Jejeláas teorías ti' defensa le páak'alo'obo' proporcionan orientación teórica Páaybe'en utia'al u tsolik le patrones metabolismo especializado ti' le páak'alo'obo', ba'ale' u predicciones clave permanecen utia'al u probar. Te'ela', utilizamos análisis espectrometría u juuch' tándem imparcial (MS leti' MS) utia'al u explorar sistemáticamente le metaboloma u cepas atenuadas tumen tabaco u paak'alo'ob individuales u poblaciones yéetel especies estrechamente relacionadas, ka procesado jump'éel nuxi' meyaj ku u teorías características espectrométricas u juuch' basadas ti' espectros compuestos ti' le a'alajil t'aan. Marco utia'al u probar le predicciones clave ti' le defensa óptima (OD) yéetel le teorías objetivo móvil (MT). Le componente a'alajil t'aan ti' le metabolómica vegetal jach consistente yéetel le teoría OD, ba'ale' contradice le predicción noj bejo' ti' le teoría MT yóok'ol le dinámica metabolómica causada tumen le herbívoros. Tak le micro tak le macro escala evolutiva, le señal jasmonato bin identificada bey le determinante noj bejo' u OD, ka' jo'op' u le señal etileno proporcionó afinación ti' le núukik específica ti' le herbívoro anotada tumen le páawo'ob molecular MS leti' MS.
Le metabolitos especiales yéetel jejeláas ba'ax ku táakpajalo'ob ti' le adaptación le páak'alo'obo' ti' le ka'a jeets', especialmente ti' le defensa ti' le enemigos (1). Le increíble diversificación ti' le metabolismo yaabilajech encontrado ti' le páak'alo'obo' ts'o'ok u estimulado décadas u investigación profunda ti' u ya'ab aspectos le noj ecológicas, ka ts'o'ok u formado jump'éel chowak tsoolol teorías defensa le páak'alo'obo', ku le ma'alo'ob evolutivo yéetel ecológico ti' le interacciones páak'alo'-insecto. Le investigación empírica ku ts'aik jump'éel náakake' u yaak'il jach k'a'anan (2). Ba'ale', le k'iino'oba' teorías defensa vegetal ma' siguieron le bejo' normativo ti' le razonamiento deductivo hipotético, tu'ux le predicciones clave bino'ob ti' le k'iino' je'el xano' nivel análisis (3) ka bino'ob probadas experimentalmente utia'al u avanzar le uláak' ciclo ma'alo'ob teórico (4). Le limitaciones técnicas ku restringen le recopilación datos ti' categorías metabólicas específicas yéetel excluyen análisis integral ti' metabolitos especializados, bey u Jech comparaciones intercategorías ku k'a'abeto'ob utia'al u ma'alo'ob teórico (5). U si'ipil datos metabolómicos completos yéetel jump'éel moneda común utia'al u comparar le flujo meyaj procesamiento le kúuchil metabólico ichil jejeláas múuch' páak'alo'obo' obstaculiza le madurez científica ti' le sikte.
Le ts'ook desarrollos ti' le sikte espectrometría ti' masas tándem (MS leti' MS) metabolómica je'el u páajtal u caracterizar ampliamente le cambios metabólicos ichil yéetel ichil especies jump'éel clado t.u.m dado, ka páajtal combinar u yéetel métodos computacionales utia'al u calcular le similitud estructural ichil le k'iino'oba' mezclas complejas. U k'ajóolil química (5). Le combinación tecnologías avanzadas ti' análisis yéetel informática proporciona jump'éel marco k'a'abéet utia'al u pruebas in chowak plazo u ya'ab predicciones hechas tumen le teorías ecológicas yéetel evolutivas ti' le diversidad metabólica. Shannon (6) tu ts'áaj k'ajóoltbil le teoría a'alajil t'aan tumen yáax ka'atéen ti' u artículo seminal ti' 1948, estableciendo le k'oja'ano'obo' utia'al u análisis matemático ti' le a'alajil t'aan, ku ts'o'ok utilizado ti' ya'ab sikte uláak' u u ka'anatako'ob áantajil. Ti' le genómica, le teoría a'alajil t'aan ts'o'ok u aplicado belal utia'al u cuantificar le a'alajil t'aan conservadora ti' le secuencia (7). Ti' le investigación transcriptómica, le teoría a'alajil t'aan ku xak'altik le cambios globales ti' le transcriptoma (8). Ti' le investigación anterior, aplicamos le marco estadístico ti' le teoría a'alajil t'aan ti' le metabolómica utia'al u describir le ma'alo'obtal metabólica ti' le nivel t'aan ti' le páak'alo'obo' (9). Te'ela', k combinar le flujo meyaj basado ti' MS leti' MS yéetel le marco estadístico ti' le teoría a'alajil t'aan, caracterizada tumen le diversidad metabólica ti' le moneda común, utia'al u comparar le predicciones clave ti' le teoría defensa le páak'alo' ti' le metaboloma inducido tumen le herbívoros.
Le marcos teóricos ti' le defensa le páak'alo'obo' suelen u mutuamente inclusivos yéetel páajtal ja'atsal u ti' ka'ap'éel categorías: aquellos ku intentan tsolik le distribución metabolitos específicos ti' le páak'alo'obo' basados ​​ti' le noj defensa, bey defensa óptima (OD) (10), objetivo móvil (MT) (11) ) yéetel apariencia (12) teoría, ka' jo'op' u láak'o'ob kaxtik explicaciones mecánicas ti' le disponibilidad nu'ukulo'ob afectan tuméen le páak'alo' yéetel le acumulación metabolitos especializados, bey le carbono: hipótesis u equilibrio nutrientes (13), hipótesis u tasa tuméen (14 ), yéetel le hipótesis u equilibrio tuméen yéetel diferenciación (15). Le ka'ap'éel múuch' teoría'obo' yaan ti' jejeláas niveles ti' análisis (4). Ba'ale', ka'ap'éel teorías ku táakpajalo'ob ti' le noj defensivas ti' le nivel funcional dominan le tsikbal yóok'ol le defensas constitutivas yéetel inducibles ti' le páak'alo'obo': teoría OD, ku supone u le páak'alo'obo' invierten ti' u defensas químicas caras chéen ken k'a'abéet, je'ebix, ken u ingeridos Le ken juntúul ba'alche'o' xíiw ataca, tune', bin u posibilidad u ataque futuro yéetel juntúul función defensiva (10); le hipótesis MT ku ya'alik mina'an mix jump'éel bak'pach u k'eexpajal metabolito direccional, ba'ale' le metabolito jeelpajal aleatoriamente, creando bey u posibilidad Obstruir le metabólico "objetivo movimiento" u atacar le herbívoros. Ti' uláak' t'aano'ob, le ka'ap'éel teorías ku beetiko'ob predicciones opuestas yóok'ol le remodelación metabólica ku yúuchul ka' u ataque le herbívoros: le relación ichil le acumulación unidireccional ti' metabolitos yéetel función defensiva (OD) yéetel cambios metabólicos ma' dirigidos (MT) (11 ).
Le hipótesis OD yéetel MT implican ma' chéen le cambios inducidos ti' le metaboloma, sino xan le consecuencias ecológicas yéetel evolutivas ti' le acumulación le k'iino'oba' metabolitos, bey le Baajux adaptativos yéetel beneficios le k'iino'oba' cambios metabólicos ti' jump'éel entorno ecológico específico (16). Kex ambas hipótesis reconocen le función defensiva ti' le metabolitos especializados, ku páajtal wa ma' u páajtal u ko'oj, le predicción clave ku distingue le hipótesis OD yéetel MT radica ti' le direccionalidad le cambios metabólicos inducidos. Le predicción ti' le teoría OD ts'o'ok u k'a'am le asab óolal experimental tak bejla'e'. Le k'iino'oba' pruebas incluyen le xook le noj defensa directa wa indirecta ti' jejeláas tejidos compuestos específicos ti' invernaderos yéetel condiciones ku yúuchul, bey cambios ti' le p'isibij ma'alo'ob le páak'alo' (17-19). Ba'ale', tak bejla'e', tuméen mina'an jump'éel flujo meyaj yéetel marco estadístico uti'al u análisis integral global ti' le diversidad metabólica ti' je'el ba'ax organismo, le noj bejo' predicción jela'anil in ichil le ka'ap'éel teorías (es decir, le dirección cambios metabólicos) sigue siendo u probado. Te'ela', k ts'aik jump'éel análisis bey.
Juntúul le yáantajo'ob asab k'a'anan ti' le metabolitos específicos ti' le páak'alo'obo' jach u extrema diversidad estructural ti' tuláakal le niveles tak paak'alo'ob simples, poblaciones u especies similares (20). Ya'ab cambios cuantitativos ti' metabolitos especializados páajtal u observados ti' le escala jo'olkaajo', ka' jo'op' u k'a'am diferencias cualitativas ku mantienen normalmente ti' le nivel especie (20). Le o'olale', le diversidad metabólica ti' le páak'alo'obo' leti' le noj bejo' aspecto ti' le diversidad funcional, reflejando le adaptabilidad ti' jejeláas nichos, especialmente aquellos nichos yéetel jejeláas posibilidades invasión tumen insectos especiales yéetel herbívoros náats'al (21). Tak le artículo innovador u Fraenkel (22) yóok'ol le razones utia'al u existencia le metabolitos específicos ti' le páak'alo'obo', le interacciones yéetel jejeláas insectos séen sido consideradas bey presiones selección importantes, ka le k'iino'oba' interacciones ku creen u ts'o'ok u formado le páak'alo'obo' ichil le evolución. Bejil metabólica (23). U jela'anil ichil u jejeláasil le metabolitos especializados je'el u páajtal u reflejar le equilibrio fisiológico asociado yéetel le defensa constitutiva yéetel inducible ti' le páak'alo' xu'ullsa'al estrategias herbívoras, bey le ka'ap'éel especies ku correlacionan tu menudo negativamente ichil yan (24). Kex je'el u páajtal u utsil u mantener jump'éel ma'alo'ob defensa ti' tuláakal súutuko', le cambios metabólicos oportunos asociados yéetel le defensa proporcionan beneficios claros ti' le permitir ti' le páak'alo'obo' asignar valiosos nu'ukulo'ob ti' uláak' inversiones fisiológicas (19, 24), ka Jech u necesidad le simbiosis. Tu p'ataji' colateral (25). Beyxan, le k'iino'oba' reorganizaciones u metabolitos especializados causados ​​tumen insectos herbívoros páajtal conducir ti' distribución destructiva ti' le kaajnáalilo'obo' (26), ka páajtal reflejar lecturas directas ti' cambios ku yúuchul sustanciales ti' le señal ácido jasmónico (JA), ku páajtal mantener ti' le kaajnáalilo'obo'. Le señales JA ka'anal yéetel baja ku compromisos ichil le defensa xu'ullsa'al le herbívoros yéetel le ketlamo' yéetel especies específicas (27). Beyxan, le vías biosintéticas u metabolitos especializadas yaan u pitik jump'éel séeba'an asab yéetel transformación ichil le evolución, ts'áaik tumen resultado jump'éel distribución metabólica parcialmente ichil especies estrechamente relacionadas (28). Le k'iino'oba' polimorfismos páajtal u jáan establecidos ti' núukik le k'eexpajal patrones herbívoros (29), ba'ax u k'áat u ya'al u le fluctuación le kaajo'obo' herbívoras jach jump'éel factor clave ku conduce le heterogeneidad metabólica.
