पौधा विशिष्ट चयापचय के पैटर्न के समझावै के लिए अलग-अलग पौधा रक्षा सिद्धांत महत्वपूर्ण सैद्धांतिक मार्गदर्शन प्रदान करत हैं, लेकिन ओनके प्रमुख भविष्यवाणियन का परीक्षण करै का बाकी है। हिंया, हम निष्पक्ष टैंडेम मास स्पेक्ट्रोमेट्री (एमएस/एमएस) विश्लेषण का उपयोग अलग-अलग पौधन से आबादी अऊर निकट संबंधित प्रजाति तक तंबाकू क्षीण उपभेदन के चयापचय का व्यवस्थित रूप से पता लगावै के लिए किहिन, अऊर सूचना मा यौगिक स्पेक्ट्रा के आधार पर बड़ी संख्या मा मास स्पेक्ट्रोमेट्रिक फीचर सिद्धांतन का संसाधित किहिन। इष्टतम रक्षा (ओडी) अऊर चलत लक्ष्य (एमटी) सिद्धांतन के प्रमुख भविष्यवाणियन के परीक्षण करै के लिए ढांचा। पौधा चयापचय का सूचना घटक ओडी सिद्धांत के अनुरूप है, लेकिन शाकाहारी जानवरन के कारण चयापचय गतिकी पर एमटी सिद्धांत के मुख्य भविष्यवाणी का खंडन करत है। सूक्ष्म से मैक्रो विकासवादी पैमाने तक, जैस्मोनेट संकेत का ओडी के मुख्य निर्धारक के रूप मा पहचाना गा रहा, जबकि एथिलीन संकेत एमएस / एमएस आणविक नेटवर्क द्वारा एनोटेट शाकाहारी-विशिष्ट प्रतिक्रिया के ठीक-ट्यूनिंग प्रदान करत रहा।
विविध संरचनाओं वाले विशेष चयापचय वातावरण के लिए पौधों के अनुकूलन मा मुख्य प्रतिभागी हैं, खासकर दुश्मनन के रक्षा मा (1)। पौधन मा पाए जाने वाले विशेष चयापचय के अद्भुत विविधीकरण ने पारिस्थितिक कार्यन के अपने कई पहलुओं पर गहन शोध के दशकन का उत्तेजित किहिन है, अऊर पौधा रक्षा सिद्धांतन के एक लंबी सूची बनाइन हैं, जवन पौधा-कीट परस्पर क्रिया के विकासवादी अऊर पारिस्थितिक विकास हैं। अनुभवजन्य अनुसंधान महत्वपूर्ण मार्गदर्शन प्रदान करत है (2)। हालांकि, ई पौधा रक्षा सिद्धांत काल्पनिक निगमनात्मक तर्क के मानक मार्ग का पालन नाहीं करत रहें, जेहिमा प्रमुख भविष्यवाणियन विश्लेषण के एकै स्तर पर रहीं (3) अऊर सैद्धांतिक विकास के अगले चक्र का आगे बढ़ावै के लिए प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण कीन गा रहें (4)। तकनीकी सीमा डेटा संग्रह का विशिष्ट चयापचय श्रेणियन तक सीमित करत हैं अऊर विशेष चयापचयों के व्यापक विश्लेषण का बाहर करत हैं, जेहिसे सैद्धांतिक विकास के लिए आवश्यक अंतर-श्रेणी तुलना रोका जात है (5)। विभिन्न पौधा समूहन के बीच चयापचय स्थान के प्रसंस्करण कार्यप्रवाह के तुलना करै के लिए व्यापक मेटाबोलोमिक्स डेटा अऊर एक आम मुद्रा के कमी क्षेत्र के वैज्ञानिक परिपक्वता मा बाधा डालत है।
टैंडेम मास स्पेक्ट्रोमेट्री (एमएस/एमएस) मेटाबोलोमिक्स के क्षेत्र मा नवीनतम विकास कौनो दिहल गै सिस्टम क्लैड के प्रजाति के भीतर अऊर बीच चयापचय परिवर्तनन का व्यापक रूप से चिन्हित कइ सकत है, अऊर इन जटिल मिश्रणन के बीच संरचनात्मक समानता के गणना करै के लिए कम्प्यूटेशनल विधियन के साथ जोड़ा जा सकत है। रसायन विज्ञान (5) का पूर्व ज्ञान। विश्लेषण अऊर कंप्यूटिंग मा उन्नत प्रौद्योगिकियन का संयोजन चयापचय विविधता के पारिस्थितिक अऊर विकासवादी सिद्धांतन द्वारा कीन गा कईयो भविष्यवाणियन के दीर्घकालिक परीक्षण के लिए एक आवश्यक ढांचा प्रदान करत है। शैनन (6) ने 1948 मा अपने मौलिक लेख मा पहिली बार सूचना सिद्धांत का पेश किहिन, जेहिसे सूचना के गणितीय विश्लेषण के नींव रखी गै, जेकर उपयोग अपने मूल अनुप्रयोग के अलावा कईयो क्षेत्रन मा कीन गा है। जीनोमिक्स मा, अनुक्रम रूढ़िवादी सूचना (7) का मापे के लिए सूचना सिद्धांत का सफलतापूर्वक लागू कीन गा है। ट्रांसक्रिप्टोमिक्स अनुसंधान मा, सूचना सिद्धांत ट्रांसक्रिप्टोम (8) मा समग्र परिवर्तनन का विश्लेषण करत है। पिछले शोध मा, हम पौधन मा ऊतक स्तर के चयापचय विशेषज्ञता का वर्णन करै के लिए मेटाबोलोमिक्स मा सूचना सिद्धांत के सांख्यिकीय ढांचे का लागू किहिन (9)। हिंया, हम एमएस/एमएस-आधारित कार्यप्रवाह का सूचना सिद्धांत के सांख्यिकीय ढांचे के साथ जोड़त हैं, जेकर विशेषता आम मुद्रा मा चयापचय विविधता है, शाकाहारी द्वारा प्रेरित चयापचय के पौधा रक्षा सिद्धांत के प्रमुख भविष्यवाणियन के तुलना करै के लिए।
