инчунин ҳамчун танзими дақиқи вокуниши метаболитикии хоси намудҳои ҳайвоноти гиёҳхор хизмат мекунад. Мувофиқи ин вазифаи танзими дақиқ, дар индуксияи умумии метаболом дар растаниҳои sETR1 ягон тағйирот ба амал наомадааст. Аз тарафи дигар, дар муқоиса бо растаниҳои sETR1, растаниҳои irACO амплитудаҳои умумии монандро дар тағйироти мубодилаи моддаҳое, ки аз ҷониби ҳайвоноти гиёҳхор ба вуҷуд омадаанд, ба вуҷуд оварданд, аммо холҳои Hj ва δj-ро байни мушкилоти OSM ва OSS1 ба таври назаррас фарқ карданд (Расми S5).
Барои муайян кардани метаболитҳои махсусгардонидашуда, ки дар вокуниши хоси намудҳои ҳайвоноти алафхӯр саҳми муҳим доранд ва истеҳсоли онҳоро тавассути сигналҳои ET дақиқ танзим мекунем, мо усули сохтории қаблан таҳияшудаи MS/MS-ро истифода бурдем. Ин усул ба усули дугластравӣ такя мекунад, то оилаи метаболикӣ аз пораҳои MS/MS [маҳсулоти нуқтавии муқарраршуда (NDP)] ва холҳои монандӣ дар асоси талафоти бетараф (NL) аз нав муайян карда шавад. Маҷмӯи маълумоти MS/MS, ки тавассути таҳлили хатҳои трансгении ET сохта шудааст, 585 MS/MS (файли маълумоти S1)-ро ба вуҷуд овард, ки бо кластер кардани онҳо ба ҳафт модули асосии MS/MS (M) ҳал карда шуд (Расми 4A). Баъзе аз ин модулҳо бо метаболитҳои махсуси қаблан тавсифшуда зич ҷойгир шудаанд: масалан, M1, M2, M3, M4 ва M7 аз ҳосилаҳои гуногуни фенол (M1), гликозидҳои флавоноид (M2), қандҳои асил (M3 ва M4) ва 17-HGL-DTG (M7) бой мебошанд. Илова бар ин, маълумоти мушаххаси мубодилаи моддаҳо (индекси Si)-и як метаболит дар ҳар як модул ҳисоб карда мешавад ва тақсимоти Si-и онро ба таври интуитивӣ дидан мумкин аст. Хулоса, спектрҳои MS/MS, ки хосияти баланди гиёҳхӯрӣ ва генотипро нишон медиҳанд, бо арзишҳои баланди Si тавсиф мешаванд ва омори куртоз тақсимоти мӯйро дар кунҷи рости дум нишон медиҳад. Яке аз чунин тақсимоти коллоиди лоғар дар M1 ошкор карда шуд, ки дар он феноламид баландтарин фраксияи Si-ро нишон дод (Расми 4B). Индуксияи 17-HGL-DTG-и қаблан зикршуда, ки гиёҳхӯр аст, дар M7 холҳои Si-и мӯътадилро нишон дод, ки дараҷаи мӯътадили танзими тафовут байни ду намуди OS-ро нишон медиҳад. Баръакс, аксари метаболитҳои махсуси ба таври доимӣ истеҳсолшуда, ба монанди рутин, CGA ва шакарҳои асил, аз ҷумлаи пасттарин холҳои Si мебошанд. Барои омӯхтани беҳтари мураккабии сохторӣ ва тақсимоти Si байни метаболитҳои махсус, барои ҳар як модул шабакаи молекулавӣ сохта шудааст (Расми 4B). Пешгӯии муҳими назарияи OD (дар расми 1B ҷамъбаст шудааст) ин аст, ки аз нав ташкил кардани метаболитҳои махсус пас аз гиёҳхӯрӣ бояд ба тағйироти яктарафа дар метаболитҳо бо арзиши баланди дифоӣ оварда расонад, махсусан бо афзоиши хосияти онҳо (бар хилофи тақсимоти тасодуфӣ). Модели дифоӣ, ки аз ҷониби назарияи MT пешгӯӣ шудааст. Аксари ҳосилаҳои фенол, ки дар M1 ҷамъ шудаанд, аз ҷиҳати функсионалӣ бо паст шудани фаъолияти ҳашарот алоқаманданд (32). Ҳангоми муқоисаи арзишҳои Si дар метаболитҳои M1 байни баргҳои индуксияшуда ва баргҳои таркибии растаниҳои назорати EV дар 24 соат, мо мушоҳида кардем, ки хосияти метаболитии бисёр метаболитҳо пас аз ҳашароти гиёҳхӯр тамоюли назарраси афзоиш дорад (Расми 4C). Афзоиши хоси арзиши Si танҳо дар феноламидҳои дифоӣ муайян карда шуд, аммо дар дигар фенолҳо ва метаболитҳои номаълум, ки дар ин модул ҳамзистӣ доранд, афзоиши арзиши Si муайян карда нашуд. Ин як модели махсус аст, ки бо назарияи OD алоқаманд аст. Пешгӯиҳои асосии тағйироти метаболикӣ, ки аз ҷониби гиёҳхӯрон ба вуҷуд омадаанд, мувофиқанд. Барои санҷидани он, ки оё ин хусусияти спектри феноламид аз ҷониби ET-и хоси OS ба вуҷуд омадааст, мо индекси метаболити Si-ро кашф кардем ва арзиши ифодаи дифференсиалиро байни OSM ва OSS1 дар генотипҳои EV ва sETR1 ба вуҷуд овардем (Расми 4D). Дар sETR1, фарқияти байни OSM ва OSS1, ки аз ҷониби фенамид ба вуҷуд омадааст, ба таври назаррас коҳиш ёфт. Усули дугластравӣ инчунин ба маълумоти MS/MS, ки дар штаммҳои дорои JA-и нокифоя барои муайян кардани модулҳои асосии MS/MS марбут ба тахассуси мубодилаи моддаҳои танзимшавандаи JA ҷамъоварӣ шудаанд, татбиқ карда шуд (Расми S6).
(A) Натиҷаҳои кластеризатсияи 585 MS/MS, ки бар пораи муштарак (монандии NDP) ва талафоти бетарафи муштарак (монандии NL) асос ёфтаанд, боиси он мешаванд, ки модул (M) бо оилаи пайвастагии маълум ё аз рӯи таркиби номаълум ё суст метаболизатсияшудаи Метаболит мувофиқ бошад. Дар паҳлӯи ҳар як модул, тақсимоти хоси метаболит (MS/MS) (Si) нишон дода шудааст. (B) Шабакаи молекулавии модулӣ: Гиреҳҳо MS/MS ва канорҳоро нишон медиҳанд, холҳои NDP (сурх) ва NL (кабуд) MS/MS (буридан,> 0.6). Индекси хосияти метаболитҳои дараҷабандишуда (Si) дар асоси модул (чап) ранг карда шудааст ва ба шабакаи молекулавӣ (рост) харита карда шудааст. (C) Модули M1-и растании EV дар ҳолати конститутивӣ (назоратӣ) ва индуксияшуда (албатхӯри симулятсияшуда) дар 24 соат: диаграммаи шабакаи молекулавӣ (арзиши Si андозаи гиреҳ аст, феноламиди дифоӣ бо ранги кабуд нишон дода шудааст). (D) Диаграммаи шабакаи молекулавии M1-и хати спектри sETR1 бо дарки EV ва ET-и вайроншуда: пайвастагии фенолӣ, ки бо гиреҳи доираи сабз ифода ёфтааст ва фарқияти назаррас (арзиши P) байни табобатҳои W + OSM ва W + OSS1 ҳамчун андозаи гиреҳ. CP, N-кафеоил-тирозин; CS, N-кафеоил-спермидин; FP, N-кислотаи ферулӣ эфир-кислотаи урикӣ; FS, N-ферулил-спермидин; CoP, N', N “-Кумаролил-тирозин; DCS, N', N”-дикаффеоил-спермидин; CFS, N', N”-кафеоил, ферулоил-спермидин; Lycium barbarum дар wolfberry Son; Ник. O-AS, шакари O-acyl.