Te'ela', k resuelto específicamente le je'ela' talamilo'ob. (I) ¿Bix u k'e'exel u metaboloma le páak'alo' tumen le insecto herbívoro? (Ii) ¿Ba'ax le k'ajle' componentes a'alajil t'aan ti' le plasticidad metabólica ku páajtal cuantificar utia'al u probar le predicciones le teoría defensa in chowak plazo? (Iii) Wa u reprogramar le metaboloma vegetal ti' jump'éel bix ken chen ti' le atacante, wa beyo', ba'ax ju'un ku báaxal le hormona vegetal ti' le adaptación jump'éel núukik metabólica específica, yéetel ba'ax metabolitos contribuyen ti' le especificidad defensa? (Iv) Tuméen le predicciones ku beetiko'ob ya'ab teorías defensa páajtal u extendidas ti' tuláakal le niveles tejidos biológicos, k preguntamos bix consistente le núukik metabólica causada jach u comparación interna u comparación interespecie? Utia'al le ba'ala', ts'o'ok k estudiado sistemáticamente le metaboloma u le' le nicotina k'aab tsaats, ba'ax le jump'éel páak'alo' modelo ecológico yéetel ayik'al metabolismo especializado, ka jach xoknáalo'obo' xu'ullsa'al le larvas ka'ap'éel herbívoros nativos, Lepidoptera Datura (Ms) ( Jach agresivo, chuunil laat'a'an jaanta') Ti' Solanaceae yéetel Spodoptera (Spodopteral literal), ku jump'éel bin yano'ob le' le' worm “género”, yéetel le paak'alo'ob ku k'amik Solanaceae yéetel uláak' ku k'amik uláak' género yéetel láak'tsilo'ob Janalbe'eno'ob. Analizamos le espectro metabolómico MS leti' MS yéetel extraímos descriptores estadísticos u teoría le a'alajil t'aan utia'al u comparar le teorías OD yéetel MT. Beet mapas u especificidad uti'al u ye'esik u identidad le metabolitos clave. Le análisis bin extendido ti' le jo'olkaajo' nativa u N. nasi yéetel especies tabaco estrechamente relacionadas utia'al u analizar asab le covarianza ichil le señalización hormonal vegetal yéetel le inducción OD.
Utia'al u ch'a'iko'ob jump'éel mapa global yóok'ol le plasticidad yéetel le ba'ax u metaboloma le' le k'aab tsaats herbívoro, utilizamos jump'éel flujo meyaj análisis yéetel cálculo desarrollado ka'ache' utia'al u recoger yéetel deconvolución ampliamente datos ka'anal resolución independientes MS leti' MS espectros u extractos vegetales ( 9). Le método ma' diferenciado (llamado MS leti' MS) je'el u páajtal u construir espectros compuestos ma' redundantes, ku páajtal utilizar tu láak' utia'al tuláakal le análisis nivel compuesto descritos waye'. Le k'iino'oba' metabolitos vegetales deconvolucionados ku u jejeláas tipos, consistiendo ti' cientos u miles u metabolitos (yan 500-1000-s leti' MS leti' MS waye'). Te'ela', k considerar le plasticidad metabólica ti' le marco u teoría le a'alajil t'aan, ka cuantificar le diversidad yéetel le profesionalidad le metaboloma basado ti' le entropía Shannon ti' le distribución frecuencia metabólica. Utilizando le fórmula implementada ka'ache' (8), calculamos jump'éel tsol indicadores ku páajtal utilizar utia'al u cuantificar le diversidad metaboloma (indicador Hj), especialización perfil metabólico (indicador δj) yéetel especificidad metabólica ti' jump'éel chéen metabolito (indicador Si) . Beyxan, k meyajtik le índice u plasticidad u náachil relativa (RDPI) uti'al u p'iis u inducibilidad le metaboloma ti' le herbívoros (yoochel 1A) (30). ichil le marco estadístico, k tratar le espectro MS leti' MS bey le unidad a'alajil t'aan básico, ka procesar le abundancia relativa u MS leti' MS ti' jump'éel mapa distribución frecuencia, ka tu láak' utilizar entropía Shannon utia'al u estimar le diversidad metaboloma ti' leti'. Le especialización metaboloma ku p'iss bey tumen le especificidad chúumuk jump'éel chéen espectro MS leti' MS. Le o'olale', le aumento ti' le abundancia Jayp'éel xook MS leti' MS ka' u inducción herbívora ku transforma ti' inducibilidad espectral, RDPI yéetel especialización, es decir, le aumento ti' le índice δj, tuméen ku producen asab metabolitos especializados yéetel ku produce jump'éel ka'anal índice Si. U yéemel le índice diversidad Hj ku ye'esik wa le meyaj ku generado MS leti' MS ku reduce, wa le distribución frecuencia perfil jeelpajal ti' jump'éel dirección menos uniforme, ka' jo'op' u reduce u incertidumbre global. Yo'osal u cálculo le índice Si, je'el u páajtal u destacar ba'ax MS leti' MS ku inducidos tumen ciertos herbívoros, tu contrario, ba'ax MS leti' MS ma' responde ti' le inducción, ba'ax le jump'éel indicador clave utia'al u distinguir MT yéetel OD predicción.
(A) Descriptores estadísticos utilizados utia'al u herbívoros (H1 u Hx) MS leti' MS datos-inducibilidad (RDPI), diversidad (índice Hj), especialización (índice δj) yéetel especificidad metabolitos (índice Si). U ya'abtal u gradoil especialización (δj) ku ye'esik, tu chúumuk, yaan u beeta'al asab metabolitos específicos herbívoros, ka' jo'op' u jump'éel disminución ti' le diversidad (Hj) ku ye'esik jump'éel disminución ti' le producción metabolitos wa distribución desigual ti' le metabolitos ti' le mapa distribución. Le je'o' Si evalúa wa le metabolito jach específico ti' jump'éel condición dada (waye', herbívoro) wa inversamente mantenido ti' le k'iino' je'el xano' nivel. (B) Diagrama conceptual ti' le predicción teoría defensa utilizando bak'pach teoría a'alajil t'aan. Le teoría OD ku ya'alik u ataque le herbívoros yaan u ya'abtal le metabolitos defensa, bey u ya'abtal δj. Te' k'iino' je'el xano' k'iin, Hj ku yéemel tuméen le perfil ku reorganiza ti' le incertidumbre reducida ti' le a'alajil t'aan metabólica. Le teoría MT predice u le ataque le herbívoros causará cambios ma' direccionales ti' le metaboloma, aumentando tune' Hj bey juntúul indicador u aumento le incertidumbre a'alajil t'aan metabólica yéetel causando jump'éel distribución aleatoria ti' Si. Xan propusimos jump'éel bix mixto, le utsil MT, tu'ux yaan metabolitos yéetel asab valores defensivos yaan u ya'abtal particularmente (ka'anal je'o' Si), ka' jo'op' u láak'o'ob exhiben respuestas aleatorias (menor je'o' Si).
Utilizando descriptores teoría a'alajil t'aan, interpretamos le teoría OD utia'al u predecir u cambios metabolitos especiales inducidos tumen le herbívoros ti' jump'éel noj constitutivo ma' inducido conducirá ti' (i) jump'éel aumento ti' le especificidad metabólica (índice Si) conduciendo especificidad metabónica (índice δj) Le aumento ti') ciertos múuch' metabolitos especiales yéetel asab je'o' defensa, yéetel (ii) le disminución ti' le diversidad metaboloma debido a le índice δj k'eexil u distribución u frecuencia metabólica u asab distribución u wíinkilal leptina. Ti' le nivel jump'éel chéen metabolito, ku pa'ta'al jump'éel distribución Si ordenada, tu'ux le metabolito aumentará le je'o' Si bin u je'o' defensa (yoochel 1B). Ti' le internet ichil, k tsolik le teoría MT utia'al u predecir u le excitación conducirá ti' (i) cambios ma' direccionales ti' le metabolitos resultando ti' jump'éel disminución ti' le índice δj, yéetel (ii) jump'éel aumento ti' le índice Hj debido a jump'éel aumento ti' le incertidumbre metabólica. Wa aleatoriedad, ku páajtal cuantificar tumen entropía Shannon ti' bix u diversidad generalizada. Tu yo'olal le composición metabólica, le teoría MT predecirá le distribución aleatoria ti' Si. Teniendo tu yilaje' u ciertos metabolitos táan ti' condiciones específicas ti' condiciones específicas, ka uláak' condiciones ma' táan ti' condiciones específicas, ka u je'o' defensa yaantal yo'osal u le ka'a jeets', xan propusimos jump'éel bix u defensa mixta, tu'ux δj yéetel Hj ku distribuyen ti' ka'ap'éel a lo largo de Si Aumento ti' tuláakal le direcciones, chéen ciertos múuch' metabolitos, ku yaantal asab ka'anatako'ob valores defensa, yaan u pitik particularmente aumentar jump'éel distribución aleatoria, ka' jo'op' u uláak' distribución aleatoria (Fig 1B).
Utia'al u probar le predicción teoría defensa redefinida ti' le bak'pach le descriptor teoría a'alajil t'aan, criamos larvas herbívoras expertos (Ms) wa generalistas (Sl) ti' u le' Nepenthes pallens (Figura 2A). Utilizando análisis MS leti' MS, recuperamos 599 espectros MS leti' MS ma' redundantes (archivo datos S1) u extractos metanol u wa'ak'al le' recogidos ka' u alimentación le oruga. U búukinta'al RDPI, Hj, yéetel δj índices uti'al u yila'al u ka'a configuración le contenido a'alajil t'aan ti' archivos configuración MS leti' MS revela patrones interesantes (yoochel 2B). Le tendencia global jach u, bey descrito tumen le descriptor a'alajil t'aan, bey le orugas continúan janal le', le grado tuláakal le reorganización metabólica aumenta yéetel le k'iin: 72 horas ka' le herbívoro janal, le RDPI aumenta significativamente. Ti' comparación yéetel le kaambalil yo'osal ma' dañado, Hj bin significativamente reducido, ba'ax bin debido a le aumento ti' le grado especialización ti' le perfil metabólico, ku bin cuantificado tumen le índice δj. Le tendencia aparente jach consistente yéetel le predicciones le teoría OD, ba'ale' jach inconsistente yéetel le k'ajle' predicciones le teoría MT, ku oksaj óoltik wa u cambios aleatorios (ma' direccionales) ti' le niveles metabolitos ku utilizan bey juntúul camuflaje defensivo (yoochel 1B). Kex le contenido elicitor u secreción oral (OS) yéetel le comportamiento alimentación le k'iino'oba' ka'ap'éel herbívoros ku jela'an, u alimentación directa resultó ti' cambios similares ti' le direcciones Hj yéetel δj ichil le períodos jooch 24 horas yéetel 72 horas. Le chen jela'anil úuch ti' 72 horas ti' RDPI. Ti' comparación yéetel le causada tumen le alimentación Ms, le metabolismo global inducido tumen le alimentación Sl ka'ach asab ka'anal.
(A) Diseño experimental: ch'íich' común (S1) wa experto (Ms) herbívoros ku alimentan yéetel le' desalinizadas u páak'alo'obo' jarra, ka' jo'op' u utia'al u herbívoro simulado, le OS u Ms (W + OSMs) ku meyajtiko'ob utia'al u manejar le punción herida posiciones le' estandarizadas. S1 (W + OSSl) larvas wa ja' (W + W). Le kaambalil yo'osal (C) leti' jump'éel le' ma' k'aschaja'an. (B) Inducibilidad (RDPI ti' comparación yéetel le cuadro kanik), diversidad (índice Hj) yéetel especialización (índice δj) índice calculado utia'al u mapa metabolitos yaabilajech (599 MS leti' MS; archivo datos S1). Le asteriscos ku ye'esik jela'anil ichil le alimentación directa ti' le herbívoro yéetel le múuch' kaambalil yo'osal (prueba t ti' le xooknalo'obo' yéetel prueba t emparejada, *P<0.05 yéetel ***P<0.001). ns, ma' k'a'anan. (C) Índice u resolución k'iin u noj bejo' (caja azul, aminoácido, ácido orgánico yéetel monkaab; archivo datos S2) yéetel espectro metabolitos yaabilajech (caja roja 443 MS leti' MS; archivo datos S1) ka' u Ts'a'akal herbívoro simulado. Le banda u boonil ku ya'alik le intervalo confianza 95%. Le asterisco ku ye'esik u jela'anil ichil le Ts'a'akal yéetel le kaambalil yo'osal [análisis cuadrático ti' le varianza (ANOVA), seguido tumen u jela'anil in honestamente significativa u Tukey (HSD) utia'al u comparaciones múltiples post hoc, *P<0.05, **P<0.01 Yéetel *** P <0.001]. (D) Especialización u gráficos u dispersión yéetel perfiles metabolitos especiales (muestras repetidas yéetel jejeláas tratamientos).