पौधा रक्षा के सैद्धांतिक ढांचे आमतौर पर परस्पर समावेशी होत हैं अऊर ओनका दुई श्रेणियन मा विभाजित कीन जा सकत है: उ जवन रक्षा कार्यन के आधार पर पौधा-विशिष्ट चयापचयों के वितरण का समझावै के कोशिश करत हैं, जइसे कि इष्टतम रक्षा (ओडी) (10), चलत लक्ष्य (एमटी) (11) ) अऊर उपस्थिति (12) सिद्धांत, जबकि दूसर संसाधन उपलब्धता के यांत्रिक परिवर्तनन के स्पष्टीकरण के तलाश करत हैं कि संसाधनन के उपलब्धता कैसे प्रभावित करत है। पौधा के विकास अऊर विशेष चयापचयों का संचय, जइसे कि कार्बन: पोषक तत्व संतुलन परिकल्पना (13), वृद्धि दर परिकल्पना (14), अऊर विकास अऊर भेदभाव संतुलन परिकल्पना (15)। सिद्धांतन के दुइनौ सेट विश्लेषण के अलग-अलग स्तरन पर हैं (4)। हालांकि, कार्यात्मक स्तर पर रक्षात्मक कार्यन से जुड़े दुई सिद्धांत पौधा के संवैधानिक अऊर प्रेरक रक्षा के बारे मा बातचीत पर हावी हैं: ओडी सिद्धांत, जवन मानत है कि पौधा अपने महंगे रासायनिक रक्षा मा केवल तब निवेश करत हैं जब जरूरत होत है, उदाहरण के लिए, जब ओनका निगल जात है जब एक घास जानवर हमला करत है, यहिसे, भविष्य के संभावना के अनुसार, यौगिक एक कार्य के साथ रक्षात्मक के रूप मा डिज़ाइन कीन जात है; एमटी परिकल्पना प्रस्तावित करत है कि दिशात्मक चयापचय परिवर्तन के कौनो अक्ष नाहीं है, लेकिन चयापचय बेतरतीब ढंग से बदल जात है, जेहिसे शाकाहारी जानवरन पर हमला करै के चयापचय "गति लक्ष्य" का बाधित करै के संभावना पैदा होत है। दूसरे शब्दन मा, ई दुइनौ सिद्धांत शाकाहारी जानवरन के हमला के बाद होए वाले चयापचय पुनर्निर्माण के बारे मा विपरीत भविष्यवाणी करत हैं: रक्षात्मक कार्य (ओडी) अऊर गैर-निर्देशित चयापचय परिवर्तन (एमटी) के साथ चयापचय के एकदिशात्मक संचय के बीच संबंध (11)।
ओडी अऊर एमटी परिकल्पना मा न केवल मेटाबोलोम मा प्रेरित परिवर्तन शामिल हैं, बल्कि इन चयापचयों के संचय के पारिस्थितिक अऊर विकासवादी परिणाम भी शामिल हैं, जइसे कि एक विशिष्ट पारिस्थितिक वातावरण मा इन चयापचय परिवर्तनन के अनुकूली लागत अऊर लाभ (16)। यद्यपि दुनौ परिकल्पना विशेष चयापचय के रक्षात्मक कार्य का पहचानत हैं, जवन महंगा होइ सकत है या न होइ सकत है, ओडी अऊर एमटी परिकल्पना का अलग करै वाली प्रमुख भविष्यवाणी प्रेरित चयापचय परिवर्तनन के दिशात्मकता मा निहित है। ओडी सिद्धांत के भविष्यवाणी का अब तक सबसे ज्यादा प्रयोगात्मक ध्यान मिला है। इन परीक्षणन मा ग्रीनहाउस अऊर प्राकृतिक परिस्थितियन मा विशिष्ट यौगिकन के विभिन्न ऊतकों के प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रक्षा कार्यन के अध्ययन के साथ-साथ पौधा विकास के चरण मा बदलाव शामिल है (17-19)। हालांकि, अब तक, कौनो भी जीव के चयापचय विविधता के वैश्विक व्यापक विश्लेषण के लिए एक कार्यप्रवाह अऊर सांख्यिकीय ढांचे के कमी के कारण, दुइनौ सिद्धांतन (यानी, चयापचय परिवर्तनन के दिशा) के बीच मुख्य अंतर भविष्यवाणी का परीक्षण कीन जाय का बाकी है। हिंया, हम अइसन विश्लेषण प्रदान करत हैं।
पौधा-विशिष्ट चयापचयों के सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक एकल पौधों, आबादी से समान प्रजातियन (20) तक हर स्तर पर ओनके चरम संरचनात्मक विविधता है। जनसंख्या पैमाने पर विशिष्ट चयापचयों में कईयो मात्रात्मक परिवर्तन देखे जा सकत हैं, जबकि मजबूत गुणात्मक अंतर आमतौर पर प्रजाति स्तर पर बनाए रखे जात हैं (20)। यहिसे, पौधा चयापचय विविधता कार्यात्मक विविधता का मुख्य पहलू है, जवन अलग-अलग आला के अनुकूलन क्षमता का दर्शावत है, खासकर उ आला जेहिमा विशेष कीड़ा अऊर आम शाकाहारी द्वारा अलग-अलग आक्रमण संभावना होत है (21)। पौधा-विशिष्ट चयापचय के अस्तित्व के कारणन पर फ्रेनकेल (22) के क्रांतिकारी लेख के बाद से, विभिन्न कीड़न के साथे बातचीत का महत्वपूर्ण चयन दबाव माना जात है, अऊर माना जात है कि इ बातचीत विकास के दौरान पौधन का आकार दिहिन हैं। चयापचय मार्ग (23) विशेष चयापचयों के विविधता मा अंतर-प्रजाति अंतर शाकाहारी रणनीतियन के खिलाफ संवैधानिक अऊर प्रेरक पौधा रक्षा से जुड़े शारीरिक संतुलन का भी दर्शा सकत हैं, काहे से कि दुइनौ प्रजाति अक्सर एक दूसरे से नकारात्मक रूप से सहसंबद्ध होत हैं (24)। यद्यपि हर समय एक अच्छा रक्षा बनाए रखब फायदेमंद होइ सकत है, रक्षा से जुड़े समयबद्ध चयापचय परिवर्तन पौधन का अन्य शारीरिक निवेश (19, 24) के लिए मूल्यवान