Мо таҳлилро аз як генотипи сустшудаи Непентес ба популятсияҳои табиӣ васеъ кардем, ки дар он тағйироти қавии дохилиспецификӣ дар сатҳи JA-и гиёҳхор ва сатҳи метаболитҳои мушаххас қаблан дар популятсияҳои табиӣ тавсиф шуда буданд (26). Ин маҷмӯи маълумотро барои фарогирии 43 гермеплазма истифода баред. Ин гермеплазмаҳо аз 123 намуди растаниҳо аз N. pallens иборатанд. Ин растаниҳо аз тухмиҳои ҷамъовардашуда дар маконҳои гуногуни зисти табиӣ дар Юта, Невада, Аризона ва Калифорния гирифта шудаанд (Расми S7), мо гуногунии метаболомро (дар ин ҷо сатҳи популятсия номида мешавад) β гуногунии) ва ихтисосеро, ки аз ҷониби OSM ба вуҷуд омадааст, ҳисоб кардем. Мувофиқи таҳқиқоти қаблӣ, мо доираи васеи тағйироти метаболиро дар меҳварҳои Hj ва δj мушоҳида кардем, ки нишон медиҳад, ки гермеплазмаҳо дар пластикии вокунишҳои метаболикии худ ба гиёҳхорҳо фарқиятҳои назаррас доранд (Расми S7). Ин созмон мушоҳидаҳои қаблиро дар бораи диапазони динамикии тағйироти JA-и аз ҷониби гиёҳхорҳо ба вуҷуд омада ба ёд меорад ва дар як популятсия арзиши хеле баландро нигоҳ доштааст (26, 36). Бо истифода аз JA ва JA-Ile барои санҷиши сатҳи умумии коррелятсия байни Hj ва δj, мо муайян кардем, ки байни JA ва индекси гуногунии метаболом β ва ихтисос коррелятсияи мусбати назаррас вуҷуд дорад (Расми S7). Ин нишон медиҳад, ки гетерогении аз ҷониби ҳайвоноти алафхӯр ба вуҷуд омада дар индуксияи JA, ки дар сатҳи популятсия муайян карда шудааст, метавонад аз полиморфизмҳои калидии метаболикӣ, ки дар натиҷаи интихоби ҳайвоноти алафхӯр ба вуҷуд омадаанд, вобаста бошад.
Таҳқиқоти қаблӣ нишон доданд, ки намудҳои тамоку аз ҷиҳати намуд ва вобастагии нисбӣ аз мудофиаҳои мубодилаи моддаҳои индуксионӣ ва конститутивӣ хеле фарқ мекунанд. Гумон меравад, ки ин тағйирот дар интиқоли сигналҳои зидди алафхӯрон ва қобилиятҳои мудофиавӣ аз ҷониби фишори популятсияи ҳашарот, давраи ҳаёти растанӣ ва хароҷоти истеҳсоли мудофиавӣ дар маконе, ки намуди муайян мерӯяд, танзим карда мешаванд. Мо мутобиқати таҷдиди метаболомии баргро, ки аз ҷониби алафхӯрони шаш намуди Nicotiana, ки дар Амрикои Шимолӣ ва Амрикои Ҷанубӣ зиндагӣ мекунанд, ба вуҷуд овардааст, омӯхтем. Ин намудҳо бо Непентесҳои Амрикои Шимолӣ, яъне Николас Бочифло, наздикии наздик доранд. Ла, Н. никотинис, Никотиана н. алафи сустшуда, Никотиана tabacum, тамокуи хаттӣ, тамоку (Nicotiana spegazzinii) ва тамокуи барги тамоку (Nicotiana obtusifolia) (Расми 5А) (37). Шаш намуди ин намудҳо, аз ҷумла намудҳои хуб тавсифшудаи N. please, растаниҳои яксолаи клади петуния мебошанд ва obtusifolia N. растаниҳои бисёрсолаи клади хоҳар Trigonophyllae мебошанд (38). Баъдан, барои омӯзиши аз нав ташкили мубодилаи моддаҳои ғизодиҳии ҳашарот дар сатҳи намудҳо, индуксияи W + W, W + OSM ва W + OSS1 дар ин ҳафт намуд анҷом дода шуд.
(A) Дарахти филогенетикии bootstrap, ки бар асоси эҳтимолияти максималӣ [барои синтези глутаминҳои ҳастаӣ (38)] ва тақсимоти ҷуғрофии ҳафт намуди Nicotiana-и наздик (рангҳои гуногун) (37) асос ёфтааст. (B) Графики парокандагии гуногунии махсус барои профилҳои метаболикии ҳафт намуди Nicotiana (939 MS/MS; файли додаҳо S1). Дар сатҳи намудҳо, гуногунии метаболом бо дараҷаи тахассусӣ ба таври манфӣ коррелятсия карда мешавад. Таҳлили коррелятсияи сатҳи намудҳо байни гуногунии метаболикӣ ва махсусгардонӣ ва ҷамъшавии JA дар расми 2 нишон дода шудааст. S9. Ранг, намудҳои гуногун; секунҷа, W + OSS1; росткунҷа, W + OSM; (C) Динамикаи Nicotiana JA ва JA-Ile мувофиқи амплитудаи ангезиши OS (муқоисаи дуҷонибаи ANOVA ва Tukey HSD пас аз чандкарата, * P <0.05, ** P <0.01 ва * ** Барои муқоисаи W + OS ва W + W, P <0.001) ҷойгир карда шудаанд. Диаграммаи қуттии гуногунрангӣ (D) ва тахассуси (E) ҳар як намуд пас аз симулятсияи гиёҳхӯр ва метил JA (MeJA). Ситорача фарқияти назарраси байни W + OS ва W + W ё ланолин плюс W (Lan + W) ё Lan плюс MeJA (Lan + MeJa) ва назорати Lan (таҳлили дуҷонибаи дисперсия, ки пас аз он муқоисаи сершумори HSD post hoc-и Туки, *P<0.05, **P<0.01 ва ***P<0.001)-ро нишон медиҳад.
Бо истифода аз усули дугонаи кластерӣ, мо 9 модули 939 MS/MS-ро муайян кардем (файли додаҳо S1). Таркиби MS/MS, ки бо истифода аз табобатҳои гуногун аз нав танзим карда шудааст, дар байни модулҳои гуногун байни намудҳо хеле фарқ мекунад (Расми S8). Тасаввур кардани Hj (дар ин ҷо ҳамчун гуногунии γ-сатҳи намудҳо номида мешавад) ва δj нишон медиҳад, ки намудҳои гуногун дар фазои мубодилаи моддаҳо ба гурӯҳҳои хеле гуногун муттаҳид мешаванд, ки дар он тақсимоти сатҳи намудҳо одатан нисбат ба ангезиш намоёнтар аст. Ба истиснои N. linear ва N. obliquus, онҳо доираи васеи динамикии таъсири индуксиониро нишон медиҳанд (Расми 5B). Баръакс, намудҳо ба монанди N. purpurea ва N. obtusifolia вокуниши камтар возеҳи метаболикӣ ба табобат доранд, аммо метаболом гуногунтар аст. Тақсимоти мушаххаси намудҳо аз вокуниши метаболикӣ боиси ҳамбастагии манфии назаррас байни тахассус ва гуногунии гамма гардид (PCC = -0.46, P = 4.9×10-8). Тағйироти аз ҷониби OS ба вуҷуд омада дар сатҳи JAs бо тахассуси метаболомӣ ва бо гуногунии гаммаи метаболикӣ, ки аз ҷониби ҳар як намуд нишон дода шудааст, бо таъсири манфӣ алоқаманданд (Расми 5B ва Расми S9). Қобили зикр аст, ки намудҳое, ки дар расми 5C ҳамчун намудҳои "вокуниши сигнал" номида мешаванд, ба монанди nematodes Nepenthes, Nepenthes nepenthes, Nepenthes acute ва Nepenthes attenuated, дар 30 дақиқа аломатҳои назаррасро ба вуҷуд оварданд. Авҷгирии ахири JA ва JA-Ile хоси OS, дар ҳоле ки дигар бактерияҳо, ки "вокуниши сигналро ноҷо" меноманд, ба монанди Nepenthes mills, Nepenthes powdery ва N. obtusifolia, танҳо индуксияи JA-Ile Edge-ро бидуни ягон хосияти OS нишон медиҳанд (Расми 5C). Дар сатҳи мубодилаи моддаҳо, тавре ки дар боло зикр гардид, барои Nepenthes-и заифшуда, моддаҳои вокуниш ба сигнал хосияти OS-ро нишон доданд ва δj-ро ба таври назаррас афзоиш доданд, дар ҳоле ки Hj-ро коҳиш доданд. Ин таъсири ибтидоии хоси OS дар намудҳое, ки ҳамчун намудҳои ғайриреактивии сигнал тасниф шудаанд, ошкор карда нашуд (Расми 5, D ва E). Метаболитҳои хоси OS байни намудҳои вокуниш ба сигнал бештар мубодила мешаванд ва ин сигналҳо бо намудҳое, ки вокунишҳои сусттари сигнал доранд, кластер мешаванд, дар ҳоле ки намудҳое, ки вокунишҳои сусттари сигнал доранд, вобастагии камтарро нишон медиҳанд (Расми S8). Ин натиҷа нишон медиҳад, ки индуксияи хоси OS-и JA ва аз нав танзимкунии хоси OS-и метаболоми поёноб дар сатҳи намудҳо бо ҳам пайваст карда шудаанд.