Utia'al u xak'alta'al wa le remodelación inducida tumen le herbívoros ti' le nivel metaboloma ku refleja ti' le cambios ti' le nivel metabolitos individuales, yáax k centramos ti' le metabolitos ka'ache' estudiados ti' u le' Nepenthes pallens yéetel resistencia herbívora probada. Le amidas fenólicas ku conjugados hidroxicinamida-poliamina ku acumulan ichil le tuukula' herbívoro ti' le insectos yéetel u k'ajóolta'ano'ob tumen xu'ulsiko'ob u rendimiento le insectos (32). Kaxtajo'on le precursores ti' le MS leti' MS correspondiente yéetel trazamos u curvas cinéticas acumulativas (yoochel S1). Ma' jach sorprendente, le derivados fenol ma' táan Jun involucrados ti' le defensa xu'ullsa'al le herbívoros, bey le ácido clorogénico (CGA) yéetel le rutina, ku down-regulated ka' le herbívoro. U jela'anil, le herbívoros je'el u meentik amidas fenol jach potentes. Le alimentación continua ti' le ka'ap'éel herbívoros resultó ti' óol le k'iino' je'el xano' espectro excitación ti' le fenolamidas, ka le patrón bin especialmente obvio utia'al u síntesis de novo ti' le fenolamidas. Le k'iino' je'el xano' Uláak ba'al yaan u observado ken u explora le bejo' 17-hidroxigeranil nonanediol diterpeno glicósidos (17-HGL-DTGs), ku produce jump'éel nuxi' meyaj ku u diterpenos acíclicos yéetel noj antiherbívoras xoknáalo'obo' (33), ti' le ku Ms Feeding yéetel Sl desencadenó jump'éel expresión similar (Figura S1)).
Le posible desventaja ti' le experimentos alimentación directa ti' le herbívoros jach u jela'anil in le tasa jant p'áatalij le' yéetel le k'iin alimentación ti' le herbívoros, ku beetik talam u tselik le táanil específicos ti' le herbívoros causados ​​tumen heridas yéetel herbívoros. Utia'al u ma'alo'ob resolver le especificidad especie herbívora ti' le núukik metabólica u le' inducida, simulamos le alimentación larvas Ms yéetel Sl aplicando inmediatamente le OS recién recogido (OSM yéetel OSS1) ti' le punción estándar W u posiciones le' consistentes. Le procedimiento u k'aaba' W + OS Ts'a'akal, ka estandariza le inducción tumen precisamente k'iinil le Chúunul le núukik provocada tumen le herbívoro xma' causar táanil confusos ti' diferencias ti' le tasa wa cantidad asab t'aan (Figura 2A) (34). Utilizando le tubería análisis yéetel cálculo MS leti' MS, recuperamos 443 espectros MS leti' MS (archivo datos S1), ku superponían yéetel le espectros ka'ache' ensamblados ti' experimentos alimentación directa. Le análisis teoría a'alajil t'aan ti' le conjunto datos MS leti' MS tu ye'esaj u le reprogramación metabolomas especializados ti' le' tumen simulación herbívoros tu ye'esaj inducementos específicos ti' le OS (yoochel 2C). Tu particular, ti' comparación yéetel le Ts'a'akal OSS1, OSM tu beetaj jump'éel mejora ti' le especialización metaboloma ti' 4 horas. K'a'ana'an u ya'ala'ale' u ti' comparación yéetel le conjunto datos experimentales u alimentación directa herbívoro, le cinética metabólica visualizada ti' kúuchil bidimensional utilizando Hj yéetel δj bey coordenadas yéetel le direccionalidad le especialización metaboloma ti' núukik le Ts'a'akal herbívoro simulado ichil le k'iin Aumento consistente (yoochel 2D). Ti' le k'iino' je'el xano' k'iin, cuantificamos le contenido aminoácidos, ácidos orgánicos yéetel azúcares (archivo datos S2) utia'al investigar wa le aumento dirigido ti' le ma'alo'obtal metaboloma jach debido a le reconfiguración metabolismo carbono central ti' núukik herbívoros simulados ( Figura S2). Utia'al u ma'alo'ob tsolik le patrón, k monitoreado asab le cinética acumulación metabólica ti' le vías fenolamida yéetel 17-HGL-DTG discutidas ka'achij. Le inducción específica ti' le OS ti' le herbívoros ku transforma ti' jump'éel patrón reorganización diferencial ichil le metabolismo fenolamida (yoochel S3). Le amidas fenólicas ku taasik cumarina yéetel cafeoilo ku inducir tumen OSS1, ka' jo'op' u OSMs desencadenan jump'éel inducción específica ti' conjugados ferulilo. Utia'al u bejil 17-HGL-DTG, inducción OS diferencial tumen yik'áalil malonilación yéetel dimalonilación aguas abajo bin detectada (yoochel S3).
Tu láak', estudiamos le plasticidad transcriptoma inducida tumen OS utilizando le conjunto datos microarray k'iin-curso, ku simula u búukinta'al OSMs utia'al u k'aax u le' le páak'alo' roseta ti' herbívoros. Le cinética muestreo básicamente ku superponen yéetel le cinética utilizada ti' le xooko' metabolómica (35). Ti' comparación yéetel le reconfiguración metaboloma tu'ux le plasticidad metabólica ku ya'abtal particularmente yéetel le k'iin, observamos ráfagas transcripción transitorias ti' le' inducidas tumen Ms, tu'ux le inducibilidad transcriptoma (RDPI) yéetel especialización (δj) táan ti' 1 Yaan ka'ach jump'éel aumento significativo ti' horas, ka diversidad (Hj) ti' le ch'aaj k'iin, le expresión BMP1, bin reducida significativamente tumen le relajación especialización ti' le transcriptoma (Figura S4). U láak'tsilo'ob le genes metabólicos (bey P450, glucosiltransferasa, yéetel BAHD aciltransferasa) táakpajalo'ob ti' le tuukula' u montaje metabolitos especiales u kúuchilo'ob estructurales derivadas ti' le metabolismo primario, siguiendo le bix u ka'anal especialización temprana mencionado. Bey jump'éel xook óoltaj, u bejil le fenilalanina bin u analizada. Le análisis tu ye'esaj u le genes núcleo ti' le metabolismo fenolamida ku jach inducidos tumen OS ti' le herbívoros ti' comparación yéetel le páak'alo'obo' ma' atraídas, ka táan estrechamente alineados ti' u patrones expresión. Le factor transcripción MYB8 yéetel le genes estructurales PAL1, PAL2, C4H yéetel 4CL ti' le río superior ti' le bejo' mostraron iniciación temprana ti' le transcripción. Le aciltransferasas ku báaxal jump'éel ju'un ti' le montaje final ti' le fenolamida, bey AT1, DH29, yéetel CV86, exhiben jump'éel patrón u regulación prolongada (yoochel S4). Le observaciones anteriores indican u le iniciación temprana ti' le especialización transcriptoma yéetel le mejora posterior ti' le especialización metabolómica ku jump'éel modo acoplado, ku páajtal u debido a le yaan regulador síncrono ku inicia jump'éel núukik defensa poderosa.
Le reconfiguración ti' le señalización hormona vegetal actúa bey juntúul capa reguladora ku integra a'alajil t'aan herbívora utia'al u reprogramar le fisiología le páak'alo'obo'. Ka' le simulación herbívora, P'iis le dinámica acumulativa ti' le categorías hormonas clave ti' le páak'alo' yéetel visualizamos le coexpresión temporal ichil leti'ob [coeficiente correlación Pearson (PCC)> 0.4] (Figura 3A). Bix u pa'ta'al, le hormonas vegetales relacionadas yéetel le biosíntesis ku vinculan ichil le páawo'ob coexpresión hormonas vegetales. Beyxan, le especificidad metabólica (índice Si) ku mapear ti' le páawo'ob utia'al u destacar le hormonas vegetales inducidas tumen jejeláas tratamientos. Ka'ap'éel kúuchilo'ob k'ajle' u núukik específica herbívora ku dibujan: juntúule' ti' le clúster JA, tu'ux JA (u bix biológicamente activa JA-Ile) yéetel uláak' derivados JA muestran le asab puntuación Si; le uláak'o' leti' etileno (ET). Gibberellin tu ye'esaj chéen jump'éel aumento moderado ti' le especificidad herbívora, ka' jo'op' u uláak' hormonas vegetales, bey le citoquinina, auxina yéetel ácido abscísico, yaan ka'ach baja especificidad inducción utia'al u herbívoros. Ti' comparación yéetel u búukinta'al W + W chéen, le amplificación le je'o' pico u derivados JA yo'osal le ka'anatako'ob OS (W + OS) básicamente je'el u páajtal u transformado ti' jump'éel indicador específico k'a'am u JAs. Ma' u páa'ta'al, OSM yéetel OSS1 yéetel jejeláas contenido elicitor ku k'ajóolta'ano'ob tumen causar acumulación similar ti' JA yéetel JA-Ile. U jela'anil in OSS1, OSM jach específicamente yéetel fuertemente inducido tumen OSMs, ka' jo'op' u OSS1 ma' amplifica le núukik le heridas basales (yoochel 3B).
(A) Análisis páawo'ob coexpresión basado ti' cálculo PCC u simulación cinética u acumulación hormonas vegetales inducidas tumen herbívoros. Le nodo ku chíikbesik jump'éel chéen hormona vegetal, yéetel u nojchil le nodo ku chíikbesik le índice Si específico ti' le hormona vegetal ichil le tratamientos. (B) Acumulación JA, JA-Ile yéetel ET ti' le' causadas tumen jejeláas tratamientos indicados tumen jejeláas boonilo'ob: albaricoque, W + OSM; azul, W + OSSl; negro, W + W; gris, C (kaambalil yo'osal) . Le asteriscos indican diferencias significativas ichil le Ts'a'akal yéetel le kaambalil yo'osal (ANOVA ka'ap'éel vías seguido tumen Tukey HSD post hoc comparación múltiple, *** P <0.001). Análisis teoría a'alajil t'aan ti' (C) 697 MS leti' MS (archivo datos S1) ti' biosíntesis JA yéetel espectro percepción deteriorado (irAOC yéetel irCOI1) yéetel (D) 585 MS leti' MS (archivo datos S1) ti' ETR1 yéetel señal ET deteriorado Ka'atúul tratamientos herbívoros simulados desencadenó líneas páak'alo'obo' yéetel controles vehículo (EV) páak'alo'obo'. Le asteriscos indican diferencias significativas ichil le Ts'a'akal W + OS yéetel le kaambalil yo'osal ma' dañado (ANOVA ka'ap'éel vías seguida tumen Tukey HSD post hoc comparación múltiple, * P < 0.05, ** P < 0.01 yéetel *** P < 0.001). (E) Gráficos dispersos u oposición dispersa ti' le especialización. Le boonilo'obo' ku chíikbesiko'ob jejeláas cepas modificadas genéticamente; le chíikulo'obo' ku chíikbesiko'ob jejeláas bix u ts'aaktal: triángulo, W + OSS1; rectángulo, W + OSM; wóoliso' C
Tu láak', utilizamos jump'éel cepa modificada genéticamente u Nepenthes atenuado (irCOI1 yéetel sETR1) ti' le wook clave ti' le biosíntesis JA yéetel ET (irAOC yéetel irACO) yéetel le percepción (irCOI1 yéetel sETR1) utia'al u analizar le metabolismo le k'iino'oba' ka'ap'éel hormonas vegetales ti' herbívoros Le contribución relativa ti' le reprogramación. Je'el bix le experimentos máaniko'obo', confirmamos le inducción herbívoro-OS ti' paak'alo'ob portadores vacíos (EV) (yoochel 3, C u D) yéetel le disminución global ti' le índice Hj causado tumen OSM, ka' jo'op' u le índice δj aumentó. Le núukik jach asab pronunciada u le núukik desencadenada tumen OSS1. jump'éel gráfico ka'ap'éel líneas ku meyajtiko'ob Hj yéetel δj bey coordenadas ku ye'esik le desregulación específica (yoochel 3E). Le tendencia asab obvia jach u ti' le cepas carecen u señal JA, le diversidad metaboloma yéetel le cambios especialización causados ​​tumen le herbívoros ku óol jaatsatako'ob eliminados (yoochel 3C). U jela'anil, le percepción ET silenciosa ti' le páak'alo'obo' sETR1, kex le efecto global ti' le cambios ti' le metabolismo herbívoro jach asab t'okik u le señalización JA, atenua u jela'anil in ti' le índices Hj yéetel δj ichil le excitaciones OSM yéetel OSS1 (yoochel 3D yéetel figura S5). . Le je'ela' ku ye'esik u Beyxan ti' kaambalilo'ob le función k'ajle' ti' le transducción señal JA, le transducción señal ET xan meyaj bey jump'éel afinación ti' le núukik metabólica específica ti' le especie ti' le herbívoros. Je'el bix le función u afinación fina, ma' yanchaj mix k'eexpajal ti' le inducibilidad global ti' le metaboloma ti' le páak'alo'obo' sETR1. Ba'axten otra parte, ti' comparación yéetel le páak'alo'obo' sETR1, le páak'alo'obo' irACO indujo amplitudes globales similares ti' le cambios metabólicos causados ​​tumen le herbívoros, ba'ale' tu ye'esaj significativamente jejeláas Hj yéetel δj puntuaciones ichil OSM yéetel OSS1 desafíos (Figura S5).