संसाधन आवंटित करै के अनुमति देय मा स्पष्ट लाभ प्रदान करत हैं, अऊर सहजीवन के जरूरत से बचत हैं। संपार्श्विक क्षति (25)। यहिके अलावा, कीट शाकाहारी जानवरन के कारण विशेष चयापचय के ई पुनर्गठन जनसंख्या मा विनाशकारी वितरण का जन्म दे सकत हैं (26), अऊर जैस्मोनिक एसिड (जेए) संकेत मा पर्याप्त प्राकृतिक परिवर्तनन के सीधा रीडिंग का दर्शा सकत हैं, जेका जनसंख्या मा बनाए रखा जा सकत है। उच्च अऊर निम्न जेए संकेत शाकाहारी जानवरन के खिलाफ रक्षा अऊर विशिष्ट प्रजातियन के साथ प्रतिस्पर्धा के बीच व्यापार-बंद हैं (27)। यहिके अलावा, विशेष चयापचय जैव संश्लेषण मार्ग विकास के दौरान तेजी से नुकसान अऊर परिवर्तन से गुजरिहैं, जेकरे परिणामस्वरूप निकट संबंधित प्रजातियन के बीच चकनाचूर चयापचय वितरण होइ (28)। इन बहुरूपताओं का बदलत शाकाहारी पैटर्न (29) के जवाब मा तेजी से स्थापित कीन जा सकत है, जेकर मतलब है कि शाकाहारी समुदायन के उतार-चढ़ाव चयापचय विषमता का चलावै वाला एक प्रमुख कारक है।
हिंया, हम विशेष रूप से निम्नलिखित समस्यान का हल किहिन। (I) शाकाहारी कीट पौधा चयापचय का पुनर्निर्माण कैसे करत है? (Ii) चयापचय प्लास्टिसिटी के मुख्य सूचना घटक का अहैं जेका दीर्घकालिक रक्षा सिद्धांत के भविष्यवाणियन के परीक्षण करै के लिए मापा जा सकत है? (Iii) हमलावर के लिए अद्वितीय तरीका से पौधा चयापचय का पुन: प्रोग्राम करै के चाही, अगर अइसन है, तौ पौधा हार्मोन एक विशिष्ट चयापचय प्रतिक्रिया के अनुरूप बनावै मा का भूमिका निभात है, अऊर कौन से चयापचय रक्षा के प्रजाति विशिष्टता मा योगदान देत हैं? (Iv) चूंकि कईयो रक्षा सिद्धांतन द्वारा कीन गै भविष्यवाणियन का जैविक ऊतकों के सब स्तरन मा विस्तारित कीन जा सकत है, हम पूछेन कि आंतरिक तुलना से अंतर-प्रजाति तुलना तक पैदा होय वाली चयापचय प्रतिक्रिया केतना सुसंगत है? यहि अंत तक, हम तम्बाकू निकोटीन के पत्ती के चयापचय का व्यवस्थित रूप से अध्ययन किहिन हैं, जवन कि समृद्ध विशिष्ट चयापचय के साथ एक पारिस्थितिक मॉडल पौधा है, अऊर दुई देशी शाकाहारी, लेपिडोप्टेरा डातुरा (एमएस) (बहुत आक्रामक, मुख्य रूप से खावा जात है) के लार्वा के खिलाफ प्रभावी है, सोलानेसी अऊर स्पोडोप्टेरा (स्टोटोरल) पर, एक प्रकार के पत्ती के चयापचय हैं। "जीनस", सोलानेसी के मेजबान पौधन अऊर अन्य जेनेरा अऊर परिवारन के अन्य मेजबानन के साथ पौधा भोजन। हम एमएस/एमएस मेटाबोलोमिक्स स्पेक्ट्रम का पार्स किहिन अऊर ओडी अऊर एमटी सिद्धांतन के तुलना करै के लिए सूचना सिद्धांत सांख्यिकीय वर्णनकर्ता निकालिन। प्रमुख चयापचय पदार्थन के पहचान का प्रकट करै के लिए विशिष्टता मानचित्र बनावा। पौधा हार्मोन संकेतन अऊर ओडी प्रेरण के बीच सहसंयोजकता का अउर विश्लेषण करै के लिए विश्लेषण का एन. नासी अऊर निकट संबंधित तंबाकू प्रजाति के मूल आबादी तक बढ़ावा गा रहा।
शाकाहारी तंबाकू के पत्ती चयापचय के प्लास्टिसिटी अऊर संरचना के बारे मा एक समग्र मानचित्र कैप्चर करै के खातिर, हम पौधा के अर्क से उच्च-रिज़ॉल्यूशन डेटा स्वतंत्र एमएस/एमएस स्पेक्ट्रा का व्यापक रूप से एकत्र अऊर विघटित करै के लिए पहिले से विकसित विश्लेषण अऊर गणना कार्यप्रवाह का उपयोग किहिन ( 9)। ई अविभाजित विधि (जेका एमएस/एमएस कहा जात है) गैर-अनावश्यक यौगिक स्पेक्ट्रा का निर्माण कइ सकत है, जेका तब हिंया वर्णित सब यौगिक-स्तरीय विश्लेषणन के लिए उपयोग कीन जा सकत है। ई विघटित पौधा चयापचय विभिन्न प्रकार के होत हैं, जेहिमा सैकड़न से हजारन चयापचय होत हैं (यहाँ लगभग 500-1000-s/MS/MS)। हिंया, हम सूचना सिद्धांत के ढांचे मा चयापचय प्लास्टिसिटी पर विचार करत हैं, अऊर चयापचय आवृत्ति वितरण के शैनन एन्ट्रापी के आधार पर चयापचय के विविधता अऊर व्यावसायिकता का मापत हैं। पहिले से लागू सूत्र (8) का उपयोग करत हुए, हम संकेतक के एक सेट के गणना किहिन जेकर उपयोग मेटाबोलोम विविधता (Hj संकेतक), चयापचय प्रोफाइल विशेषज्ञता (δj संकेतक) अऊर एकल चयापचय (Si संकेतक) के चयापचय विशिष्टता का मापे के लिए कीन जा सकत है। यहिके अलावा, हम शाकाहारी जानवरन के मेटाबोलोम प्रेरकता का मापै के लिए सापेक्ष दूरी प्लास्टिसिटी सूचकांक (आरडीपीआई) लागू किहिन (चित्र 1 