Сипас, мо хамираи ланолини дорои метил JA (MeJA)-ро барои табобати растаниҳо истифода бурдем, то таҳқиқ кунем, ки оё ин режимҳои пайвастшавӣ бо мавҷудияти JA, ки аз ҷониби JA-и экзогенӣ истифода мешавад, маҳдуданд, ки дар ситоплазмаи растаниҳо хоҳад буд. Деэстерификатсияи босуръат JA аст. Мо ҳамон тамоюли тағирёбии тадриҷиро аз намудҳои ба сигнал ҷавобгӯ ба намудҳои ғайриҷавоб, ки аз сабаби таъминоти доимии JA ба вуҷуд омадаанд, мушоҳида кардем (Расми 5, D ва E). Хулоса, табобати MeJA метаболомҳои нематодҳои хаттӣ, N. obliquus, N. aquaticus, N. pallens ва N. mikimotoi-ро сахт аз нав барномарезӣ кард, ки боиси афзоиши назарраси δj ва коҳиши Hj гардид. N. purpurea танҳо афзоиши δj-ро нишон дод, аммо Hj не. N. obtusifolia, ки қаблан нишон дода шуда буд, ки сатҳи хеле пасти JA-ро ҷамъ мекунад, инчунин аз ҷиҳати аз нав танзимкунии метаболом ба табобати MeJA суст посух медиҳад. Ин натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки истеҳсоли JA ё интиқоли сигнал дар намудҳои беҷавоб ба сигнал аз ҷиҳати физиологӣ маҳдуд аст. Барои санҷидани ин фарзия, мо чор намуд (N. pallens, N. mills, N. pink ва N. microphylla)-ро, ки аз ҷониби W + W, W + OSM ва W + OSS1 Транскриптом (39) ба вуҷуд омадаанд, омӯхтем. Мувофиқи намунаи таҷдиди метаболом, намудҳо дар фазои транскриптом хуб ҷудо шудаанд, ки дар байни онҳо N. attenuated баландтарин RDPI-и аз ҷониби OS ба вуҷуд омадаро нишон дод, дар ҳоле ки N. gracilis пасттаринро дошт (Расми 6A). Аммо, маълум шуд, ки гуногунии транскриптом, ки аз ҷониби N. oblonga ба вуҷуд омадааст, дар байни чор намуд пасттарин буд, бар хилофи гуногунии баландтарини метабономикии N. oblonga, ки қаблан дар ҳафт намуд нишон дода шуда буд. Тадқиқотҳои қаблӣ нишон доданд, ки маҷмӯи генҳои марбут ба сигналҳои дифоъи барвақт, аз ҷумла сигналҳои JA, хусусияти вокунишҳои дифоъи барвақтро, ки аз ҷониби эҷиторҳои марбут ба алафхӯр дар намудҳои Nicotiana ба вуҷуд омадаанд, шарҳ медиҳад (39). Муқоисаи роҳҳои сигнализатсияи JA байни ин чор намуд як намунаи ҷолибро ошкор кард (Расми 6B). Аксари генҳо дар ин роҳ, ба монанди AOC, OPR3, ACX ва COI1, дар ин чор намуд сатҳи нисбатан баланди индуксияро нишон доданд. Аммо, як гени калидӣ, JAR4, JA-ро ба шакли фаъоли биологии худ аз транскриптҳои ҷамъшудаи JA-Ile табдил медиҳад ва сатҳи транскрипсияи он хеле паст аст, махсусан дар N. mills, Nepenthes pieris ва N. microphylla. Илова бар ин, танҳо транскрипти гени дигари AOS дар N. bifidum ошкор карда нашуд. Ин тағйирот дар ифодаи ген метавонанд барои фенотипҳои шадид, ки аз ҷониби истеҳсоли пасти JA дар намудҳои анергикии сигнал ва индуксияи N. gracilis ба вуҷуд омадаанд, масъул бошанд.
(A) Таҳлили назарияи иттилоот дар бораи аз нав барномарезӣ кардани вокунишҳои аввали транскрипсияи чор намуди тамокуи ба ҳам наздик, ки 30 дақиқа пас аз воридшавии гиёҳхӯрӣ намуна гирифта шудаанд. RDPI бо муқоисаи баргҳои аз ҷониби OS гиёҳхӯрӣ ба вуҷуд омада бо назорати захм ҳисоб карда мешавад. Рангҳо намудҳои гуногунро нишон медиҳанд ва рамзҳо усулҳои гуногуни табобатро нишон медиҳанд. (B) Таҳлили ифодаи ген дар роҳҳои сигнализатсияи JA дар байни чор намуд. Роҳи соддакардашудаи JA дар паҳлӯи диаграммаи қуттӣ нишон дода шудааст. Рангҳои гуногун усулҳои гуногуни коркардро нишон медиҳанд. Ситорача нишон медиҳад, ки байни табобати W + OS ва назорати W + W фарқияти назаррас вуҷуд дорад (барои санҷиши t-и Студент барои фарқиятҳои ҷуфтӣ, *P<0.05, **P<0.01 ва ***P<0.001). OPDA, кислотаи 12-оксофитодиенӣ; OPC-8: кислотаи 0,3-оксо-2(2′(Z)-пентенил)-циклопентан-1-октанойӣ.
Дар қисми охир, мо омӯхта будем, ки чӣ гуна таҷдиди хоси намудҳои ҳашарот дар метаболоми намудҳои гуногуни растанӣ метавонад ба алафхӯрон тобовар бошад. Тадқиқоти қаблӣ ба ҷинси Nicotiana таъкид карда буд. Муқовимати онҳо ба Ms ва кирминаҳо хеле фарқ мекунад (40). Дар ин ҷо, мо робитаи байни ин модел ва пластикии метаболизмии онҳоро омӯхтем. Бо истифода аз чор намуди тамокуи дар боло зикршуда ва санҷиши коррелятсияи байни гуногунрангӣ ва махсусгардонии метаболоме, ки аз ҷониби алафхӯрон ба вуҷуд омадааст ва муқовимати растаниҳо ба Ms ва Sl, мо муайян кардем, ки муқовимат, гуногунрангӣ ва махсусгардонӣ ба Sl All-и умумӣ мусбат коррелятсия шудаанд, дар ҳоле ки коррелятсияи байни муқовимат ба хонумҳои коршинос ва махсусгардонӣ заиф аст ва коррелятсия бо гуногунрангӣ назаррас нест (Расми S10). Дар мавриди муқовимати S1, ҳам N. chinensis ва ҳам N. gracilis-и сустшуда, ки қаблан нишон дода шуда буданд, ки ҳам сатҳи интиқоли сигнали JA ва ҳам пластикии метаболомро нишон медиҳанд, ба индуксияи алафхӯрон вокунишҳои хеле гуногун доштанд ва онҳо инчунин муқовимати баланди монанд нишон доданд. Ҷинс.