Utia'al u identificar metabolitos especializados ba'ax yaan ti' contribuciones importantes ti' le núukik específica ti' le especie ti' le herbívoros yéetel afinar u producción yo'osal señales ET, utilizamos le método estructural MS leti' MS desarrollado ka'ache'. Le método ku basa ti' le método bi-agrupación utia'al u k'a' inferir le ch'i'ibalil metabólica u fragmentos MS leti' MS [producto ch'aaj normalizado (NDP)] yéetel puntuación similitud basada ti' asab neutral (NL). Le conjunto datos MS leti' MS construido yo'osal le análisis líneas transgénicas ET produjo 585 MS leti' MS (archivo datos S1), ku bin resuelto tumen agrupar le ti' siete k'ajle' módulos MS leti' MS (M) (Figura 4A) . Yaan ti' le k'iino'oba' módulos táan densamente embalados yéetel metabolitos especiales caracterizados ka'ache': je'ebix, M1, M2, M3, M4 yéetel M7 ku ayik'alo'ob ti' jejeláas derivados fenol (M1), glucósidos flavonoides (M2), azúcares acil (M3 yéetel M4), yéetel 17-HGL-DTG (M7). Beyxan, ku calcularta'al u a'alajil t'aan específica metabólica (índice Si) ti' jump'éel chéen metabolito ti' Amal módulo, yéetel u distribución Si je'el u páajtal u yila'al intuitivamente. Tu ke, le espectros MS leti' MS ku ye'esik ka'anal herbivoría yéetel especificidad genotipo ku caracterizan tumen ka'anatako'ob valores Si, ka estadísticas kurtosis indican le distribución u tso'otsel ti' le ti'its'o' u nej k'abil beya'. Juntúul tal distribución coloide magra bin detectada ti' M1, tu'ux le amida fenol tu ye'esaj le fracción Si asab ka'anal (yoochel 4B). Le 17-HGL-DTG inducible herbívoro mencionado ka'achij ti' M7 tu ye'esaj jump'éel puntuación Si moderada, indicando jump'éel grado moderado u regulación diferencial ichil le ka'ap'éel tipos OS. U jela'anil, óol tuláakal le máasewáalo'obo' u metabolitos especializados producidos constitutivamente, bey rutina, CGA, yéetel azúcares acil, ku ichil le puntuaciones Si asab bajas. Utia'al u ma'alo'ob xak'alta'al le complejidad estructural yéetel le distribución Si ichil metabolitos especiales, jump'éel páawo'ob molecular bin construida utia'al Amal módulo (yoochel 4B). jump'éel k'a'anan predicción ti' le teoría OD (resumen ti' le yoochel 1B) jach u le reorganización metabolitos especiales ka' le herbívoro k'a'ana'an conducir ti' cambios unidireccionales ti' le metabolitos yéetel ka'anal je'o' defensa, especialmente tumen aumento u especificidad (u contrario u distribución aleatoria) Modo) Metabolito defensivo predicho tumen le teoría MT. Óol tuláakal le máasewáalo'obo' ti' le derivados fenol acumulados ti' M1 táan funcionalmente relacionados yéetel le disminución rendimiento le insecto (32). Le ken u compara le valores Si ti' le metabolitos M1 ichil le le' inducidas yéetel le le' constituyentes ti' le páak'alo'obo' kaambalil yo'osal EV ti' 24 horas, observamos u le especificidad metabólica u ya'ab metabolitos ka' insectos herbívoros yaan jump'éel tendencia creciente significativa (yoochel 4C). Le aumento específico ti' le je'o' Si bin detectado chéen ti' fenolamidas defensivas, ba'ale' ma' bin detectado aumento ti' le je'o' Si ti' uláak' fenoles yéetel metabolitos desconocidos coexistiendo ti' le módulo. Lela' jump'éel bix especializada, ba'ax yaan u yil yéetel le teoría OD. Le k'ajle' predicciones ti' le cambios metabólicos causados ​​tumen le herbívoros ku consistentes. Utia'al u probar wa le particularidad ti' le espectro fenolamida bin inducida tumen ET específico ti' OS, trazamos le índice metabolito Si yéetel causamos jump'éel je'o' expresión diferencial ichil OSM yéetel OSS1 ti' le genotipos EV yéetel sETR1 (Figura 4D ). Ti' sETR1, le jela'anil inducida tumen le fenamida ichil OSM yéetel OSS1 bin grandemente reducida. Le método bi-agrupación xan bin aplicado ti' datos MS leti' MS recogidos ti' cepas yéetel JA insuficiente utia'al u inferir le k'ajle' módulos MS leti' MS relacionados yéetel le especialización metabólica regulada tumen JA (yoochel S6).
(A) Ya'ala'al máaxo'ob máano'ob le agrupación 585 MS leti' MS basado ti' fragmento compartido (similitud NDP) yéetel asab neutral compartida (similitud NL) resultan ti' le módulo (M) siendo consistente yéetel le ch'i'ibalil compuesto k'ajóolta'an, wa tumen composición Metabolito desconocida wa k'aas metabolizada. Tu tséel Amal módulo, ku ye'esik le distribución específica (Si) ti' le metabolito (MS leti' MS). (B) Páawo'ob molecular modular: Le nodos representan MS leti' MS yéetel bordes, NDP (rojo) yéetel NL (azul) MS leti' MS puntuaciones (cut-off,> 0.6). Le índice especificidad metabolito graduado (Si) boonil basado ti' le módulo (ts'íik lela') yéetel mapeado ti' le páawo'ob molecular (derecha). (C) Módulo M1 u páak'alo' EV ti' noj constitutivo (kaambalil yo'osal) yéetel inducido (herbívoro simulado) ti' 24 horas: diagrama páawo'ob molecular (je'o' Si jach u Buka'aj le nodo, fenolamida defensiva ku resalta ti' azul). (D) Le diagrama páawo'ob molecular M1 ti' le internet ichil espectro sETR1 yéetel percepción EV yéetel ET deteriorada: le compuesto fenólico representado tumen le nodo wóoliso' ya'ax, yéetel le jela'anil in significativa (je'o' P) ichil W + OSM yéetel W + OSS1 tratamientos bey Buka'aj nodo. CP, N-cafeoil-tirosina; CS, N-cafeoil-espermidina; FP, ácido N-ferúlico éster-ácido úrico; FS, N-ferulil-espermidina; CoP, N', N “-Coumarolyl-tyrosine; DCS, N', N”-dicaffeoyl-spermidine; CFS, N', N”-caffeoyl, feruloyl-spermidine; Lycium barbarum in wolfberry Son; Nick. O-AS, O-acyl sugar.
K extendimos asab le análisis tak jump'éel chéen genotipo Nepenthes atenuado ti' le poblaciones ku yúuchul, tu'ux k'a'am cambios intraespecíficos ti' le niveles JA herbívoros yéetel le niveles metabolitos específicos séen sido descritos ka'ache' ti' le poblaciones ku yúuchul (26). Meyaj le datos utia'al u pixik 43 germplasmas. Le k'iino'oba' germplasmas ku beetiko'ob 123 u jejeláasil paak'alo'ob ti' N. pallens. Le paak'alo'oba' bino'ob ch'a'abal ti' neek'o'ob recogidas ti' jejeláas hábitats nativos ti' Utah, Nevada, Arizona, yéetel California (Figura S7), calculamos le diversidad metaboloma (waye' llamado nivel jo'olkaajo') β diversidad) yéetel le especialización causada tumen OSM. Je'el bix le xook ts'o'ok u máano'obo', k ilik jump'éel amplia gama cambios metabólicos a lo largo de le ejes Hj yéetel δj, indicando u germplasmas yaan diferencias significativas ti' le plasticidad u respuestas metabólicas ti' le herbívoros (Figura S7). Le mola'aya' ku k'a'ajsik le ba'alo'ob ts'o'ok u yila'alo'ob yóok'ol le gama dinámica ti' le cambios JAs causados ​​tumen le herbívoros, ka ts'o'ok u mantenido jump'éel jach ka'anal je'o' ti' jump'éel tin juunal jo'olkaajo' (26, 36). Yo'osal u búukinta'al JA yéetel JA-Ile utia'al u probar le correlación nivel global ichil Hj yéetel δj, k encontramos u yaan jump'éel correlación positiva significativa ichil JA yéetel le metaboloma β diversidad yéetel índice especialización (Figura S7). Le je'ela' ku ye'esik u le heterogeneidad inducida tumen le herbívoros ti' le inducción JAs detectada ti' le nivel jo'olkaajo' je'el u páajtal u debido a polimorfismos metabólicos clave causados ​​tumen le selección herbívoros insectos.
Xook máako'ob síinajo'obo' ts'o'ok u demostrado u tipos le tabaco difieren grandemente ti' bin yano'ob yéetel dependencia relativa ti' le defensas metabólicas inducidas yéetel constitutivas. Ku tukulta'al le k'eexo'ob ti' le transducción señal anti-herbívora yéetel le Buka'aj u ba'al u defensa ku regulan tumen le presión le kaajnáalilo'obo' insectos, ciclo kuxtal le páak'alo', yéetel Baajux producción defensa ti' le nicho tu'ux ku nojochtal jump'éel especie dada. Xooknajo'on u consistencia le remodelación metaboloma le' inducida tumen herbívoros seis especies Nicotiana nativas u Amerika Xaman yéetel Amerika nojol. Le k'iino'oba' especies ku náats'al yéetel Nepenthes North America, u k'aaba'e' Nicolas Bociflo. La, N. nicotinis, Nicotiana n. xíiw atenuada, Nicotiana tabacum, tabaco lineal, tabaco (Nicotiana spegazzinii) yéetel tabaco u le' tabaco (Nicotiana obtusifolia) (Figura 5A) (37). Seis ti' le k'iino'oba' especies, incluyendo le especie ma'alob caracterizada N. please, ku paak'alo'ob anuales ti' le clado petunia, ka obtusifolia N. ku perennes ti' le clado kiik Trigonophyllae (38). Ka' ts'o'oke', W + W, W + OSM yéetel W + OSS1 inducción u realizaron ti' le k'iino'oba' siete especies utia'al u xook le reorganización metabólica ti' le nivel especie ti' le alimentación insectos.
(A) jump'éel che'o' filogenético bootstrap basado ti' le máxima probabilidad [uti'al u síntesis glutamina nuclear (38)] yéetel le distribución geográfica u siete especies Nicotiana estrechamente relacionadas (jejeláas boonilo'ob) (37). (B) jump'éel gráfico u dispersión u diversidad especializada utia'al u perfiles metabólicos u siete especies Nicotiana (939 MS leti' MS; archivo datos S1). Ti' le nivel especie, le diversidad metaboloma táan negativamente correlacionada yéetel le grado especialización. Le análisis ti' le correlación nivel especie ichil le diversidad metabólica yéetel le especialización yéetel le acumulación JA ku ye'esik ti' le yoochel 2. S9. boonil, jejeláas tipos; triángulo, W + OSS1; rectángulo, W + OSM; (C) Nicotiana JA yéetel JA-Ile dinámicas ku clasifican bin u amplitud excitación OS (ANOVA ka'ap'éel vías yéetel Tukey HSD post-comparación múltiple, * P <0.05, ** P <0.01 yéetel * ** Utia'al u comparación W + OS yéetel W + W, P <0.001). Gráfico u cuadro u (D) diversidad yéetel (E) especialización Amal especie ka' simular herbívoros yéetel metilo JA (MeJA). Le asterisco ku ye'esik u jela'anil ichil W + OS yéetel W + W wa lanolina asab W (Lan + W) wa Lan asab MeJA (Lan + MeJa) yéetel kaambalil yo'osal Lan (análisis u varianza ka'ap'éel vías, seguido tumen Tukey's HSD post hoc comparación múltiple , *P<0.05, **P<0.01 yéetel ***P<0.001).