ए) (30)। यहि सांख्यिकीय ढांचे के भीतर, हम एमएस/एमएस स्पेक्ट्रम का बुनियादी सूचना इकाई के रूप मा मानित है, अऊर एमएस/एमएस के सापेक्ष बहुतायत का आवृत्ति वितरण मानचित्र मा संसाधित करत है, अऊर फिर वहिसे मेटाबोलोम विविधता का अनुमान लगावै के लिए शैनन एन्ट्रापी का उपयोग करत है। मेटाबोलोम विशेषज्ञता का एकल एमएस/एमएस स्पेक्ट्रम के औसत विशिष्टता से मापा जात है। यहिसे, शाकाहारी प्रेरण के बाद कुछ एमएस/एमएस वर्गन के बहुतायत मा वृद्धि वर्णक्रमीय प्रेरकता, आरडीपीआई अऊर विशेषज्ञता मा बदल जात है, यानी δj सूचकांक मा वृद्धि, काहे से कि अधिक विशिष्ट चयापचय पैदा होत हैं अऊर एक उच्च Si सूचकांक पैदा होत है। एचजे विविधता सूचकांक के कम होवे से पता चलत है कि या तौ उत्पन्न एमएस/एमएस के संख्या कम होइ जात है, या प्रोफाइल आवृत्ति वितरण कम एक समान दिशा मा बदल जात है, जबकि ओकर समग्र अनिश्चितता कम होत है। Si इंडेक्स गणना के माध्यम से, ई उजागर करब संभव है कि कौन से MS/MS कुछ शाकाहारी द्वारा प्रेरित होत हैं, एकर विपरीत, कौन से MS/MS प्रेरण का जवाब नाहीं देत है, जवन MT अऊर OD भविष्यवाणी का अलग करै के लिए एक प्रमुख संकेतक है।
(A) शाकाहारी (H1 से Hx) एमएस/एमएस डेटा-प्रेरकता (RDPI), विविधता (Hj सूचकांक), विशेषज्ञता (δj सूचकांक) अऊर चयापचय विशिष्टता (Si सूचकांक) के लिए उपयोग कीन जाय वाले सांख्यिकीय वर्णनकर्ता। विशेषज्ञता के डिग्री (δj) मा वृद्धि इंगित करत है कि, औसतन, अधिक शाकाहारी विशिष्ट चयापचय पैदा कीन जइहैं, जबकि विविधता (Hj) मा कमी चयापचय के उत्पादन मा कमी या वितरण मानचित्र मा चयापचय के असमान वितरण का इंगित करत है। Si मान ई आकलन करत है कि का चयापचय कौनो दिहल गवा स्थिति (यहाँ, शाकाहारी) के लिए विशिष्ट है या उल्टा एकै स्तर पर बनाए रखा जात है। (बी) सूचना सिद्धांत अक्ष का उपयोग कइके रक्षा सिद्धांत भविष्यवाणी का वैचारिक आरेख। ओडी सिद्धांत भविष्यवाणी करत है कि शाकाहारी हमला रक्षा चयापचयों का बढ़ा देई, जेहिसे δj बढ़ जाई। साथै साथ, एचजे कम होइ जात है काहे से कि प्रोफाइल का चयापचय जानकारी के कम अनिश्चितता के ओर पुनर्गठित कीन जात है। एमटी सिद्धांत भविष्यवाणी करत है कि शाकाहारी जानवरन के हमला से चयापचय मा गैर-दिशात्मक परिवर्तन होइ, जेहिसे चयापचय सूचना अनिश्चितता मा वृद्धि के संकेतक के रूप मा एचजे बढ़ी अऊर सी के यादृच्छिक वितरण होइ। हम एक मिश्रित मॉडल, सबसे अच्छा एमटी, भी प्रस्तावित किहिन, जेहिमा उच्च रक्षात्मक मूल्य वाले कुछ चयापचय विशेष रूप से बढ़ जइहैं (उच्च Si मान), जबकि दूसर यादृच्छिक प्रतिक्रिया (कम Si मान) प्रदर्शित करत हैं।
सूचना सिद्धांत वर्णनकर्ताओं का उपयोग करत हुए, हम ओडी सिद्धांत का व्याख्या करत हैं ताकि ई भविष्यवाणी कीन जा सके कि एक अप्रेरित संवैधानिक अवस्था मा शाकाहारी-प्रेरित विशेष चयापचय परिवर्तन (i) चयापचय विशिष्टता (Si सूचकांक) मा वृद्धि होई जवन चयापचय विशिष्टता (δj सूचकांक) का बढ़ावा देई चयापचय आवृत्ति वितरण का अधिक लेप्टिन शरीर वितरण मा बदलाव। एकल चयापचय के स्तर पर, एक क्रमबद्ध Si वितरण अपेक्षित है, जहां चयापचय अपने रक्षा मान के अनुसार Si मान बढ़ा देई (चित्र 1 बी)। यहि पंक्ति के साथ, हम एमटी सिद्धांत का समझावत हैं ताकि ई भविष्यवाणी कीन जा सके कि उत्तेजना से (i) चयापचय मा गैर-दिशात्मक परिवर्तन होइहैं जेकरे परिणामस्वरूप δj सूचकांक मा कमी होइ, अऊर (ii) चयापचय अनिश्चितता मा वृद्धि के कारण Hj सूचकांक मा वृद्धि होइ। या यादृच्छिकता, जेका सामान्यीकृत विविधता के रूप मा शैनन एन्ट्रापी द्वारा मापा जा सकत है। चयापचय संरचना के रूप मा, एमटी सिद्धांत Si के यादृच्छिक वितरण के भविष्यवाणी करि। ई बात का ध्यान मा रखत हुए कि कुछ चयापचय विशिष्ट परिस्थितियन मा विशिष्ट परिस्थितियन मा हैं, अऊर अन्य परिस्थितियन विशिष्ट परिस्थितियन मा नाहीं हैं, अऊर ओनकर रक्षा मूल्य पर्यावरण पर निर्भर करत है, हम एक मिश्रित रक्षा मॉडल भी प्रस्तावित किहिन, जेहिमा δj अऊर Hj सब दिशाओं मा Si वृद्धि के साथ दुई मा वितरित कीन जात हैं, केवल कुछ चयापचय समूह, जेकरे पास उच्च रक्षा मान हैं, विशेष रूप से बढ़िहैं, जबकि अन्य यादृच्छिक वितरण होई, जबकि 1B).