Дар шаст соли охир, назарияи дифоъи растанӣ як чаҳорчӯбаи назариявиро фароҳам овардааст, ки бар асоси он муҳаққиқон шумораи зиёди эволютсия ва вазифаҳои метаболитҳои махсуси растаниро пешгӯӣ кардаанд. Аксари ин назарияҳо тартиби муқаррарии хулосаҳои қавӣ (41)-ро риоя намекунанд. Онҳо пешгӯиҳои калидиро (3) дар ҳамон сатҳи таҳлил пешниҳод мекунанд. Вақте ки санҷиши пешгӯиҳои калидӣ имкон медиҳад, ки назарияҳои мушаххас таҳлил карда шаванд, ин боиси пешрафт мегардад. Дастгирӣ карда шавад, аммо дигаронро рад кунед (42). Ба ҷои ин, назарияи нав дар сатҳҳои гуногуни таҳлил пешгӯиҳо мекунад ва қабати нави мулоҳизаҳои тавсифиро илова мекунад (42). Аммо, ду назарияи пешниҳодшуда дар сатҳи функсионалӣ, MT ва OD, метавонанд ба осонӣ ҳамчун пешгӯиҳои муҳими тағйироти махсуси мубодилаи моддаҳо, ки аз ҷониби ҳайвоноти алафхӯр ба вуҷуд меоянд, шарҳ дода шаванд: Назарияи OD бовар дорад, ки тағйирот дар "фазои" махсуси мубодилаи моддаҳо хеле самтӣ мебошанд. Назарияи MT бовар дорад, ки ин тағйирот ғайрисамтӣ ва тасодуфӣ дар фазои мубодилаи моддаҳо ҷойгир хоҳанд буд ва майл доранд, ки метаболитҳои арзиши баланди дифоъӣ дошта бошанд. Таҳқиқоти қаблии пешгӯиҳои OD ва MT бо истифода аз маҷмӯи танг аз пайвастагиҳои "дифоъӣ"-и априорӣ санҷида шудаанд. Ин озмоишҳои метаболит-марказӣ имконияти таҳлили дараҷа ва масири аз нав танзимкунии метаболомро ҳангоми гиёҳхӯрӣ истисно мекунанд ва имкон намедиҳанд, ки санҷиш дар доираи чаҳорчӯбаи омории мувофиқ пешгӯӣҳои калидиро талаб кунад, ки метавонанд ҳамчун як қисми умумӣ баррасӣ шаванд. Тағйиротҳоро дар метаболомии растанӣ миқдоран муайян кунед. Дар ин ҷо, мо технологияи инноватсиониро дар метаболомика дар асоси MS ҳисоббарорӣ истифода бурдем ва таҳлили MS-и деконволютсионӣ дар асъори умумии тавсифкунандагони назарияи иттилоотро барои санҷидани фарқияти байни ин ду пешниҳодшуда дар сатҳи метаболомикаи ҷаҳонӣ анҷом додем. Пешгӯии калидии ин назария. Назарияи иттилоот дар бисёр соҳаҳо, махсусан дар заминаи таҳқиқоти гуногунии биологӣ ва ҷараёни маводи ғизоӣ татбиқ шудааст (43). Аммо, то он ҷое ки мо медонем, ин аввалин барномаест, ки барои тавсифи фазои иттилоотии метаболитикии растаниҳо ва ҳалли мушкилоти экологӣ вобаста ба тағироти муваққатии метаболикӣ дар посух ба нишонаҳои экологӣ истифода мешавад. Аз ҷумла, қобилияти ин усул дар қобилияти он барои муқоисаи нақшҳо дар дохил ва байни намудҳои растанӣ барои таҳқиқи он аст, ки чӣ гуна гиёҳхӯрон аз намудҳои гуногун ба нақшҳои макроэволютсионии байнинавъӣ дар сатҳҳои гуногуни эволютсия таҳаввул ёфтаанд. Метаболизм.
Таҳлили ҷузъҳои асосӣ (PCA) маҷмӯи додаҳои бисёрченакаро ба фазои кам кардани андоза табдил медиҳад, то тамоюли асосии додаҳо шарҳ дода шавад, аз ин рӯ, он одатан ҳамчун усули таҳқиқотӣ барои таҷзияи маҷмӯи додаҳо, ба монанди метаболоми деконволютсионӣ, истифода мешавад. Аммо, кам кардани андоза қисми мундариҷаи иттилоотро дар маҷмӯи додаҳо аз даст медиҳад ва PCA наметавонад маълумоти миқдорӣ дар бораи хусусиятҳое, ки махсусан барои назарияи экологӣ муҳиманд, пешниҳод кунад, ба монанди: чӣ гуна ҳайвоноти алафхӯр гуногунрангиро дар соҳаҳои махсус (масалан, сарват, тақсимот) ва фаровонӣ) метаболитҳо аз нав танзим мекунанд? Кадом метаболитҳо пешгӯикунандаи ҳолати индуксионии ҳайвоноти алафхӯри додашуда мебошанд? Аз нуқтаи назари мушаххасӣ, гуногунрангӣ ва индуксионӣ, мундариҷаи иттилоотии профили метаболити хоси барг таҷзия мешавад ва муайян карда мешавад, ки хӯрдани ҳайвоноти алафхӯр метавонад мубодилаи моддаҳои мушаххасро фаъол созад. Ғайричашмдошт, мо мушоҳида кардем, ки тавре ки дар нишондиҳандаҳои назарияи иттилоотӣ тавсиф шудааст, вазъияти мубодилаи моддаҳо пас аз ҳамлаҳои ду гиёҳхор (Sl-и умумӣ, ки шабона ғизо мегирад) ва коршиноси Solanaceae Ms. ҳампӯшии калон дорад. Гарчанде ки рафтори ғизодиҳӣ ва консентратсияи онҳо ба таври назаррас фарқ мекунад. Конъюгати кислотаи равғанӣ-аминокислотаи (FAC) инициатор дар OS (31). Бо истифода аз OS гиёҳхор барои табобати захмҳои сӯрохшудаи стандартӣ, табобати симулятсияшудаи гиёҳхор низ тамоюли монандро нишон дод. Ин тартиби стандартикунонидашудаи симулятсияи вокуниши растаниҳо ба ҳамлаҳои гиёҳхор омилҳои печидаро, ки аз тағйирот дар рафтори хӯрокхӯрии гиёҳхорҳо ба вуҷуд меоянд, ки дар вақтҳои гуногун ба дараҷаҳои гуногуни зарар оварда мерасонанд, бартараф мекунад (34). FAC, ки сабаби асосии OSM дониста мешавад, вокунишҳои JAS ва дигар вокунишҳои гормонҳои растаниро дар OSS1 коҳиш медиҳад, дар ҳоле ки OSS1 садҳо маротиба коҳиш медиҳад (31). Аммо, OSS1 нисбат ба OSM сатҳи шабеҳи ҷамъшавии JA-ро ба вуҷуд овард. Қаблан нишон дода шуда буд, ки вокуниши JA дар Непентесҳои сустшуда ба OSM хеле ҳассос аст, ки дар он FAC метавонад фаъолияти худро ҳатто агар бо об дар таносуби 1:1000 об карда шавад (44), нигоҳ дорад. Аз ин рӯ, дар муқоиса бо OSM, гарчанде ки FAC дар OSS1 хеле паст аст, он барои ба вуҷуд овардани паҳншавии кофии JA кофӣ аст. Тадқиқотҳои қаблӣ нишон доданд, ки сафедаҳои монанд ба порин (45) ва олигосахаридҳо (46) метавонанд ҳамчун нишонаҳои молекулавӣ барои ба вуҷуд овардани вокунишҳои дифоъии растанӣ дар OSS1 истифода шаванд. Аммо, то ҳол маълум нест, ки оё ин эликториҳо дар OSS1 барои ҷамъшавии JA, ки дар таҳқиқоти ҷорӣ мушоҳида шудааст, масъуланд ё не.
Гарчанде ки таҳқиқоти кам мавҷуданд, ки изҳои гуногуни метаболитикиро, ки аз истифодаи алафхӯрҳои гуногун ё JA ё SA (кислотаи салисилӣ) ба вуҷуд омадаанд, тавсиф мекунанд (47), ҳеҷ кас халалдоршавии хоси намудҳои алафхӯрро дар шабакаи алафи растанӣ ва таъсири онро ба маълумоти шахсӣ муайян накардааст. Таъсири умумии мубодилаи моддаҳо ба таври систематикӣ омӯхта мешавад. Ин таҳлил минбаъд тасдиқ кард, ки пайвастагии дохилии шабакаи гормонҳо бо дигар гормонҳои растанӣ ғайр аз JA хусусияти аз нав ташкили метаболизмро, ки аз ҷониби алафхӯрон ба вуҷуд омадааст, ташаккул медиҳад. Аз ҷумла, мо муайян кардем, ки ET, ки аз ҷониби OSM ба вуҷуд омадааст, нисбат ба OSS1 ба таври назаррас зиёдтар аст. Ин режим бо миқдори бештари FAC дар OSM мувофиқ аст, ки шарти зарурӣ ва кофӣ барои ба вуҷуд овардани таркиши ET мебошад (48). Дар заминаи таъсири мутақобилаи байни растаниҳо ва алафхӯрон, функсияи сигнализатсияи ET дар динамикаи метаболитҳои хоси растанӣ то ҳол пароканда аст ва танҳо ба як гурӯҳи ягонаи пайвастагӣ нигаронида шудааст. Илова бар ин, аксари таҳқиқот барои омӯзиши танзими ET аз истифодаи экзогении ET ё пешгузаштагони он ё ингибиторҳои гуногун истифода кардаанд, ки дар байни онҳо ин истифодаи экзогении кимиёвӣ бисёр таъсири манфии ғайримушаххасро ба вуҷуд меорад. То ҷое ки мо медонем, ин таҳқиқот аввалин таҳқиқоти систематикии миқёси калон дар бораи нақши ET дар истифодаи ET барои истеҳсол ва дарк кардани растаниҳои трансгении вайроншуда барои ҳамоҳангсозии динамикаи метаболомии растанӣ мебошад. Индуксияи ET-и хоси алафхӯр метавонад дар ниҳоят вокуниши метаболомро танзим кунад. Муҳимтаринаш манипуляцияи трансгении генҳои биосинтези ET (ACO) ва дарк (ETR1) мебошад, ки ҷамъшавии феноламидҳои хоси алафхӯрро дар шакли нав ошкор карданд. Қаблан нишон дода шуда буд, ки ET метавонад ҷамъшавии никотинро, ки аз ҷониби JA ба вуҷуд омадааст, тавассути танзими путресцин N-метилтрансфераза танзим кунад (49). Аммо, аз нуқтаи назари механикӣ, маълум нест, ки чӣ гуна ET индуксияи фенамидро танзим мекунад. Илова бар вазифаи интиқоли сигнали ET, ҷараёни мубодилаи моддаҳоро инчунин метавон ба S-аденозил-1-метионин барои танзими сармоягузорӣ дар полиаминофенол амидҳо равона кард. S-аденозил-1-метионин ET ва мобайнии умумии роҳи биосинтези полиамин мебошад. Механизме, ки тавассути он сигнали ET сатҳи феноламидро танзим мекунад, ба омӯзиши минбаъда ниёз дорад.