Yéetel le método dual clúster, identificamos 9 módulos u 939 MS leti' MS (archivo datos S1). Le composición MS leti' MS reconfigurado tumen jejeláas tratamientos varía grandemente ichil jejeláas módulos ichil especies (Figura S8). U yila'al Hj (ku ya'ala'al waye' bey γ-diversidad ti' nivel especie) yéetel δj ku ye'esik u jejeláas especies ku agregan ti' múuch' jach jejeláas ti' le kúuchil metabólico, tu'ux le división ti' nivel especie suele u asab prominente u le excitación. Yéetel u excepción N. linear yéetel N. obliquus, ku ye'esik jump'éel amplia gama dinámica u táanil inducción (yoochel 5B). U jela'anil, especies bey N. purpurea yéetel N. obtusifolia yaan jump'éel núukik metabólica menos obvia ti' le Ts'a'akal, ba'ale' le metaboloma jach asab diverso. Le distribución específica ti' le especie ti' le núukik metabólica inducida resultó ti' jump'éel correlación negativa significativa ichil le especialización yéetel le diversidad gamma (PCC = -0.46, P = 4.9 × 10-8). Le cambios inducidos tumen OS ti' le niveles JAs táan positivamente correlacionados yéetel le especialización metaboloma, ka negativamente correlacionados yéetel le diversidad gamma metabólica exhibida tumen Amal especie (yoochel 5B yéetel yoochel S9). K'a'ana'an u ya'ala'ale' le especies coloquialmente referidas bey especies "núukik señal" ti' le yoochel 5C, bey nematodos Nepenthes, Nepenthes nepenthes, Nepenthes agudo, yéetel Nepenthes atenuado, causaron signos significativos ti' 30 minutos. Le recientes brotes JA yéetel JA-Ile específicos ti' OS, ka' jo'op' u uláak' bacterias llamadas "señal ma' responden", bey Nepenthes mills, Nepenthes powdery yéetel N. obtusifolia chéen muestran inducción JA-Ile Edge xma' mix especificidad OS (Figura 5C). Ti' le nivel metabólico, bey mencionado ka'anal, utia'al u Nepenthes atenuado, le sustancias sensibles ti' le señal mostraron especificidad OS yéetel aumentó significativamente δj, ka' jo'op' u xu'ulsiko'ob Hj. Le efecto cebado específico ti' le OS ma' bin detectado ti' especies clasificadas bey especies ma' reactivas ti' le señal (yoochel 5, D yéetel E). Le metabolitos específicos ti' le OS ku comparten asab in menudo ichil le especies sensibles ti' le señal, ka le k'iino'oba' racimos señal agrupan yéetel especies yéetel respuestas señal asab débiles, ka' jo'op' u especies yéetel respuestas señal asab débiles muestran menos interdependencia (Figura S8 ). Le ba'ala' ku ye'esik u le inducción específica ti' le OS ti' JAs yéetel le reconfiguración específica ti' le OS ti' le metaboloma aguas abajo ku acoplados ti' le nivel especie.
Tu láak', utilizamos jump'éel pasta lanolina ku taasik metilo JA (MeJA) utia'al u k'aax le páak'alo'obo' utia'al investigar wa le k'iino'oba' modos acoplamiento ku restringidos tumen le disponibilidad JA aplicado tumen JA exógeno, ku yaan ti' le citoplasma le páak'alo'obo'. le deesterificación rápida jach JA. K encontramos le bak'paach tendencia ti' le k'eexpajal gradual u especies sensibles ti' le señal ti' le especies ma' sensibles ti' le señal causada tumen le suministro continuo u JA (yoochel 5, D yéetel E). Tu ke, le Ts'a'akal MeJA fuertemente reprogramó le metabolomas nematodos lineales, N. obliquus, N. aquaticus, N. pallens, yéetel N. mikimotoi, ts'áaik tumen resultado jump'éel aumento significativo ti' δj yéetel jump'éel disminución ti' Hj. N. purpurea chéen tu ye'esaj jump'éel aumento ti' δj, ba'ale' ma' Hj. N. obtusifolia, ku ts'o'ok u demostrado ka'ache' u acumular niveles extremadamente bajos u JAs, xan responde k'aas ti' le Ts'a'akal MeJA ti' términos u reconfiguración le metaboloma. Le ba'ax ku yila'ala' ku ye'esik u producción JA wa transducción señal jach fisiológicamente restringida ti' especies ma' responden ti' le señal. Utia'al u yilik le hipótesis, k xak'altik le kanp'éel especies (N. pallens, N. mills, N. pink yéetel N. microphylla) inducidas tumen W + W, W + OSMs yéetel W + OSS1 Transcriptome (39). Je'el bix u beeta'al u remodelación le metaboloma, le especies táan ma'alob separadas ti' le kúuchil transcriptoma, ichil le ku N. atenuado tu ye'esaj le asab ka'anal RDPI inducido tumen OS, ka' jo'op' u N. gracilis yaan ka'ach le asab t'okik (yoochel 6A). Ba'ale', kaxta'ab u le diversidad transcriptoma inducida tumen N. oblonga bin le asab baja ichil le kan especies, contrario ti' le asab ka'anal diversidad metabonómica u N. oblonga ka'ache' demostrada ti' siete especies. Xook máako'ob síinajo'obo' ts'o'ok u demostrado u jump'éel múuch' genes relacionados yéetel le señales defensa temprana, incluyendo señales JA, u tsool le especificidad le respuestas defensa temprana inducidas tumen elicitores relacionados yéetel herbívoros ti' especies Nicotiana (39). U ke'etel le vías señalización JA ichil le k'iino'oba' kantúul especies reveló jump'éel patrón ts'áik (yoochel 6B). Óol tuláakal le máasewáalo'obo' ti' le genes ti' le bejo', bey AOC, OPR3, ACX yéetel COI1, mostraron niveles relativamente ka'anatako'ob u inducción ti' le k'iino'oba' kan especies. Ba'ale', jump'éel gen clave, JAR4, ku sutk'esik JA ti' u bix u biológicamente activa u JA-Ile acumulado transcripciones, ka u nivel transcripción jach t'okik, especialmente ti' N. mills, Nepenthes pieris yéetel N. microphylla. Beyxan, chéen le transcripción uláak' gen AOS ma' bin detectada ti' N. bifidum. Le k'eexo'ob ti' le expresión genética je'el u páajtal u responsable ti' le fenotipos extremos inducidos tumen le baja producción JA ti' especies anérgicas señal yéetel le inducción N. gracilis.
(A) Análisis teoría a'alajil t'aan ti' le reprogramación le respuestas transcripcionales tempranas u kantúul especies tabaco estrechamente relacionadas muestreadas 30 minutos ka' u inducción le herbívoro. RDPI ku calcula tumen comparar le le' inducidas tumen le OS herbívoro yéetel le kaambalil yo'osal le herida. Le boonilo'obo' ku ye'esik jejeláas especies, yéetel le símbolo'obo' ku ye'esik jejeláas bix u ts'a'akal. (B) Análisis ti' le expresión genética ti' le vías señalización JA ichil kantúul especies. Le bejil JA simplificada ku ye'esik tu tséel le cuadro cuadro. jejeláas boonilo'ob ku ye'esik jejeláas bix u meyajta'al. Le asterisco ku ye'esik yaan jump'éel jela'anil ichil le Ts'a'akal W + OS yéetel le kaambalil yo'osal W + W (uti'al u t-test le xooknalo'obo' utia'al u diferencias pairwise, *P<0.05, **P<0.01 yéetel ***P<0.001). OPDA, ácido 12-oxofitodienoico; OPC-8: 0,3-oxo-2(2′(Z)-pentenil)-ciclopentano-1-octanóico acid.
Te' u ts'ook jaats, k estudiado bix u remodelación específica u especies insectos ti' le metaboloma jejeláas especies paak'alo'ob je'el u páajtal u resistente ti' le herbívoros. Le investigación anterior tu ts'áaj u muuk' le género Nicotiana. U resistencia ti' Ms yéetel larvas jach jela'an (40). Te'ela', k estudiado le conexión ichil le bix yéetel u plasticidad metabólica. Utilizando le kanp'éel especies tabaco anterior, ka prueba le correlación ichil le diversidad yéetel especialización le metaboloma causada tumen le herbívoros yéetel le resistencia le páak'alo'obo' ti' Ms yéetel Sl, encontramos le resistencia, diversidad yéetel especialización ti' le generalista Sl Tuláakal táan positivamente correlacionados, ka' jo'op' u le correlación ichil le resistencia ti' le ko'olelo'obo' expertas yéetel le especialización jach t'ona'an, ka le correlación yéetel le diversidad ma' jach significativa (Figura 10). Tu yo'olal u resistencia S1, le N. chinensis yéetel N. gracilis atenuados, ku demostraron ka'ache' utia'al u ye'esik niveles transducción señal JA yéetel plasticidad metaboloma, yaan ka'ach respuestas jach jejeláas ti' le inducción herbívora, ka xan mostraron ka'anal resistencia similar. Sexo.
ichil le ts'ook sesenta ja'abo'obo', u teoríail u kanáanta'al le páak'alo'obo' ts'o'ok u ts'áaik jump'éel marco teórico, basado ti' le ba'ax le investigadores ts'o'ok u predicho jump'éel meyaj ku considerable u evolución yéetel noj le metabolitos especializados ti' le páak'alo'obo'. Óol tuláakal le máasewáalo'obo' ti' le k'iino'oba' teorías ma' siguen le procedimiento normal ti' inferencias k'a'ankach (41). Ku ts'áaiko'ob predicciones clave (3) ti' le k'iino' je'el xano' nivel análisis. Le ken u prueba le predicciones clave ku cha'antik teorías específicas u analizar, le je'ela' yaan u mentik le Le sikte táan u bin táanil. Ka áanta'ak, ba'ale' rechazar u láak'o'ob (42). Tu kúuchilo'ob, le túumben teoría ku beetik predicciones ti' jejeláas niveles análisis yéetel ku ts'áabal jump'éel túumben capa consideraciones descriptivas (42). Ba'ale', le ka'ap'éel teorías propuestas ti' le nivel funcional, MT yéetel OD, páajtal u explicadas uchik bey predicciones importantes ti' cambios metabólicos especializados causados ​​tumen le herbívoros: teoría OD u oksaj óoltik wa u cambios ti' le "espacio" metabólico especializado ku jach direccionales. Le teoría MT u oksaj óoltik wa le k'iino'oba' cambios yaan u beel ma' direccionales yéetel aleatoriamente situados ti' le kúuchil metabólico, ka tienden yaantal metabolitos ka'anal je'o' defensa. Exámenes anteriores ti' le predicciones OD yéetel MT u séen probado utilizando jump'éel estrecho múuch' compuestos "defensa" a priori. Le k'iino'oba' pruebas centradas ti' metabolitos precluyen le Buka'aj u ba'al u analizar le extensión yéetel le trayectoria u reconfiguración le metaboloma ichil le herbívoro, ka ma' permiten pruebas ichil jump'éel marco estadístico consistente utia'al u requerir predicciones clave ku páajtal considerar bey jump'éel tuláakal Cuantificar cambios ti' le metaboloma le páak'alo'. Te'ela', utilizamos le ma'alo'obtal innovadora ti' metabolómica basada ti' MS computacional yéetel realizamos análisis MS deconvolución ti' le moneda general ti' descriptores teoría a'alajil t'aan utia'al u probar le distinción ichil le ka'ap'éel propuestos ti' le nivel metabolómica global. Le predicción clave ti' le teoría. Le teoría a'alajil t'aan ts'o'ok u aplicado ti' ya'ab sikte, especialmente ti' le contexto le investigación biodiversidad yéetel flujo nutrientes (43). Ba'ale', tak tu'ux k ojel, lela' le yáax ka'anatako'ob utilizada utia'al u describir le kúuchil a'alajil t'aan metabólica ti' le páak'alo'obo' yéetel resolver toop ecológicos relacionados yéetel cambios metabólicos temporales ti' núukik le señales ambientales. Tu particular, u páajtalil le método yaan ti' u páajtalil u comparar patrones ichil yéetel ichil especies vegetales utia'al u examinar bix le herbívoros séen evolucionado u jejeláas especies u patrones macroevolutivos inter-especie ti' jejeláas niveles evolución. Metabolismo.