सूचना सिद्धांत वर्णनकर्ता के अक्ष पर पुनर्परिभाषित रक्षा सिद्धांत भविष्यवाणी का परीक्षण करै के खातिर, हम नेपेन्थेस पैलेन्स (चित्र 2 ए) के पत्तन पर विशेषज्ञ (एमएस) या सामान्यवादी (एसएल) शाकाहारी लार्वा उठाए रहेन। एमएस/एमएस विश्लेषण का उपयोग करत हुए, हम कैटरपिलर खिलावै के बाद एकत्रित पत्ती के ऊतक के मेथनॉल अर्क से 599 गैर-अनावश्यक एमएस/एमएस स्पेक्ट्रा (डेटा फाइल एस 1) प्राप्त किहिन। एमएस/एमएस कॉन्फ़िगरेशन फाइलन मा सूचना सामग्री के पुनर्विन्यास का कल्पना करै के लिए आरडीपीआई, एचजे अऊर δजे सूचकांकन का उपयोग करै से दिलचस्प पैटर्न (चित्र 2 बी) का पता चलत है। समग्र प्रवृत्ति ई है कि, जैसा कि सूचना वर्णनकर्ता द्वारा वर्णित है, जैसन कि कैटरपिलर पत्तियन का खाना जारी रखत हैं, समय के साथ सब चयापचय पुनर्गठन के डिग्री बढ़ जात है: शाकाहारी खाना खाए के 72 घंटे बाद, आरडीपीआई काफी बढ़ जात है। अक्षतिग्रस्त नियंत्रण के तुलना मा, Hj काफी कम होइ गवा रहा, जवन चयापचय प्रोफाइल के विशेषज्ञता के बढ़ल डिग्री के कारण रहा, जेका δj सूचकांक द्वारा मापा गा रहा। ई स्पष्ट प्रवृत्ति ओडी सिद्धांत के भविष्यवाणियन के अनुरूप है, लेकिन एमटी सिद्धांत के मुख्य भविष्यवाणियन के अनुरूप है, जे मानत है कि चयापचय स्तरन मा यादृच्छिक (गैर-दिशात्मक) परिवर्तनन का रक्षात्मक छलावरण के रूप मा उपयोग कीन जात है (चित्र 1 बी)। यद्यपि इन दुइनौ शाकाहारी जानवरन के मौखिक स्राव (ओएस) एलिसिटर सामग्री अऊर खिला व्यवहार अलग-अलग हैं, लेकिन ओनके सीधे खिला के परिणामस्वरूप 24-घंटा अऊर 72-घंटा के फसल अवधि के दौरान एचजे अऊर δजे के दिशाओं मा समान बदलाव आवा। एकमात्र अंतर आरडीपीआई के 72 घंटे मा भा रहा। एमएस फीडिंग के कारण होए वाले के तुलना मा, एसएल फीडिंग से प्रेरित समग्र चयापचय अधिक रहा।
(ए) प्रयोगात्मक डिजाइन: आम सुअर (एस 1) या विशेषज्ञ (एमएस) शाकाहारी जानवरन का पिचर पौधन के विलवणीकृत पत्तन से खिलावा जात है, जबकि नकली शाकाहारी के लिए, एमएस (डब्ल्यू + ओएसएम) के ओएस का उपयोग मानकीकृत पत्ती के स्थिति के घाव के पंचर का संभाले के लिए कीन जात है। एस 1 (डब्ल्यू + ओएसएसएल) लार्वा या पानी (डब्ल्यू + डब्ल्यू)। नियंत्रण (सी) एक अक्षतिग्रस्त पत्ता है। (बी) विशेष चयापचय मानचित्र (599 एमएस/एमएस; डेटा फाइल एस 1) के लिए गणना कीन गा प्रेरकता (नियंत्रण चार्ट के साथ तुलना मा आरडीपीआई), विविधता (एचजे सूचकांक) अऊर विशेषज्ञता (δजे सूचकांक) सूचकांक। तारा चिन्ह प्रत्यक्ष शाकाहारी भोजन अऊर नियंत्रण समूह के बीच महत्वपूर्ण अंतर का इंगित करत हैं (युग्मित टी-टेस्ट के साथ छात्र के टी-टेस्ट, * पी <0.05 अऊर *** पी <0.001)। ns, महत्वपूर्ण नाहीं है। (सी) नकली शाकाहारी उपचार के बाद मुख्य (नीला बॉक्स, अमीनो एसिड, कार्बनिक अम्ल अऊर चीनी; डेटा फाइल एस 2) अऊर विशेष चयापचय स्पेक्ट्रम (लाल बॉक्स 443 एमएस/एमएस; डेटा फाइल एस 1) के समय संकल्प सूचकांक। रंग बैंड 95% विश्वास अंतराल का संदर्भित करत है। तारा चिन्ह उपचार अऊर नियंत्रण के बीच महत्वपूर्ण अंतर का इंगित करत है [भिन्नता का द्विघात विश्लेषण (एनोवा), जेकरे बाद पोस्ट हॉक कई तुलना के लिए टकी का ईमानदारी से महत्वपूर्ण अंतर (एचएसडी), * पी <0.05, ** पी <0.01 अऊर *** पी <0.001]। (डी) स्कैटर प्लॉट अऊर विशेष चयापचय प्रोफाइल (अलग-अलग उपचारन के साथ दोहराए गए नमूना) का विशेषज्ञता।