Муддати тӯлонӣ, аз сабаби шумораи зиёди метаболитҳои махсуси сохтори номаълум, таваҷҷӯҳи зиёд ба категорияҳои мушаххаси мубодилаи моддаҳо имкон надошт, ки тағйироти муваққатии гуногунии мубодилаи моддаҳоро пас аз таъсири мутақобилаи биологӣ ба таври қатъӣ арзёбӣ кунад. Дар айни замон, бар асоси таҳлили назарияи иттилоот, натиҷаи асосии ба даст овардани спектри MS/MS дар асоси метаболитҳои беғаразона ин аст, ки ҳайвоноти алафхӯр, ки ҳайвоноти алафхӯрро мехӯранд ё тақлид мекунанд, гуногунии умумии мубодилаи моддаҳои метаболомии баргро коҳиш медиҳанд ва дар айни замон дараҷаи тахассуси онро афзоиш медиҳанд. Ин афзоиши муваққатии хосияти метаболом, ки аз ҷониби ҳайвоноти алафхӯр ба вуҷуд омадааст, бо афзоиши синергетикии хосияти транскриптом алоқаманд аст. Хусусияте, ки ба ин махсусияти калонтари метаболом (дорои арзиши Si баландтар) бештар саҳм мегузорад, метаболити махсус бо функсияи алафхӯри қаблан тавсифшуда мебошад. Ин модел бо пешгӯии назарияи OD мувофиқ аст, аммо пешгӯии MT марбут ба тасодуфии аз нав барномарезии метаболом мувофиқ нест. Аммо, ин маълумот инчунин бо пешгӯии модели омехта мувофиқ аст (беҳтарин MT; Расми 1B), зеро дигар метаболитҳои хоснашуда бо функсияҳои мудофиавии номаълум метавонанд тақсимоти тасодуфии Si-ро пайгирӣ кунанд.
Як намунаи қобили таваҷҷӯҳе, ки ин таҳқиқот минбаъд низ ба даст овардааст, ин аст, ки аз сатҳи микроэволютсия (популятсияи як растанӣ ва тамоку) то миқёси васеътари эволютсия (намудҳои наздики тамоку), сатҳҳои гуногуни ташкили эволютсия дар "беҳтарин мудофиа" қарор доранд. Дар қобилиятҳои гиёҳхӯрон фарқиятҳои назаррас мавҷуданд. Мур ва дигарон (20) ва Кесслер ва Калске (1) мустақилона пешниҳод карданд, ки се сатҳи функсионалии гуногунии биологиро, ки дар аввал аз ҷониби Виттакер (50) фарқ карда шуда буданд, ба тағйироти конститутивӣ ва индуксионии вақтии гуногунии кимиёвӣ табдил диҳанд; ин муаллифон на хулоса кардаанд. Тартиби ҷамъоварии маълумоти метаболомии миқёси калон инчунин тарзи ҳисоб кардани гуногунии метаболикӣ аз ин маълумотро муайян намекунанд. Дар ин таҳқиқот, тасҳеҳоти ночиз ба таснифоти функсионалии Виттакер гуногунии α-метаболикиро ҳамчун гуногунии спектрҳои MS/MS дар растании додашуда ва гуногунии β-метаболикиро ҳамчун метаболизми асосии дохилинамудии гурӯҳи популятсияҳо Фазо ва гуногунии γ-метаболикӣ васеъкунии таҳлили намудҳои монанд хоҳад буд.
Сигнали JA барои доираи васеи вокунишҳои метаболикӣ дар ҳайвоноти алафхӯр муҳим аст. Бо вуҷуди ин, санҷиши миқдории қатъии саҳми танзими дохилиспецификии биосинтези JA ба гуногунии метаболом вуҷуд надорад ва оё сигнали JA макони умумии гуногунрангии метаболикӣ, ки аз стресс ба вуҷуд омадааст, дар миқёси баландтари макроэволютсия аст ё не, ҳанӯз маълум нест. Мо мушоҳида кардем, ки табиати алафхӯри Nepenthes махсусгардонии метаболомро ба вуҷуд меорад ва тағирёбии махсусгардонии метаболом дар дохили популятсияи намудҳои Nicotiana ва дар байни намудҳои наздики Nicotiana бо сигнализатсияи JA ба таври систематикӣ мусбат алоқаманд аст. Илова бар ин, вақте ки сигнали JA вайрон мешавад, хосияти метаболикӣ, ки аз ҷониби як генотипи алафхӯр ба вуҷуд омадааст, бекор карда мешавад (Расми 3, C ва E). Азбаски тағйироти спектри метаболикӣ дар популятсияҳои Nepenthes, ки табиатан суст шудаанд, асосан миқдорӣ мебошанд, тағйирот дар гуногунии β метаболикӣ ва хосият дар ин таҳлил метавонанд асосан аз ангезиши қавии категорияҳои пайвастагиҳои бой аз метаболит ба вуҷуд оянд. Ин синфҳои пайвастагӣ қисми профили метаболомро бартарӣ медиҳанд ва ба коррелятсияи мусбат бо сигналҳои JA оварда мерасонанд.
Азбаски механизмҳои биохимиявии намудҳои тамоку, ки бо он наздиканд, хеле фарқ мекунанд, метаболитҳо махсусан аз ҷиҳати сифатӣ муайян карда мешаванд, аз ин рӯ он бештар таҳлилӣ аст. Коркарди профили мубодилаи моддаҳои забтшуда аз ҷониби назарияи иттилоот нишон медиҳад, ки индуксияи гиёҳхӯрон муомиларо байни гуногунии гаммаи метаболикӣ ва махсусгардонӣ шадидтар мекунад. Сигнали JA дар ин муомила нақши марказӣ мебозад. Афзоиши ихтисоси метаболом бо пешгӯии асосии OD мувофиқ аст ва бо сигнали JA мусбат алоқаманд аст, дар ҳоле ки сигнали JA бо гуногунии гаммаи метаболикӣ манфӣ алоқаманд аст. Ин моделҳо нишон медиҳанд, ки қобилияти OD-и растаниҳо асосан аз рӯи пластикии JA муайян карда мешавад, хоҳ дар миқёси микроэволютсионӣ ва хоҳ дар миқёси калонтари эволютсионӣ. Таҷрибаҳои татбиқи JA-и экзогенӣ, ки камбудиҳои биосинтези JA-ро аз байн мебаранд, минбаъд нишон медиҳанд, ки намудҳои тамокуи наздикро метавон ба намудҳои ба сигнал ҷавобгӯ ва ба сигнал ҷавобгӯ ҷудо кард, мисли тарзи JA ва пластикии метаболомӣ, ки аз ҷониби ҳайвоноти гиёҳхӯр ба вуҷуд оварда шудааст. Намудҳои ғайриҷавоби сигнал аз сабаби нотавонии онҳо барои тавлиди JA-и эндогенӣ ҷавоб дода наметавонанд ва аз ин рӯ, ба маҳдудиятҳои физиологӣ дучор мешаванд. Ин метавонад аз мутатсияҳо дар баъзе генҳои калидӣ дар роҳи сигнализатсияи JA (AOS ва JAR4 дар N. crescens) ба вуҷуд ояд. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки ин намунаҳои макроэволютсионии байнинавъҳо метавонанд асосан аз тағйирот дар дарк ва вокуниши гормонҳои дохилӣ ба вуҷуд оянд.
Илова бар таъсири мутақобилаи байни растаниҳо ва гиёҳхорҳо, омӯзиши гуногунии метаболикӣ бо ҳама пешрафтҳои муҳими назариявӣ дар таҳқиқоти мутобиқшавии биологӣ ба муҳити зист ва эволютсияи хусусиятҳои мураккаби фенотипӣ алоқаманд аст. Бо афзоиши миқдори маълумоте, ки аз ҷониби асбобҳои муосири MS ба даст оварда мешавад, санҷиши фарзияҳо дар бораи гуногунии метаболикӣ ҳоло метавонад аз фарқиятҳои метаболитҳои инфиродӣ/категорияҳо болотар равад ва таҳлили глобалиро барои ошкор кардани нақшҳои ғайричашмдошт анҷом диҳад. Дар раванди таҳлили миқёси калон, як истиораи муҳим идеяи тасаввур кардани харитаҳои пурмазмун аст, ки метавонанд барои омӯзиши маълумот истифода шаванд. Аз ин рӯ, натиҷаи муҳими омезиши кунунии метаболомикаи беғаразонаи MS/MS ва назарияи иттилоот дар он аст, ки он як метрикаи оддиро пешниҳод мекунад, ки метавонад барои сохтани харитаҳо барои дидани гуногунии метаболикӣ дар миқёсҳои гуногуни таксономӣ истифода шавад. Ин талаботи асосии ин усул аст. Омӯзиши эволютсияи микро/макро ва экологияи ҷомеа.