Análisis componentes principales (PCA) sutk'esiko'ob jump'éel múuch' datos multivariado ti' jump'éel kúuchil reducción dimensionalidad utia'al u le tendencia noj bejo' ti' le datos je'el u páajtal u explicada, bey u suele u meyajtiko'ob bey jump'éel técnica exploratoria utia'al u analizar le múuch' datos, bey le metaboloma desconvolución. Ba'ale', u xu'ulul le dimensionalidad yaan u sa'atal jump'éel jaats ti' le contenido a'alajil t'aan ti' le conjunto datos, ka PCA ma' je'el u páajtal u ts'aik a'alajil t'aan cuantitativa yóok'ol le yáantajo'ob ku particularmente pertinentes ti' le teoría ecológica, bey: bix le herbívoros reconfiguran le diversidad ti' sikte especializados (je'ebix, ayik'alil, distribución) yéetel abundancia) metabolitos? Ba'ax metabolitos ku predictores le noj inducido ti' jump'éel herbívoro dado? Tak u yila'al le especificidad, diversidad yéetel inducibilidad, le contenido a'alajil t'aan ti' le perfil metabolito específico u le' ku descompone, ka ku kaxtik u le janal herbívoros je'el u páajtal u activar metabolismo específico. Ma' k páa'tajo', k ilik, je'el bix u ya'alik le indicadores teoría a'alajil t'aan implementados, le situación metabólica resultante yaan jump'éel nuxi' superposición ka' le ataques le ka'ap'éel herbívoros (le generalista alimentado áak'ab Sl) yéetel le experto Solanaceae Sra. Kex u comportamiento alimentación yéetel concentración ku significativamente jejeláas. Iniciador u conjugado u ácido graso-aminoácido (FAC) ti' OS (31). Yo'osal u búukinta'al OS herbívoro utia'al u k'aax heridas estandarizadas u punción, Ts'a'akal herbívoro simulado xan tu ye'esaj jump'éel tendencia similar. Le procedimiento estandarizado uti'al u simular u núukik le páak'alo'obo' ti' le ataques herbívoros elimina le factores confusos causados ​​tumen cambios ti' le comportamiento alimentario ti' le herbívoros, ku conducen ti' jejeláas grados tu p'ataji' ti' jejeláas súutuko'ob (34). FAC, ku k'ajóolta'an je'el bix u noj ba'alil OSM, ku xu'ulsik JAS yéetel uláak' respuestas hormonas vegetales ti' OSS1, ka' jo'op' u OSS1 ku xu'ulsik cientos Óoxten (31). Ba'ale', OSS1 tu beetaj niveles similares ti' acumulación JA ti' comparación yéetel OSM. Ts'o'ok u ye'esa'al ka'ache' u núukik JA ti' Nepenthes atenuado jach sensible ti' OSM, tu'ux FAC je'el u páajtal u mantener u actividad páajtal wa diluido 1:1000 yéetel ja' (44). Le o'olale', ti' comparación yéetel OSM, kex le FAC ti' OSS1 jach t'okik, jach suficiente utia'al u inducir suficiente brote JA. Xook máako'ob síinajo'obo' ts'o'ok u demostrado u proteínas bey porina (45) yéetel oligosacáridos (46) páajtal utilizar u bey pistas moleculares utia'al u desencadenar respuestas defensa le páak'alo' ti' OSS1. Ba'ale', láayli' ma' jach chika'an wa le k'iino'oba' elicitores ti' OSS1 ku responsables ti' le acumulación JA observada ti' le xooko' actuales.
Kex yaan pocos xook ku describen le huellas metabólicas diferenciales causadas tumen le ka'anatako'ob jejeláas herbívoros wa exógenos JA wa SA (ácido salicílico) (47), Mix máak ts'o'ok u perturbado le perturbación específica ti' le especie herbívora ti' le páawo'ob xíiw vegetal yéetel u táanil ti' le específico Le impacto global ti' le metabolismo jach sistemáticamente estudiado. a'almaj t'aan máaxo'ob. Le análisis tu ts'áaj u yóol u le conexión páawo'ob hormonales internas yéetel uláak' hormonas vegetales uláak' u JAs moldea le especificidad le reorganización metabólica causada tumen le herbívoros. Tu particular, detectamos u ET causado tumen OSM ka'ach significativamente asab nojoch u le causado tumen OSS1. Le modo jach consistente yéetel asab contenido FAC ti' OSM, ba'ax le jump'éel condición k'a'abeto'ob yéetel suficiente utia'al u desencadenar jump'éel ráfaga ET (48). Ti' le contexto le interacción ichil le páak'alo'obo' yéetel le herbívoros, le función señalización ET ti' le dinámica metabolitos específicos ti' le páak'alo' láayli' esporádica yéetel chéen dirige jump'éel chéen múuch' compuestos. Beyxan, óol tuláakal le xooko'ob ts'o'ok u utilizado ka'anatako'ob exógena ti' ET wa u precursores wa jejeláas inhibidores utia'al u xook le regulación ET, ichil le ku le k'iino'oba' aplicaciones químicas exógenas producirán ya'ab táanil secundarios ma' específicos. Ti' k k'ajóolil, le xooko' ku chíikbesik le yáax examen sistemático u nuxi' escala le ju'uno' ET ti' u búukinta'al ET utia'al u producir yéetel percibir paak'alo'ob transgénicas debilitadas utia'al u coordinar le dinámica metaboloma le páak'alo'. Le inducción ET específica ti' le herbívoros je'el u páajtal u modular tu ts'ook instancia le núukik le metaboloma. Le asab k'a'anane' leti' le manipulación transgénica ti' le biosíntesis ET (ACO) yéetel le percepción (ETR1) genes ku reveló le acumulación de novo específica ti' le herbívoro ti' le fenolamidas. Ts'o'ok u ye'esa'al ka'ache' u ET je'el u páajtal u afinar le acumulación nicotina inducida tumen JA yo'osal u regulación le putrescina N-metiltransferasa (49). Ba'ale', tak jump'éel ch'aaj u sáasil mecánico, ma' jach chika'an bix ET afina le inducción fenamida. Beyxan ti' kaambalilo'ob le función transducción señal ti' ET, le flujo metabólico xan je'el u páajtal u desviado u S-adenosyl-1-metionina utia'al u regular le inversión ti' amidas poliaminofenol. S-adenosyl-1-metionine jach ET yéetel intermedio común ti' le bejo' biosintético u poliamina. Le mecanismo tumen le ku señal ET regula le nivel fenolamida k'a'abet asab xook.
Ichil ya'ab k'iin, tuméen le nuxi' meyaj ku u metabolitos especiales u ba'ax desconocida, le intensa óolal ti' categorías metabólicas específicas ma' u sido capaz u evaluar estrictamente le cambios temporales ti' le diversidad metabólica ka' le interacciones biológicas. Bejla'e', basado ti' análisis teoría a'alajil t'aan, le resultado noj bejo' u adquisición espectro MS leti' MS basado ti' metabolitos imparciales jach u herbívoros janal wa simulando herbívoros continúan xu'ulsiko'ob le diversidad metabólica global ti' le metaboloma le' mientras u aumenta u grado especialización. Le aumento temporal ti' le especificidad metaboloma causada tumen herbívoros u asocia yéetel juntúul aumento sinérgico ti' le especificidad transcriptoma. Le característica ku contribuye asab ti' le especialización metaboloma asab nojoch (yaantal jump'éel je'o' Si asab ka'anal) leti' le metabolito yaabilajech yéetel le función herbívora caracterizada ka'ache'. Le modeloa' ku bin tu paach le ba'ax ku ya'ala'al ti' le teoría OD, ba'ale' le ba'ax ku ya'ala'al ti' le MT yaan ba'al u yil yéetel le aleatoriedad ti' le reprogramación metaboloma ma' jach tu beel. Ba'ale', le datos xan le consistentes yéetel le predicción le bix mixto (ma'alo'ob MT; yoochel 1B), tuméen uláak' metabolitos ma' caracterizados yéetel noj defensa desconocidas láayli' páajtal t'u'uchpachtik jump'éel distribución Si aleatoria.
jump'éel patrón notable asab capturado tumen le investigación jach u tak le nivel micro-evolución (chéen páak'alo' yéetel jo'olkaajo' tabaco) ti' jump'éel escala evolutiva asab nojoch (especies tabaco estrechamente relacionadas), jejeláas niveles organización evolutiva táan ti' le "ma'alo'ob defensa" Yaan diferencias significativas ti' le capacidades le herbívoros. Moore et al. (20) yéetel Kessler yéetel Kalske (1) independientemente propuso sutk'esiko'ob le óoxp'éel niveles funcionales ti' le biodiversidad originalmente distinguidos tumen Whittaker (50) ti' le cambios temporales constitutivos yéetel inducidos ti' le diversidad química; le k'iino'oba' autores mix resumieron Le procedimientos utia'al u recopilación datos metaboloma tu gran escala xan ma' delinean bix calcular le diversidad metabólica ti' le k'iino'oba' datos. Te' xook je'ela', mejen ajustes ti' le clasificación funcional u Whittaker considerarán le diversidad α-metabólica bey le diversidad espectros MS leti' MS ti' jump'éel páak'alo' dada, yéetel le diversidad β-metabólica bey le metabolismo intraespecífico básico ti' jump'éel múuch' poblaciones Espacio, yéetel le diversidad γ-metabólica yaan u beel jump'éel extensión le análisis especies similares.
Le señal JA jach k'a'abéet uti'al jump'éel amplia gama respuestas metabólicas herbívoras. Ba'ale', yaan jump'éel si'ipil pruebas cuantitativas rigurosas ti' le contribución le regulación intraespecífica ti' le biosíntesis JA ti' le diversidad metaboloma, ka wa le señal JA jach jump'éel ts'ono'oto' general utia'al u diversificación metabólica inducida tumen estrés ti' jump'éel escala macroevolutiva asab ka'anal láayli' jach elusivo. K ilik u le naturaleza herbívora u Nepenthes herbívora induce le especialización metaboloma yéetel le variación especialización metaboloma ichil le kaajnáalilo'obo' especies Nicotiana yéetel ichil especies Nicotiana estrechamente relacionadas táan sistemáticamente positivamente correlacionada yéetel le señalización JA. Beyxan, ken u k'astal le señal JA, le especificidad metabólica inducida tumen juntúul chéen genotipo herbívoro yaan u cancelada (yoochel 3, C yéetel E). Tuméen le cambios ti' le espectro metabólico ti' le poblaciones Nepenthes atenuadas naturalmente ku asab cuantitativos, le cambios ti' le diversidad β metabólica yéetel especificidad ti' le análisis páajtal u tu gran medida causados ​​tumen le k'a'am excitación categorías compuestos ayik'al ti' metabolitos. Le k'iino'oba' xook compuestos dominan jump'éel nu'ukulil le perfil metaboloma yéetel conducen ti' jump'éel correlación positiva yéetel le señales JA.