ई पता लगावै के लिए कि का मेटाबोलोम स्तर पर शाकाहारी-प्रेरित पुनर्निर्माण व्यक्तिगत चयापचयों के स्तर में परिवर्तन में परिलक्षित होत है, हम सबसे पहिले सिद्ध शाकाहारी प्रतिरोध के साथ नेपेन्थेस पैलेन्स के पत्तन में पहिले अध्ययन किए गए चयापचयों पर ध्यान केंद्रित किहिन। फेनोलिक अमाइड्स हाइड्रोक्सीसिनामामाइड-पॉलियामाइन संयुग्म हैं जवन कीड़न के शाकाहारी प्रक्रिया के दौरान जमा होत हैं अऊर कीड़ा के प्रदर्शन का कम करै के लिए जाने जात हैं (32)। हम संबंधित एमएस/एमएस के अग्रदूतन का खोज किहिन अऊर ओनके संचयी गतिज वक्रन का प्लॉट किहिन (चित्र एस 1)। आश्चर्यजनक रूप से, फिनोल डेरिवेटिव जवन शाकाहारी जानवरन के खिलाफ रक्षा मा सीधे शामिल नाहीं हैं, जइसे कि क्लोरोजेनिक एसिड (सीजीए) अऊर रुटिन, शाकाहारी के बाद डाउन-रेगुलेट कीन जात हैं। यहिके विपरीत, शाकाहारी जीव फिनोल अमाइड्स का अत्यधिक शक्तिशाली बना सकत हैं। दुइनौ शाकाहारी जानवरन के लगातार खिलावै से फेनोलामाइड्स के लगभग एकै उत्तेजना स्पेक्ट्रम मिला, अऊर ई पैटर्न फेनोलामाइड्स के डी नोवो संश्लेषण के लिए विशेष रूप से स्पष्ट रहा। 17-हाइड्रोक्सीजेरानिल नॉनएनेडियोल डाइटरपीन ग्लाइकोसाइड्स (17-एचजीएल-डीटीजी) मार्ग का पता लगावत समय एकै घटना देखी जाई, जवन प्रभावी एंटी-शाकाहारी कार्यन (33) के साथ बड़ी संख्या मा असाइक्लिक डाइटरपीन पैदा करत है, जेहिमा से एसएलएल के साथ सुश्री फीडिंग एक समान अभिव्यक्ति ट्रिगर करत है (चित्र एस 1)।
प्रत्यक्ष शाकाहारी खिला प्रयोगन का संभावित नुकसान शाकाहारी जानवरन के पत्ता के खपत दर अऊर खिलावे के समय मा अंतर है, जवन घाव अऊर शाकाहारी जानवरन के कारण शाकाहारी-विशिष्ट प्रभावन का खतम करब मुश्किल बनावत है। प्रेरित पत्ता चयापचय प्रतिक्रिया के शाकाहारी प्रजाति विशिष्टता का बेहतर ढंग से हल करै के खातिर, हम तुरंत ताजा एकत्रित ओएस (ओएसएम अऊर ओएसएस 1) का सुसंगत पत्ता स्थिति के मानक पंचर डब्ल्यू पर लागू कइके एमएस अऊर एसएल लार्वा के खिला का अनुकरण किहिन। ई प्रक्रिया का डब्ल्यू + ओएस उपचार कहा जात है, अऊर ई ऊतक हानि के दर या मात्रा मा अंतर के भ्रमित प्रभाव पैदा किहे बिना शाकाहारी द्वारा उत्पन्न प्रतिक्रिया के शुरुआत का सटीक समय देके प्रेरण का मानकीकृत करत है (चित्र 2 ए) (34)। एमएस/एमएस विश्लेषण अऊर गणना पाइपलाइन का उपयोग करत हुए, हम 443 एमएस/एमएस स्पेक्ट्रा (डेटा फ़ाइल एस 1) पुनः प्राप्त किहिन, जवन प्रत्यक्ष फीड प्रयोगन से पहिले इकट्ठा कीन गा स्पेक्ट्रा के साथ ओवरलैप किहिन। यहि एमएस/एमएस डेटा सेट के सूचना सिद्धांत विश्लेषण से पता चला कि शाकाहारी जानवरन का अनुकरण कइके पत्ता-विशिष्ट मेटाबोलोम के पुन: प्रोग्रामिंग से ओएस-विशिष्ट प्रेरण देखा गा (चित्र 2सी)। विशेष रूप से, ओएसएस 1 उपचार के तुलना मा, ओएसएम 4 घंटे मा मेटाबोलोम विशेषज्ञता मा वृद्धि का कारण बना। ई ध्यान देवे लायक है कि प्रत्यक्ष शाकाहारी खिला प्रयोगात्मक डेटा सेट के तुलना मा, Hj अऊर δj का निर्देशांक के रूप मा उपयोग करत हुए द्वि-आयामी अंतरिक्ष मा चयापचय गतिकी अऊर समय के साथ नकली शाकाहारी उपचार के जवाब मा मेटाबोलोम विशेषज्ञता के दिशात्मकता लगातार बढ़ जात है (चित्र 2D)। साथै साथ, हमने अमीनो एसिड, कार्बनिक एसिड अऊर शर्करा (डेटा फाइल एस 2) के सामग्री का मापा ताकि ई जांच कीन जा सके कि का मेटाबोलोम विशेषज्ञता मा ई लक्षित वृद्धि नकली शाकाहारी जानवरन के जवाब मा केंद्रीय कार्बन चयापचय के पुनर्निर्माण के कारण है (चित्र एस 2)। यहि पैटर्न का बेहतर ढंग से समझावै के ताईं, हम पहिले से चर्चा कीन गा फेनोलामाइड अऊर 17-एचजीएल-डीटीजी मार्गन के चयापचय संचय गतिकी का अउर निगरानी किहिन। शाकाहारी जानवरन के ओएस-विशिष्ट प्रेरण फेनोलामाइड चयापचय (चित्र एस 3) के भीतर एक विभेदक पुनर्व्यवस्था पैटर्न मा बदल जात है। कूमारिन अऊर कैफीओइल अंश युक्त फेनोलिक अमाइड्स ओएसएस 1 द्वारा प्राथमिकता से प्रेरित होत हैं, जबकि ओएसएम फेरुलिल संयुग्मन के एक विशिष्ट प्रेरण का ट्रिगर करत हैं। 17-एचजीएल-डीटीजी मार्ग के लिए, डाउनस्ट्रीम मैलोनिलेशन अऊर डाइमालोनिलेशन उत्पादन द्वारा विभेदक ओएस प्रेरण का पता लगावा गा रहा (चित्र एस 3)।