Дар сатҳи макроэволютсия, асоси назарияи эволютсияи муштараки растанӣ ва ҳашароти Эрлих ва Рейвен (51) пешгӯӣ кардани он аст, ки тағирёбии гуногунии метаболикӣ байни намудҳо сабаби гуногунрангии наслҳои растанӣ мебошад. Аммо, дар панҷоҳ соли нашри ин кори муҳим, ин фарзия хеле кам санҷида шудааст (52). Ин асосан аз хусусиятҳои филогенетикии хусусиятҳои метаболикӣ дар наслҳои растаниҳои масофаи дур вобаста аст. Ин нодирӣ метавонад барои мустаҳкам кардани усулҳои таҳлили ҳадаф истифода шавад. Ҷараёни кории кунунии MS/MS, ки аз ҷониби назарияи иттилоот коркард мешавад, монандӣ сохтории MS/MS-и метаболитҳои номаълумро (бе интихоби пешакии метаболит) муайян мекунад ва ин MS/MS-ро ба маҷмӯи MS/MS табдил медиҳад, аз ин рӯ дар мубодилаи касбӣ Ин моделҳои макроэволютсия дар миқёси таснифот муқоиса карда мешаванд. Нишондиҳандаҳои оддии оморӣ. Раванд ба таҳлили филогенетикӣ монанд аст, ки метавонад аз ҳамоҳангсозии пайдарпайӣ барои муайян кардани суръати гуногунрангӣ ё эволютсияи хусусият бидуни пешгӯии пешакӣ истифода барад.
Дар сатҳи биохимиявӣ, фарзияи скрининги Фирн ва Ҷонс (53) нишон медиҳад, ки гуногунии метаболикӣ дар сатҳҳои гуногун нигоҳ дошта мешавад, то маводи хом барои амалӣ кардани фаъолиятҳои биологии метаболитҳои қаблан алоқаманд ё ивазнашуда таъмин карда шавад. Усулҳои назарияи иттилоот чаҳорчӯбаеро фароҳам меоранд, ки дар он ин гузаришҳои эволютсионии хоси метаболит, ки ҳангоми ихтисоси метаболит ба амал меоянд, метавонанд ҳамчун як қисми раванди пешниҳодшудаи скрининги эволютсионӣ миқдорӣ карда шаванд: мутобиқшавии фаъоли биологӣ аз хосияти паст ба хосияти баланд Метаболитҳои боздорандаи муҳити муайян.
Умуман, дар рӯзҳои аввали биологияи молекулавӣ, назарияҳои муҳими дифоъи растаниҳо таҳия шуда буданд ва усулҳои дедуктивӣ, ки ба гипотеза асос ёфтаанд, ягона воситаи пешрафти илмӣ ҳисобида мешаванд. Ин асосан аз маҳдудиятҳои техникии чен кардани тамоми метаболом вобаста аст. Гарчанде ки усулҳои гипотеза дар интихоби дигар механизмҳои сабабӣ махсусан муфиданд, қобилияти онҳо барои пешрафти фаҳмиши мо дар бораи шабакаҳои биохимиявӣ нисбат ба усулҳои ҳисоббарорие, ки айни замон дар илми муосири дорои маълумоти зиёд мавҷуданд, маҳдудтар аст. Аз ин рӯ, назарияҳое, ки пешгӯи кардан мумкин нест, аз доираи маълумоти мавҷуда хеле берунанд, аз ин рӯ, давраи формула/санҷиши гипотетикии пешрафт дар соҳаи тадқиқотро бекор кардан мумкин нест (4). Мо пешбинӣ мекунем, ки ҷараёни кори ҳисоббарории метаболомика, ки дар ин ҷо муаррифӣ шудааст, метавонад таваҷҷӯҳро ба масъалаҳои ахири (чӣ гуна) ва ниҳоӣ (чаро)-и гуногунии мубодилаи моддаҳо аз нав эҳё кунад ва ба давраи нави илми маълумоти назариявӣ роҳнамоӣ кунад, мусоидат кунад. Ин давра назарияҳои муҳимеро, ки наслҳои қаблиро илҳом бахшида буданд, аз нав баррасӣ кард.
Ғизодиҳии мустақими алафхӯр бо роҳи парвариши кирминаи дуюми синну сол ё кирминаи Sl дар як барги растании кӯзаи ранги саманди як растании гулгулшукуфта бо 10 нусхаи растанӣ дар як растанӣ анҷом дода мешавад. Кирминаҳои ҳашарот бо фишангҳо маҳкам карда шуданд ва бофтаи боқимондаи барг 24 ва 72 соат пас аз сироятёбӣ ҷамъоварӣ ва зуд яхкарда шуданд ва метаболитҳо истихроҷ карда шуданд.
Табобати гиёҳхӯрро бо тарзи хеле ҳамоҳангшуда тақлид кунед. Усул аз он иборат аст, ки бо истифода аз чархҳои намунавии матоъ се қатор хорҳоро дар ҳар ду тарафи миёнаи се барги пурра васеъшудаи растанӣ дар марҳилаи афзоиши гулчанбари матоъ сӯрох кунед ва фавран Ms-и 1:5-ро молед. Ё бо истифода аз ангуштони дастпӯшак S1 OS-ро ба захми сӯрох ворид кунед. Баргро тавре ки дар боло тавсиф шудааст, ҷамъоварӣ ва коркард кунед. Усули қаблан тавсифшударо барои истихроҷи метаболитҳои аввалия ва гормонҳои растанӣ истифода баред (54).
Барои истифодаи экзогении JA, се барги гулбарги ҳар яке аз шаш растании гулшукуфтаи ҳар як намуд бо 20 мкл хамираи ланолин, ки дорои 150 мкг MeJA (Lan + MeJA) ва 20 мкл ланолин ва табобати захм (Lan + W) мебошад, коркард карда мешаванд, ё 20 мкл ланолини холис ҳамчун назорати растанӣ истифода мешаванд. Баргҳо 72 соат пас аз коркард ҷамъоварӣ карда шуданд, дар нитрогени моеъ ях карда шуданд ва то истифода дар ҳарорати -80°C нигоҳ дошта шуданд.
Дар гурӯҳи тадқиқотии мо чор хатти трансгении JA ва ET, яъне irAOC (36), irCOI1 (55), irACO ва sETR1 (48) муайян карда шудаанд. irAOC коҳиши назарраси сатҳи JA ва JA-Ile-ро нишон дод, дар ҳоле ки irCOI1 ба JA ҳассос набуд. Дар муқоиса бо EV, ҷамъшавии JA-Ile афзоиш ёфт. Ба ҳамин монанд, irACO истеҳсоли ET-ро кам мекунад ва дар муқоиса бо EV, sETR1, ки ба ET ҳассос нест, истеҳсоли ET-ро зиёд мекунад.
Барои анҷом додани андозагирии ET беинвазивӣ аз спектрометри лазерии фотоакустикӣ (Sensor Sense ETD-300 real-time sensor ET) истифода мешавад. Фавран пас аз коркард, нисфи баргҳо бурида шуда, ба флакончаи шишагии мӯҳршудаи 4 мл интиқол дода шуданд ва фазои сар дар давоми 5 соат ҷамъ шуд. Ҳангоми андозагирӣ, ҳар як флакон бо ҷараёни ҳавои тозаи 2 литр/соат ба муддати 8 дақиқа шуста шуд, ки қаблан аз катализатори пешниҳодкардаи Sensor Sense гузашта, CO2 ва обро хориҷ карда буд.
Маълумоти микромассив аввал дар (35) нашр шуда, дар пойгоҳи додаҳои ҳамаҷонибаи экспрессияи генҳои Маркази миллии иттилооти биотехнологӣ (NCBI) (рақами дастрасӣ GSE30287) захира карда шуд. Барои ин таҳқиқот маълумоте, ки ба баргҳои дар натиҷаи табобати W + OSMs ба вуҷуд омада ва назорати осебнадида мувофиқат мекунанд, истихроҷ карда шуданд. Шиддати хом log2 аст. Пеш аз таҳлили оморӣ, хатти асосӣ бо истифода аз бастаи нармафзори R табдил дода шуд ва ба 75-умин процентили он муқаррар карда шуд.