Tuméen le mecanismos bioquímicos ti' le especies tabaco estrechamente relacionadas yéetel leti' jach jela'an, le metabolitos ku identifican específicamente ti' le aspecto cualitativo, bey u asab analítico. U procesamiento le teoría a'alajil t'aan ti' le perfil metabólico capturado revela u inducción herbívora exacerba le compromiso ichil le diversidad gamma metabólica yéetel le especialización. Le señal JA ku báaxal jump'éel ju'un k'ajle' ti' le compromiso. Le aumento ti' le especialización metaboloma jach consistente yéetel le noj bejo' predicción OD yéetel táan positivamente correlacionado yéetel le señal JA, ka' jo'op' u le señal JA táan negativamente correlacionada yéetel le diversidad gamma metabólica. Le k'iino'oba' modelos indican u le Buka'aj u ba'al u OD le páak'alo'obo' jach determinada chuunil laat'a'an tumen le plasticidad JA, ts'o'ok bixake' ti' jump'éel escala microevolutiva wa ti' jump'éel escala evolutiva asab nojoch. Experimentos u ka'anatako'ob JA exógena ku eluden le defectos biosíntesis JA revelan asab táanil u especies k'aab tsaats estrechamente relacionadas páajtal u distinguidas ti' especies sensibles ti' le señal yéetel ma' sensibles ti' le señal, a el igual que u modo u JA yéetel plasticidad metaboloma inducido tumen le herbívoros. Le especies ma' sensibles ti' le señal ma' táan u béeytal núukik debido a u incapacidad u producir JA endógeno yéetel tune' táan sujetos u limitaciones fisiológicas. Le je'ela' je'el u páajtal u causado tumen mutaciones ti' yaan genes clave ti' le bejo' señalización JA (AOS yéetel JAR4 ti' N. crescens) ti'. Le resultado ku ye'esik u le k'iino'oba' patrones macroevolutivos interespecieles páajtal u chuunil laat'a'an impulsados ​​tumen cambios ti' le percepción hormona interna yéetel le sensibilidad.
Beyxan ti' kaambalilo'ob le interacción ichil le páak'alo'obo' yéetel le herbívoros, le exploración le diversidad metabólica táan relacionada yéetel tuláakal le avances teóricos importantes ti' le investigación le adaptación biológica ti' le ka'a jeets' yéetel le evolución rasgos fenotípicos complejos. Yéetel u ya'abtal le cantidad datos adquiridos tumen instrumentos MS modernos, le prueba hipótesis yóok'ol le diversidad metabólica bejla'e' je'el u páajtal u trascender diferencias metabolitos individuales leti' categoría yéetel meentik análisis global utia'al u revelar patrones inesperados. Ti' le tuukula' análisis ti' nuxi' escala, jump'éel metáfora Páaybe'en jach u tuukulile' u concibir mapas significativos ku páajtal utilizar utia'al u explorar datos. Le o'olale', jump'éel resultado Páaybe'en ti' le combinación actual ti' le metabolómica MS leti' MS imparcial yéetel le teoría a'alajil t'aan jach u proporciona jump'éel métrica simple u páajtal u utilizada utia'al u construir mapas utia'al u navegar tumen le diversidad metabólica ti' jejeláas escalas taxonómicas. Leti' le requisito básico ti' le método. U xookil le evolución micro/macro yéetel le ecología comunitaria.
Ti' le nivel macroevolutivo, u núcleo le teoría coevolución páak'alo'-insecto u Ehrlich yéetel Raven (51) jach u predecir u le variación le diversidad metabólica interespecie jach u causa le diversificación le linajes vegetales. Ba'ale', ichil le cincuenta ja'abo'ob ts'o'ok u jóok'sa'al le meyaj seminal, le hipótesis ts'o'ok u sido raramente probada (52). Lela' tu gran medida debido a le características filogenéticas ti' le características metabólicas comparables ichil le linajes páak'alo'obo' chowak distancia. Le rareza je'el u páajtal u utilizada utia'al u anclar métodos análisis objetivo. Le flujo meyaj MS leti' MS actual procesado tumen le teoría a'alajil t'aan cuantifica le similitud estructural MS leti' MS u metabolitos desconocidos (xma' selección metabolitos previa) yéetel sutk'esiko'ob le k'iino'oba' MS leti' MSs ti' jump'éel múuch' MS leti' MS, bey u ti' le metabolismo j-ka'ansajo'ob Le k'iino'oba' modelos macroevolutivos ku comparan ti' escala clasificación. Indicadores estadísticos simples. Le tuukula' bey je'el bix le análisis filogenético, ku páajtal utilizar alineación secuencia utia'al u cuantificar le tasa diversificación wa evolución personajes xma' predicción previa.
Ti' le nivel bioquímico, le hipótesis u cribado u Firn yéetel Jones (53) ye'esik u le diversidad metabólica ku mantiene ti' jejeláas niveles utia'al u ts'aik materias primas utia'al u ejercer le meyajo'ob biológicas u metabolitos ka'ache' ma' relacionados wa sustituidos. Le métodos teoría a'alajil t'aan proporcionan jump'éel marco tu'ux le k'iino'oba' transiciones evolutivas específicas ti' le metabolitos ku yúuchul ichil le especialización metabolitos páajtal u cuantificadas bey nu'ukulil le tuukula' cribado evolutivo propuesto: adaptación biológicamente activa u baja especificidad u ka'anal especificidad Metabolitos inhibidos ti' jump'éel entorno dado.
Tu láakal, tu yáax k'iino'ob le biología molecular, u desarrollaron teorías importantes ti' le defensa le páak'alo'obo', ka métodos impulsados ​​tumen hipótesis deductivas ku ampliamente considerados bey le k'áate' medios progreso científico. Lela' tu gran medida debido a le limitaciones técnicas u P'iis le metaboloma entero. Kex le métodos basados ​​tumen hipótesis ku particularmente útiles ti' le elección uláak' mecanismos causales, u Buka'aj u ba'al utia'al u avanzar k comprensión le redes bioquímicas jach asab limitada u le métodos computacionales disponibles bejla'e' ti' le ciencia contemporánea intensiva ti' datos. Le o'olale', le teorías ma' u páajtal u predecir táan náach le alcance le datos disponibles, yo'olal le fórmula hipotética leti' ciclo prueba ti' le progreso ti' le sikte investigación ma' u páajtal u abolido (4). K ilik u le flujo meyaj computacional ti' le metabolómica introducida waye' je'el u páajtal u reavivar k'ana'an ju'uno'ob ti' le reciente (bix) yéetel final (ba'axten) cuestiones ti' le diversidad metabólica, ka contribuir ti' jump'éel túumben era ciencia datos guiados teóricamente. Le k'iino'oba' tu ka'a xak'altaj le teorías importantes ku inspiraron le generaciones máako'ob síinajo'obo'.
Le alimentación directa ti' le herbívoros ku bisik ka'ansaj yo'osal u líik'il jump'éel larva segunda instar wa larva Sl ti' jump'éel chéen le' páak'alo' jarra u boonil pálido ti' jump'éel páak'alo' chen rosa floreciente, yéetel 10 réplicas páak'alo' tumen páak'alo'. Le larvas insectos bino'ob abrazadas yéetel abrazaderas, ka u wa'ak'al le' restante bin u recogido 24 yéetel 72 horas ka' le infección yéetel séeba'an-congelado, ka le metabolitos bino'ob extraídos.
Simular u Ts'a'akal herbívoro ti' jump'éel bix ken jach sincronizada. Le método jach u utilizar ruedas patrón nook' utia'al u perforar óoxp'éel filas k'i'ixo'ob ti' Amal tséel le costilla media ti' le óoxp'éel le' jaatsatako'ob expandidas ti' le páak'alo' ichil le p'isibij tuméen le guirnalda nook', ka inmediatamente aplicar 1:5 Diluted Ms. Wa utilizar yaal guanteados utia'al u insertar S1 OS ti' le herida perforación. Jooch yéetel procesar jump'éel le' bey descrito ka'anal. Meyaj le método ts'o'ok u ya'ala'al ka'achij uti'al u jóok'sik le metabolitos primarios yéetel le hormonas vegetales (54).
Utia'al u aplicaciones JA exógenas, le óoxp'éel le' pecíolos ti' jujuntúulal le seis paak'alo'ob floración rosa Amal especie ku tratan yéetel 20μl pasta lanolina ku taasik 150μg MeJA (Lan + MeJA), yéetel 20μl lanolina asab Ts'a'akal heridas (Lan + W), wa utilizar 20μl lanolina Chen séen bey kaambalil yo'osal. Le'o'obo' ku ch'a'abal 72 horas ka' u ts'a'akal, congelado ti' nitrógeno líquido, ka almacenado ti' -80 ° C tak ka u búukinta'al.
Kanp'éel líneas transgénicas JA yéetel ET, es decir irAOC (36), irCOI1 (55), irACO yéetel sETR1 (48), u séen identificado ti' k múuch' investigación. irAOC tu ye'esaj jach jump'éel disminución ti' le niveles JA yéetel JA-Ile, ka' jo'op' u irCOI1 ma' bin sensible ti' le JAs. Ti' comparación yéetel EV, le acumulación JA-Ile aumentó. Bey xan, irACO yaan u xu'ulsik u producción ET, ka tu comparación yéetel EV, sETR1, ba'ax le insensible ti' ET, yaan u ya'abtal u producción ET.
Juntúul espectrómetro láser fotoacústico (Sensor Sense ETD-300 sensor ET tu k'iinil xíimbal tumen) ku meyajtiko'ob utia'al u meentik medición ET ma' invasivamente. Tu séeba'anil ka' u ts'a'akal, chúumuk le'o'obo' ku ch'akta'alo'ob ka ku ts'a'abal ti' jump'éel vial vidrio sellado 4 ml, ka tu cha'aj u much'ik u kúuchil u pool ichil 5 horas. ichil le p'iis, Amal vial bin enjuagado yéetel juntúul sáasilo' 2 litros leti' p'isib iik' Chen séen ichil 8 minutos, ku había máan ka'ache' tumen juntúul catalizador proporcionado tumen Sensor Sense utia'al u luk'ul Teeche' CO2 yéetel ja'.
Le datos microarray bino'ob publicados originalmente ti' (35) yéetel guardados ti' le Centro Nacional u A'alajil t'aan ti' Biotecnología (NCBI) Gene Expression Comprehensive Database (meyaj ku adhesión GSE30287). Le datos correspondientes ti' le le' causadas tumen le Ts'a'akal W + OSMs yéetel le kaambalil yo'osal ma' dañado bino'ob extraídos utia'al u xook. Le intensidad crudo jach log2. Bey ma' u beeta'al le análisis estadístico, le línea base bin u convertida yéetel normalizada ti' u 75 por ciento utilizando le paquete software R.
Le datos originales ti' le secuenciación ARN (RNA-seq) ti' le especies Nicotiana bino'ob recuperados ti' le NCBI Short Reading Archives (SRA), meyaj ku proyecto jach PRJNA301787, ku bin informado tumen Zhou et el. (39) yéetel t'u'uchpachtik je'el bix u ya'alik (56). Le datos crudos procesados ​​tumen W + W, W + OSM yéetel W + OSS1 correspondientes ti' le especies Nicotiana bino'ob seleccionados utia'al u análisis ti' le xooko', ka procesados ​​ti' le je'ela' bix ken: Yáax, le lecturas crudas RNA-seq bino'ob convertidas ti' formato FASTQ. HISAT2 ku sutk'esik FASTQ ti' SAM, yéetel SAMtools ku sutk'esik archivos SAM ti' archivos BAM ordenados. StringTie ku meyaj uti'al u calcular u expresión le gen, yéetel u método u expresión jach u yaan fragmentos tumen mil fragmentos k'oja'ano'obo' tumen millón fragmentos transcripción secuenciados.
Le columna cromatográfica Acclaim (150 mm x 2.1 mm; Buka'aj partícula 2.2μm) utilizada ti' le análisis yéetel le columna kanáanil 4 mm x 4 mm consisten ti' le k'iino' je'el xano' xooko'obo'. Le je'ela' gradiente binario ku meyajtiko'ob ti' le yaan Dionex UltiMate 3000 Ultra High Performance Liquid Chromatography (UHPLC): 0 u 0.5 minutos, isocrático 90% jump'éel [ja' desionizada, 0.1% (v leti' v) acetonitrilo yéetel 0.05% ácido fórmico] B, 0.1% yéetel cetonitrilo 0.05% ácido fórmico); 0.5 tak 23.5 minutos, le fase gradiente jach 10% jump'éel yéetel 90% B, respectivamente; 23.5 u 25 minutos, isocrático 10% A yéetel 90% B. Le flujo jach 400μl leti' min. Utia'al tuláakal le análisis MS, inyectar le eluyente ti' le columna ti' jump'éel analizador cuadrúpolo yéetel k'iin-u-vuelo (qTOF) equipado yéetel juntúul fuente electrospray operando ti' modo ionización positiva (voltaje capilar, 4500 V; salida capilar 130 V ; Temperatura u secado 200 ° C; flujo iik' secado 10 litro leti' min).