अगला, हम समय-कोर्स माइक्रोएरे डेटा सेट का उपयोग कइके ओएस-प्रेरित प्रतिलेख प्लास्टिसिटी का अध्ययन किहिन, जवन शाकाहारी जानवरन मा रोसेट पौधा के पत्तन के पत्तन के इलाज करै के लिए ओएसएम के उपयोग का अनुकरण करत है। नमूना गतिकी मूल रूप से यहि मेटाबोलोमिक्स अध्ययन (35) मा उपयोग कीन गा गतिकी के साथ ओवरलैप करत है। मेटाबोलोम पुनर्विन्यास के साथ तुलना मा जेहिमा चयापचय प्लास्टिसिटी समय के साथ विशेष रूप से बढ़ जात है, हम एमएस द्वारा प्रेरित पत्तियन मा क्षणिक प्रतिलेखन विस्फोट देखित है, जहां प्रतिलेखन प्रेरकता (आरडीपीआई) अऊर विशेषज्ञता (δj) 1 पर हैं। यहि समय बिंदु पर घंटन अऊर विविधता (एचजे) मा महत्वपूर्ण वृद्धि भै, बीएमपी 1 के अभिव्यक्ति मा काफी कमी आई, ढील के बाद प्रतिलेख विशेषज्ञता (चित्र एस 4)। चयापचय जीन परिवार (जैसे पी 450, ग्लाइकोसाइलट्रांसफेरेज अऊर बीएएचडी एसिलट्रांसफेरेज) पूर्वोक्त प्रारंभिक उच्च-विशेषज्ञता मॉडल के पालन करत हुए, प्राथमिक चयापचय से प्राप्त संरचनात्मक इकाइयन से विशेष चयापचय इकट्ठा करै के प्रक्रिया मा भाग लेत हैं। एक केस स्टडी के रूप मा, फेनिलएलानिन मार्ग का विश्लेषण कीन गा रहा। विश्लेषण से पुष्टि भै कि फेनोलामाइड चयापचय मा कोर जीन अनाकर्षित पौधन के तुलना मा शाकाहारी जानवरन मा अत्यधिक ओएस-प्रेरित होत हैं, अऊर ओनके अभिव्यक्ति पैटर्न मा निकटता से संरेखित होत हैं। यहि मार्ग के अपस्ट्रीम मा प्रतिलेखन कारक MYB8 अऊर संरचनात्मक जीन PAL1, PAL2, C4H अऊर 4CL प्रतिलेखन के जल्दी आरंभ देखाइस। एसिलट्रांसफेरेज जवन फेनोलामाइड के अंतिम संयोजन मा भूमिका निभात हैं, जइसे कि एटी 1, डीएच 29 अऊर सीवी 86, एक लंबा अपरेग्यूलेशन पैटर्न (चित्र एस 4) प्रदर्शित करत हैं। उपरोक्त अवलोकन बतावत हैं कि ट्रांसक्रिप्टोम विशेषज्ञता के शुरुआती शुरुआत अऊर मेटाबोलोमिक्स विशेषज्ञता के बाद मा वृद्धि एक युग्मित मोड है, जवन तुल्यकालिक नियामक प्रणाली के कारण हो सकत है जवन एक शक्तिशाली रक्षा प्रतिक्रिया शुरू करत है।
पौधा हार्मोन संकेतन मा पुनर्विन्यास एक नियामक परत के रूप मा काम करत है जवन पौधन के शरीर विज्ञान का पुन: प्रोग्राम करै के लिए शाकाहारी जानकारी का एकीकृत करत है। शाकाहारी अनुकरण के बाद, हमने प्रमुख पौधा हार्मोन श्रेणियन के संचयी गतिकी का मापा अऊर ओनके बीच टेम्पोरल सह-अभिव्यक्ति का कल्पना किहिन [पियर्सन सहसंबंध गुणांक (पीसीसी)> 0.4] (चित्र 3 ए)। जैसा कि अपेक्षा कीन जात है, जैव संश्लेषण से संबंधित पौधा हार्मोन पौधा हार्मोन सह-अभिव्यक्ति नेटवर्क के भीतर जुड़े होत हैं। यहिके अलावा, चयापचय विशिष्टता (Si सूचकांक) का विभिन्न उपचारन से प्रेरित पौधा हार्मोन का उजागर करै के लिए यहि नेटवर्क मा मैप कीन जात है। शाकाहारी विशिष्ट प्रतिक्रिया के दुई मुख्य क्षेत्र खींचा जात है: एक जेए क्लस्टर मा है, जहां जेए (इकर जैविक रूप से सक्रिय रूप जेए-इल) अऊर अन्य जेए डेरिवेटिव सबसे अधिक सी स्कोर देखावत हैं; दूसर एथिलीन (ईटी) है। गिबेरेलिन ने शाकाहारी विशिष्टता मा केवल एक मध्यम वृद्धि देखाइस, जबकि अन्य पौधा हार्मोन, जइसे कि साइटोकिनिन, ऑक्सिन अऊर एब्सिसिक एसिड, मा शाकाहारी के लिए कम प्रेरण विशिष्टता रही। अकेले W + W का उपयोग करै के तुलना मा, ओएस अनुप्रयोग (डब्ल्यू + ओएस) के माध्यम से जेए डेरिवेटिव के शिखर मान के प्रवर्धन का मूल रूप से जेए के एक मजबूत विशिष्ट संकेतक मा बदला जा सकत है। अप्रत्याशित रूप से, अलग-अलग एलिसिटर सामग्री के साथ ओएसएम अऊर ओएसएस1 जेए अऊर जेए-आईएल के समान संचय का कारण बनै के लिए जाने जात हैं। ओएसएस 1 के विपरीत, ओएसएम विशेष रूप से अऊर दृढ़ता से ओएसएम द्वारा प्रेरित होत है, जबकि ओएसएस 1 बेसल घाव के प्रतिक्रिया का बढ़ावा नाहीं देत है (चित्र 3 बी)।