Маълумоти аслии пайдарпайии РНК (RNA-seq)-и намудҳои Nicotiana аз бойгонии хониши кӯтоҳи NCBI (SRA) гирифта шудааст, рақами лоиҳа PRJNA301787 аст, ки аз ҷониби Zhou ва дигарон (39) гузориш шудааст ва мувофиқи тавсифи (56) идома дорад. Маълумоти хом, ки аз ҷониби W + W, W + OSM ва W + OSS1 мувофиқи намудҳои Nicotiana коркард шудаанд, барои таҳлил дар ин таҳқиқот интихоб карда шуданд ва бо тартиби зерин коркард карда шуданд: Аввалан, хонишҳои хоми RNA-seq ба формати FASTQ табдил дода шуданд. HISAT2 FASTQ-ро ба SAM табдил медиҳад ва SAMtools файлҳои SAM-ро ба файлҳои BAM мураттабшуда табдил медиҳад. StringTie барои ҳисоб кардани ифодаи ген истифода мешавад ва усули ифодаи он дар он аст, ки барои ҳар ҳазор порчаи асосӣ барои ҳар як миллион порчаи пайдарпайи транскрипсия порчаҳо мавҷуданд.
Сутуни хроматографии Acclaim (150 мм x 2.1 мм; андозаи зарраҳо 2.2μm), ки дар таҳлил истифода шудааст ва сутуни муҳофизатии 4 мм x 4 мм аз ҳамон мавод иборатанд. Дар системаи Dionex UltiMate 3000 Ultra High Performance Liquid Chromatography (UHPLC) градиенти дуӣ истифода мешавад: аз 0 то 0.5 дақиқа, изократики 90% A [оби деионизатсияшуда, 0.1% (v/v) ацетонитрил ва 0.05% кислотаи формик], 10% B (ацетонитрил ва 0.05% кислотаи формик); аз 0.5 то 23.5 дақиқа, фазаи градиент мутаносибан 10% A ва 90% B аст; аз 23.5 то 25 дақиқа, изократики 10% A ва 90% B. Суръати ҷараён 400μl/дақ аст. Барои ҳама таҳлилҳои MS, элюенти сутунро ба таҳлилгари квадруполӣ ва вақти парвоз (qTOF) ворид кунед, ки бо манбаи электроспрей, ки дар ҳолати ионизатсияи мусбат кор мекунад (шиддати капиллярӣ, 4500 В; баромадгоҳи капиллярӣ 130 В; ҳарорати хушккунӣ 200°C; ҷараёни ҳавои хушккунӣ 10 литр/дақ) муҷаҳҳаз шудааст.
Таҳлили порчаҳои MS / MS (минбаъд MS / MS номида мешавад)-ро, ки аз маълумот номувофиқ ё фарқнопазир аст, барои ба даст овардани маълумоти сохторӣ дар бораи профили умумии мубодилаи моддаҳои ошкоршаванда анҷом диҳед. Консепсияи усули MS / MS-и бефарқ ба он асос ёфтааст, ки квадрупол дорои тирезаи хеле калони изолятсияи масса мебошад [аз ин рӯ, ҳамаи сигналҳои таносуби масса ба заряд (m/z)-ро ҳамчун порчаҳо ҳисоб кунед]. Аз ин сабаб, азбаски асбоби Impact II натавонист майли CE-ро эҷод кунад, якчанд таҳлилҳои мустақил бо истифода аз арзишҳои афзояндаи энергияи бархӯрди диссотсиатсияи бархӯрд (CE) анҷом дода шуданд. Хулоса, аввал намунаро бо истифода аз режими спектрометрияи ягонаи масса (шароити пасти фрагментатсия, ки аз ҷониби фрагментатсияи дохили манбаъ ба вуҷуд омадааст) таҳлил кунед, аз m/z 50 то 1500 дар басомади такрории 5 Гц скан кунед. Нитрогенро ҳамчун гази бархӯрд барои таҳлили MS / MS истифода баред ва андозагириҳои мустақилро дар чор шиддати гуногуни диссотсиатсияи бархӯрд анҷом диҳед: 20, 30, 40 ва 50 эВ. Дар тӯли раванди ченкунӣ, квадрупол бузургтарин равзанаи изолятсияи массаро дорад, аз м/з 50 то 1500. Вақте ки бадани пеши м/з ва таҷрибаи паҳнои изолятсия ба 200 муқаррар карда мешавад, диапазони масса аз ҷониби нармафзори амалиётии асбоб ва 0 Da ба таври худкор фаъол мешавад. Барои пораҳои масса мисли режими ягонаи масса скан кунед. Барои калибрченкунии масса аз формати натрий (50 мл изопропанол, 200 мкл кислотаи формик ва 1 мл маҳлули обии 1M NaOH) истифода баред. Бо истифода аз алгоритми калибрченкунии дақиқи баландсифати Bruker, файли маълумот пас аз иҷро кардани спектри миёна дар як давраи муайян калибрчен карда мешавад. Барои табдил додани файлҳои маълумоти хом ба формати NetCDF аз функсияи содироти нармафзори Data Analysis v4.0 (Brook Dalton, Бремен, Олмон) истифода баред. Маҷмӯи маълумоти MS/MS дар пойгоҳи додаҳои кушодаи метаболомика MetaboLights (www.ebi.ac.uk) бо рақами вуруд захира карда шудааст. MTBLS1471.
Маҷмӯи MS/MS метавонад тавассути таҳлили коррелятсия байни сигналҳои сифатии MS1 ва MS/MS барои энергияи паст ва баланди бархӯрд ва қоидаҳои нав татбиқшуда амалӣ карда шавад. Скрипти R барои амалӣ кардани таҳлили коррелятсияи тақсимоти прекурсор ба маҳсулот ва скрипти C# (https://github.com/MPI-DL/indiscriminant-MS-MS-assembly-pipeline) барои татбиқи қоидаҳо истифода мешавад.
Барои кам кардани хатогиҳои мусбати бардурӯғ, ки аз садои замина ва коррелятсияи бардурӯғ ба вуҷуд омадаанд, ки дар натиҷаи муайян кардани хусусиятҳои муайяни m/z дар танҳо чанд намуна ба вуҷуд омадаанд, мо функсияи "қуллаи пуршуда"-и бастаи R XCMS (барои ислоҳи садои замина)-ро истифода мебарем. Барои иваз кардани шиддати "NA" (қуллаи ноаён) бояд истифода шавад. Вақте ки функсияи авҷи пуркунӣ истифода мешавад, дар маҷмӯи додаҳо ҳанӯз ҳам арзишҳои зиёди шиддати "0" мавҷуданд, ки ба ҳисобкунии коррелятсия таъсир мерасонанд. Сипас, мо натиҷаҳои коркарди додаҳоро ҳангоми истифодаи функсияи авҷи пуршуда ва вақте ки функсияи авҷи пуршуда истифода намешавад, муқоиса мекунем ва арзиши садои заминаро дар асоси арзиши миёнаи ислоҳшудаи ҳисобшуда ҳисоб мекунем ва сипас ин арзишҳои шиддати 0-ро бо арзиши заминаи ҳисобшуда иваз мекунем. Мо инчунин танҳо хусусиятҳоеро ба назар гирифтем, ки шиддати онҳо аз арзиши замина се маротиба зиёдтар буд ва онҳоро ҳамчун "қуллаҳои ҳақиқӣ" ҳисоб кардем. Барои ҳисобҳои PCC, танҳо сигналҳои m/z-и маҷмӯи додаҳои пешгузаштаи намуна (MS1) ва фрагментҳо бо ҳадди аққал ҳашт қуллаи ҳақиқӣ ба назар гирифта мешаванд.
Агар шиддати хусусияти сифати пешгузашта дар тамоми намуна бо шиддати коҳишёфтаи ҳамон хусусияти сифатие, ки зери таъсири энергияи паст ё баланди бархӯрд қарор мегирад, ба таври назаррас алоқаманд бошад ва хусусият аз ҷониби CAMERA ҳамчун қуллаи изотоп нишонгузорӣ нашуда бошад, онро минбаъд муайян кардан мумкин аст. Сипас, бо ҳисоб кардани ҳамаи ҷуфтҳои имконпазири маҳсулоти пешгузашта дар давоми 3 сония (равзанаи тахминии вақти нигоҳдорӣ барои нигоҳдории қулла), таҳлили коррелятсия анҷом дода мешавад. Танҳо вақте ки арзиши m/z аз арзиши пешгузашта пасттар аст ва фрагментатсияи MS/MS дар ҳамон макони намуна дар маҷмӯи маълумот ҳамчун пешгузаштае, ки аз он гирифта шудааст, рух медиҳад, он фрагмент ҳисобида мешавад.