Meentik análisis fragmento MS leti' MS (ti' le futuro referido bey MS leti' MS) ba'ax le irrelevante wa indistinguible ti' le datos utia'al u kéen p'áatak a'alajil t'aan estructural yóok'ol le perfil metabólico detectable global. U tuukulil le método MS leti' MS indiscriminado ku basa ti' u jaajile' ti' u le cuadrúpolo yaan ti' jump'éel ventana aislamiento juuch' jach nojoch [tune', considerar tuláakal le señales relación juuch'-kuuch (m leti' z) bey fragmentos]. Utia'al le ba'ala', tuméen le instrumento Impact II ma' bin capaz u crear jump'éel inclinación CE, u realizaron ya'ab análisis independientes utilizando aumento ti' le energía colisión disociación inducida tumen le colisión (CE) valores. Tu ke, yáax analizar le muestra tumen UHPLC-electrospray ionización leti' qTOF-MS utilizando modo espectrometría u juuch' chen (condiciones fragmentación baja generadas tumen fragmentación ti' fuente), exploración u m leti' z 50 u 1500 ti' jump'éel frecuencia repetición 5 Hz. Meyaj nitrógeno bey le gas colisión utia'al u análisis MS leti' MS, ka meentik mediciones independientes ti' le je'ela' kan jejeláas tensiones disociación inducidas tumen le colisión: 20, 30, 40, yéetel 50 eV. ichil le tuukula' medición, le cuadrúpolo yaan ti' le ventana aislamiento juuch' asab nojoch, u m leti' z 50 u 1500. Le ken u wíinkilal frontal m leti' z yéetel experimento anchura aislamiento ku establece ti' 200, le rango juuch' ku activa automáticamente tumen le software funcionamiento le instrumento yéetel 0 Da. Xak'altik fragmentos juuch' bey ti' modo chen juuch'. Meyaj formiato sodio (50 ml isopropanol, 200 μl ácido fórmico yéetel 1 ml solución acuosa u NaOH 1M) uti'al u calibración ti' juuch'. Utilizando le algoritmo calibración ka'anal precisión u Bruker, le archivo datos ku calibra ka' ejecutar le espectro chúumuk ti' jump'éel período k'iin determinado. Meyaj le función u jo'osa'al bisbil ba'alche'obo' u software Data Analysis v4.0 (Brook Dalton, Bremen, Alemania) utia'al u sutk'esiko'ob le archivos datos crudos ti' formato NetCDF. Le tsol datos MS leti' MS ts'o'ok u guardado ti' le k'oja'ano'obo' u datos metabolómica abierta MetaboLights (www.ebi.ac.uk) yéetel le meyaj ku adhesión. MTBLS1471.
MS leti' MS montaje je'el u páajtal u realizado yo'osal análisis correlación ichil MS1 yéetel MS leti' MS señales calidad utia'al u energía colisión baja yéetel ka'anal yéetel reglas recién implementadas. Le script R ku meyajtiko'ob utia'al u ts'aik yilaje' u análisis correlación le distribución le precursor ti' le producto, yéetel le script C# (https://github.com/MPI-DL/indiscriminant-MS-MS-assembly-pipeline) ku meyajtiko'ob utia'al u implementar le reglas.
Utia'al u xu'ulul le errores falsos positivos causados ​​tumen juum ju'unil tu'ux yaan yéetel falsa correlación causada tumen le detección ciertas yáantajo'ob m leti' z ti' chéen Jayp'éel muestras, utilizamos le función "pico llenado" ti' le paquete R XCMS (uti'al u corrección juum ju'unil tu'ux yaan) K'a'ana'an utilizar u utia'al reemplazar le intensidad "NA" (pico ma' detectado). Le ken u meyajtiko'ob le función pico llenado, láayli' yaan ya'ab "0′′ intensidad valores ti' le conjunto datos ku afectará le cálculo correlación. Tu láak', comparamos ya'ala'al máaxo'ob máano'ob procesamiento datos obtenidos ken u meyajtiko'ob le función pico llenado yéetel ken u función pico llenado ma' u meyajtiko'ob, ka calcular le je'o' juum ju'unil tu'ux yaan basado ti' le promedio corregido, ka tu láak' reemplazar yéetel le je'o' intensidad 0" calculado u tojol le ju'unil tu'ux yaan. Utia'al u cálculos PCC, chéen le señales m leti' z ti' le precursor le muestra (MS1) yéetel conjuntos datos fragmento yéetel Ba'axten lo bey waxak picos verdaderos ku consideran.
Wa u muuk' le característica calidad precursor ti' le muestra entera táan significativamente correlacionada yéetel le intensidad reducida ti' le bak'paach característica calidad ku somete u baja wa ka'anal energía colisión, ka le característica ma' táan etiquetada bey juntúul pico isótopo tumen CAMERA, je'el u páajtal u asab definido. Tu láak', tumen u cálculo tuláakal le posibles pares precursor-producto ichil 3 s (le ventana k'iin retención estimada utia'al u retención pico), ku beeta'al le análisis correlación. Chéen ken le je'o' m leti' z asab t'okik u le je'o' precursor yéetel le fragmentación MS leti' MS ku yúuchul ti' le bak'paach tu'ux ku yaantal le muestra ti' le conjunto datos bey le precursor ti' le ku deriva, ku considera jump'éel fragmento.
Yóok'ol le ka'ap'éel reglas simples, excluimos le fragmentos especificados yéetel m leti' z valores mayores u le m leti' z ti' le precursor identificado, ka basado ti' le posición le muestra tu'ux ku chíikpajal le precursor yéetel le fragmento especificado. Xan je'el u páajtal u seleccionar le yáantajo'ob calidad generadas tumen ya'ab fragmentos ti' fuente generados ti' modo MS1 bey precursores candidatos, generando tune' compuestos MS leti' MS redundantes. Utia'al u xu'ulsa'al le redundancia datos, wa le similitud NDP ti' le espectros supera 0.6, ka pertenecen ti' le cromatograma "pcgroup" anotado tumen CAMERA, fusionaremos le. Tu ts'ooke', k múuch'ik tuláakal le kantúul ya'ala'al máaxo'ob máano'ob CE asociados yéetel le precursor yéetel fragmentos ti' le espectro compuesto desconvoluido final seleccionando le pico asab ka'anal intensidad ichil tuláakal le picos candidatos yéetel le k'iino' je'el xano' je'o' m leti' z ti' jejeláas energías colisión. Le wook procesamiento posteriores ku basados ​​ti' le chun tuukulo' espectro compuesto yéetel yaantal tu yilaje' le jejeláas condiciones CE k'a'abeto'ob utia'al u maximizar le probabilidad fragmentación, tuméen yaan fragmentos chéen páajtal detectar ku yáanal jump'éel energía colisión específica.
RDPI (30) bin utilizado utia'al u calcular le inducibilidad le perfil metabólico. Le diversidad espectro metabólico (índice Hj) ku taal ti' le abundancia precursores MS leti' MS utilizando le entropía Shannon ti' le distribución frecuencia MS leti' MS utilizando le je'ela' ecuación descrita tumen Martínez et el. (8). Hj = −∑i = 1mPijlog2(Pij) tu'ux Pij ku t'aan ti' le frecuencia relativa ti' le i-th MS leti' MS ti' le j-th muestra (j = 1, 2,..., m) (i = 1, 2, ..., m) t).
Le especificidad metabólica (índice Si) ku define bey le identidad expresión jump'éel MS leti' MS dado en relación con le frecuencia ichil le muestras ku consideran. Le especificidad MS leti' MS ku calcula bey Si = 1t (∑j = 1tPijPilog2PijPi)
Meyaj le fórmula je'ela' utia'al P'iis le índice δj específico ti' le metaboloma ti' Amal muestra j, yéetel le promedio especificidad MS leti' MS δj = ∑i = 1mPijSi
Le espectros MS leti' MS ku alinean ti' pares, ka le similitud ku calcula basada ti' le ka'ap'éel puntuaciones. Yáax, utilizando NDP estándar (xan k'ajóolta'an je'el bix método correlación coseno), meyaj le je'ela' ecuación utia'al u marcar le similitud segmento ichil espectros NDP = (∑iS1 & S2WS1, iWS2, i) 2∑iWS1, i2∑iWS2, i2 tu'ux S1 yéetel S2 Correspondientemente, utia'al u espectro 1 yéetel 2, bey WS, i2, i2 ku chíikbesik le peso basado ti' le intensidad pico u jela'anil in le i-th pico común ichil le ka'ap'éel espectros jach menor u 0.01 Da. Le peso ku calcula bey Chúuns: W = [intensidad máxima] m [calidad] n, m = 0.5, n = 2, bey sugirió tumen MassBank.
U ka'ap'éel método u puntuación bin implementado, ku implicaba análisis le NL compartido ichil MS leti' MS. Utia'al u beyo', utilizamos le 52 listas NL con frecuencia encontradas ichil le tuukula' fragmentación MS ti' tándem, yéetel le NL asab específico (archivo datos S1) ku ts'o'ok sido anotado ka'ache' utia'al u espectro MS leti' MS ti' le metabolitos p'iskaambal ti' le especie Nepenthes debilitada ( 9, 26). Beet jump'éel vector binario 1 yéetel 0 uti'al Amal MS/MS, correspondiente ti' le actuales yéetel ma' existentes ti' yaan NL respectivamente. Yóok'ol le similitud distancia euclidiana, le puntuación similitud NL ku calcula utia'al Amal par u vectores NL binarios.
Utia'al u meentik le ka'ap'éel agrupación, utilizamos le paquete R DiffCoEx, ku basa ti' jump'éel extensión u análisis u coexpresión genética ponderada (WGCNA). Utilizando le matrices puntuación NDP yéetel NL ti' espectros MS leti' MS, utilizamos DiffCoEx utia'al u calcular le matriz correlación comparativa. Le agrupación binaria ku beeta'al tumen le parámetro "cutreeDynamic" ti' método = "híbrido", cutHeight = 0.9999, deepSplit = T, yéetel minClusterSize = 10. Le código fuente R ti' DiffCoEx bin descargado ti' archivo adicional 1 tumen Tesson et el. (57); Le paquete software R WGCNA k'a'abéet u páajtal u kaxtik ti' https://horvath.genetics.ucla.edu/html/CoexpressionNetwork/Rpackages/WGCNA.
Utia'al u meentik análisis páawo'ob molecular MS leti' MS, calculamos conectividad espectral emparejada basada ti' tipos similitud NDP yéetel NL, ka utilizamos software Cytoscape utia'al u visualizar le topología páawo'ob utilizando diseño orgánico ti' le ka'anatako'ob extensión algoritmo diseño CyFilescape yFiles.
Meyaj R versión 3.0.1 uti'al u beetik análisis estadístico ti' le datos. Le significado estadístico bin u evaluado utilizando análisis u varianza ka'ap'éel vías (ANOVA), seguido tumen le prueba post-hoc u diferencia honestamente significativa u Tukey (HSD). Utia'al u xak'alta'al u jela'anil le Ts'a'akal herbívoro yéetel le kaambalil yo'osal, le distribución ka'ap'éel colas ti' le ka'ap'éel múuch' muestras yéetel le bak'paach varianza bin analizada utilizando t prueba Student.
Utia'al u yantal uláak' ba'alo'ob uti'al le artículoa', wil http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/24/eaaz0381/DC1
Lela' jump'éel artículo u muuk' abierto distribuido yáanal le términos le licencia Creative Commons Attribution-Non-Commercial, ku cha'antik u búukinta'al, distribución yéetel reproducción ti' je'el ba'ax medios, siempre yéetel ken u búukinta'al final ma' u utia'al u ganancia comercial yéetel le premisa jach u le meyajo' áantajil jach correcto. Reeferensia.
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Le teoría a'alajil t'aan ku ts'aik jump'éel moneda universal uti'al u comparación le metabolomas especiales yéetel le predicción teorías defensa prueba.
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©2021 Asociación Americana utia'al u táanil le ciencia. tuláakal u páajtalilo'ob. AAAS leti' jump'éel socio ti' HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef yéetel COUNTER. ScienceAdvances ISSN 2375-2548.