Бар асоси ин ду қоидаи оддӣ, мо порчаҳои муайяншударо бо арзишҳои m/z аз m/z-и пешгузаштаи муайяншуда зиёдтар истисно мекунем ва ба мавқеи намуна, ки дар он пешгузашта ва порчаи муайяншуда пайдо мешаванд, асос ёфтаем. Инчунин имкон дорад, ки хусусиятҳои сифатии тавлидшуда аз ҷониби бисёр порчаҳои дар манбаъ тавлидшуда, ки дар ҳолати MS1 ​​тавлид шудаанд, ҳамчун пешгузаштаҳои номзад интихоб карда шаванд ва бо ин васила пайвастагиҳои зиёдатии MS/MS тавлид шаванд. Барои кам кардани ин такрори маълумот, агар монандӣ NDP-и спектрҳо аз 0.6 зиёд бошад ва онҳо ба хроматограммаи "pcgroup", ки аз ҷониби CAMERA шарҳ дода шудааст, тааллуқ дошта бошанд, мо онҳоро муттаҳид мекунем. Дар ниҳоят, мо ҳамаи чор натиҷаи CE-ро, ки бо пешгузашта ва порчаҳо алоқаманданд, бо интихоби қуллаи баландтарини шиддат дар байни ҳамаи қуллаҳои номзад бо арзиши якхелаи m/z дар энергияҳои гуногуни бархӯрд, ба спектри ниҳоии таркибии деконволютсияшуда муттаҳид мекунем. Қадамҳои минбаъдаи коркард ба консепсияи спектри таркибӣ асос ёфтаанд ва шароити гуногуни CE-ро, ки барои ба ҳадди аксар расонидани эҳтимолияти фрагментатсия заруранд, ба назар мегиранд, зеро баъзе порчаҳоро танҳо дар зери энергияи мушаххаси бархӯрд муайян кардан мумкин аст.
RDPI (30) барои ҳисоб кардани индуксионии профили метаболикӣ истифода шуд. Гуногунрангии спектри метаболикӣ (индекси Hj) аз фаровонии пешгузаштаҳои MS/MS бо истифода аз энтропияи Шеннон аз тақсимоти басомади MS/MS бо истифода аз муодилаи зерин, ки аз ҷониби Мартинес ва дигарон тавсиф шудааст, ба даст оварда мешавад. (8). Hj = −∑i = 1mPijlog2(Pij) ки дар он Pij ба басомади нисбии i-ум MS/MS дар намунаи j-ум мувофиқат мекунад (j = 1, 2,…, m) (i = 1, 2, …, m) t).
Хусусияти метаболикӣ (индекси Si) ҳамчун ифодаи якхелагии ифодаи MS/MS-и додашуда нисбат ба басомади байни намунаҳои баррасишаванда муайян карда мешавад. Хусусияти MS/MS ҳамчун Si = 1t (∑j = 1tPijPilog2PijPi) ҳисоб карда мешавад.
Барои чен кардани индекси метаболом хоси δj-и ҳар як намунаи j ва миёнаи хосияти MS/MS δj = ∑i = 1mPijSi формулаи зеринро истифода баред.
Спектрҳои MS/MS ҷуфт-ҷуфт ҷойгир карда шудаанд ва монандӣ дар асоси ду хол ҳисоб карда мешавад. Аввалан, бо истифода аз NDP стандартӣ (инчунин бо номи усули коррелятсияи косинус маълум аст), аз муодилаи зерин барои баҳодиҳии монандӣ байни спектрҳо истифода баред NDP = (∑iS1 & S2WS1, iWS2, i) 2∑iWS1, i2∑iWS2, i2 ки дар он S1 ва S2 Мувофиқан, барои спектри 1 ва спектри 2, инчунин WS1, i ва WS2, i вазнро дар асоси шиддати қулла ифода мекунад, ки фарқи қуллаи умумии i-ум байни ду спектр камтар аз 0.01 Da аст. Вазн чунин ҳисоб карда мешавад: W = [шиддати қулла] m [сифат] n, m = 0.5, n = 2, тавре ки аз ҷониби MassBank пешниҳод шудааст.
Усули дуюми баҳодиҳӣ татбиқ карда шуд, ки таҳлили NL-и муштарак байни MS/MS-ро дар бар мегирифт. Барои ин мақсад, мо аз 52 рӯйхати NL, ки зуд-зуд ҳангоми раванди фрагментатсияи MS дучор мешаванд, ва NL-и мушаххастар (файли додаҳои S1), ки қаблан барои спектри MS/MS-и метаболитҳои дуюмдараҷаи намудҳои заифшудаи Nepenthes шарҳ дода шуда буд, истифода бурдем (9, 26). Барои ҳар як MS/MS вектори дуӣ 1 ва 0 эҷод кунед, ки мутаносибан ба мавҷудияти баъзе NL мувофиқат мекунад. Бар асоси монандӣ дар масофаи Евклид, холҳои монандӣ дар NL барои ҳар як ҷуфт векторҳои NL-и дуӣ ҳисоб карда мешаванд.
Барои анҷом додани кластеризатсияи дугона, мо бастаи R DiffCoEx-ро истифода бурдем, ки бар асоси васеъкунии Таҳлили ҳамбастагии генҳои вазнин (WGCNA) асос ёфтааст. Бо истифода аз матритсаҳои баҳодиҳии NDP ва NL-и спектрҳои MS/MS, мо DiffCoEx-ро барои ҳисоб кардани матритсаи коррелятсияи муқоисавӣ истифода бурдем. Кластеризатсияи дуӣ бо муқаррар кардани параметри "cutreeDynamic" ба method = "hybrid", cutHeight = 0.9999, deepSplit = T ва minClusterSize = 10 анҷом дода мешавад. Коди манбаи R-и DiffCoEx аз файли иловагии 1 аз ҷониби Тессон ва ҳамкорон (57) зеркашӣ карда шудааст; Бастаи нармафзори зарурии R WGCNA-ро дар https://horvath.genetics.ucla.edu/html/CoexpressionNetwork/Rpackages/WGCNA пайдо кардан мумкин аст.
Барои анҷом додани таҳлили шабакаи молекулавии MS/MS, мо пайвасти спектралии ҷуфтшударо дар асоси намудҳои монандӣ дар NDP ва NL ҳисоб кардем ва аз нармафзори Cytoscape барои тасвири топологияи шабака бо истифода аз тарҳбандии органикӣ дар барномаи васеъкунии алгоритми тарҳбандии CyFiles yFiles истифода бурдем.
Барои анҷом додани таҳлили оморӣ оид ба маълумот аз версияи R 3.0.1 истифода баред. Аҳамияти оморӣ бо истифода аз таҳлили дуҷонибаи дисперсия (ANOVA) ва баъдан санҷиши пост-хокии фарқияти воқеан назарраси Туки (HSD) арзёбӣ карда шуд. Барои таҳлили фарқияти байни табобати гиёҳхӯр ва гурӯҳи назорат, тақсимоти дуҷонибаи ду гурӯҳи намунаҳо бо дисперсияи якхела бо истифода аз санҷиши t-и Стюдент таҳлил карда шуд.
Барои маводи иловагӣ барои ин мақола, лутфан ба http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/24/eaaz0381/DC1 нигаред.
Ин мақола дастрасии озод аст, ки тибқи шартҳои Литсензияи Creative Commons Attribution-Non-Commercial паҳн карда мешавад, ки истифода, паҳн ва нусхабардориро дар ҳама гуна васоити ахбори омма иҷозат медиҳад, ба шарте ки истифодаи ниҳоӣ барои фоидаи тиҷоратӣ набошад ва пешфарз дуруст будани кори аслӣ бошад. Маълумотнома.
Эзоҳ: Мо аз шумо танҳо хоҳиш мекунем, ки суроғаи почтаи электронии худро пешниҳод кунед, то шахсе, ки шумо ба саҳифа тавсия медиҳед, бидонад, ки шумо мехоҳед почтаи электрониро бубинад ва он спам нест. Мо ягон суроғаи почтаи электрониро сабт намекунем.
Ин савол барои санҷидани он ки оё шумо меҳмон ҳастед ва пешгирӣ аз фиристодани автоматии спам истифода мешавад.
Назарияи иттилоот як асъори универсалӣ барои муқоисаи метаболомҳои махсус ва пешгӯии назарияҳои дифоъ аз санҷишро фароҳам меорад.
Назарияи иттилоот як асъори универсалӣ барои муқоисаи метаболомҳои махсус ва пешгӯии назарияҳои дифоъ аз санҷишро фароҳам меорад.
© 2021 Ассотсиатсияи Амрико оид ба пешрафти илм. ҳамаи ҳуқуқ маҳфуз аст. AAAS шарики HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef ва COUNTER мебошад. Advances Science ISSN 2375-2548.