(ए) शाकाहारी-प्रेरित पौधा हार्मोन संचय गतिकी अनुकरण के पीसीसी गणना के आधार पर सह-अभिव्यक्ति नेटवर्क विश्लेषण। नोड एक एकल पौधा हार्मोन का प्रतिनिधित्व करत है, अऊर नोड का आकार उपचार के बीच पौधा हार्मोन के लिए विशिष्ट Si सूचकांक का प्रतिनिधित्व करत है। (बी) अलग-अलग रंगन से इंगित अलग-अलग उपचारन के कारण पत्तियन मा जेए, जेए-इल अऊर ईटी का संचय: खुबानी, डब्ल्यू + ओएसएम; नीला, डब्ल्यू + ओएसएसएल; काला, डब्ल्यू + डब्ल्यू; ग्रे, सी (नियंत्रण) तारा चिन्ह उपचार अऊर नियंत्रण के बीच महत्वपूर्ण अंतर का इंगित करत हैं (दो-तरफा एनोवा के बाद टकी एचएसडी पोस्ट हॉक बहु तुलना, *** पी <0.001)। जेए जैव संश्लेषण अऊर बिगड़ा धारणा स्पेक्ट्रम (irAOC अऊर irCOI1) अऊर (D)585 MS/MS (डेटा फाइल S1) मा (C)697 MS/MS (डेटा फाइल S1) का सूचना सिद्धांत विश्लेषण ETR1 मा बिगड़ा ईटी संकेत के साथ दुई नकली शाकाहारी उपचार पौधा लाइन अऊर शून्य वाहन (EV) पौधन का ट्रिगर किहिन। तारांकन W+OS उपचार अऊर अक्षतिग्रस्त नियंत्रण के बीच महत्वपूर्ण अंतर का इंगित करत हैं (दो-तरफा एनोवा के बाद टकी एचएसडी पोस्ट हॉक बहु तुलना, * पी <0.05, ** पी <0.01 अऊर *** पी <0.001)। (ई) विशेषज्ञता के बिखरे विरोध के बिखरे ग्राफ। रंग अलग-अलग आनुवंशिक रूप से संशोधित उपभेदों का प्रतिनिधित्व करत हैं; प्रतीक अलग-अलग उपचार विधियन का प्रतिनिधित्व करत हैं: त्रिभुज, डब्ल्यू + ओएसएस 1; आयत, डब्ल्यू + ओएसएम; सी घेरा
अगला, हम शाकाहारी जानवरन पर इन दुइनौ पौधा हार्मोन के चयापचय का विश्लेषण करै के लिए जेए अऊर ईटी जैव संश्लेषण (irAOC अऊर irACO) अऊर धारणा (irCOI1 अऊर sETR1) के प्रमुख चरणन मा क्षीण नेपेंथेस (irCOI1 अऊर sETR1) के एक आनुवंशिक रूप से संशोधित तनाव का उपयोग करत हैं पुनर्प्रोग्रामिंग का योगदान का सापेक्ष। पिछले प्रयोगन के अनुरूप, हम खाली वाहक (ईवी) पौधन (चित्र 3, सी से डी) मा शाकाहारी-ओएस के प्रेरण अऊर ओएसएम के कारण एचजे सूचकांक मा समग्र कमी के पुष्टि किहिन, जबकि δj सूचकांक बढ़ गवा। ओएसएस1 द्वारा ट्रिगर कीन गा प्रतिक्रिया से प्रतिक्रिया अधिक स्पष्ट है। Hj अऊर δj का निर्देशांक के रूप मा उपयोग करत एक दुई-लाइन ग्राफ विशिष्ट विनियमन (चित्र 3E) का देखावत है। सबसे स्पष्ट प्रवृत्ति ई है कि जेए सिग्नल के कमी वाले उपभेदन मा, शाकाहारी जानवरन के कारण होए वाले मेटाबोलोम विविधता अऊर विशेषज्ञता परिवर्तन लगभग पूरी तरह से खतम होइ जात हैं (चित्र 3 सी)। यहिके विपरीत, sETR1 पौधन मा मौन ईटी धारणा, हालांकि शाकाहारी चयापचय मा बदलाव पर समग्र प्रभाव JA संकेतन के तुलना मा बहुत कम है, OSM अऊर OSS1 उत्तेजना के बीच Hj अऊर δj सूचकांक मा अंतर का कम करत है (चित्र 3D अऊर चित्र S5)। . ई बतावत है कि जेए सिग्नल ट्रांसडक्शन के मूल कार्य के अलावा, ईटी सिग्नल ट्रांसडक्शन शाकाहारी जानवरन के प्रजाति-विशिष्ट चयापचय प्रतिक्रिया के ठीक-ट्यूनिंग के रूप मा भी काम करत है। यहि फाइन-ट्यूनिंग फंक्शन के अनुरूप, sETR1 पौधन मा समग्र मेटाबोलोम प्रेरकता मा कौनो बदलाव नाहीं रहा। दूसर ओर, sETR1 पौधन के तुलना मा, irACO पौधन ने शाकाहारी जानवरन के कारण चयापचय परिवर्तनन के समान समग्र आयाम पैदा किहिन, लेकिन OSM अऊर OSS1 चुनौतिन के बीच काफी अलग Hj अऊर δj स्कोर देखाइन (चित्र S5)।
शाकाहारी जानवरन के प्रजाति-विशिष्ट प्रतिक्रिया मा महत्वपूर्ण योगदान करै वाले विशेष चयापचय के पहचान करै अऊर ईटी संकेतन के माध्यम से ओनके उत्पादन का ठीक-ठीक करै के खातिर, हम पहिले से विकसित संरचनात्मक एमएस/एमएस विधि का उपयोग किहिन। ई विधि एमएस/एमएस टुकड़न [सामान्यीकृत डॉट उत्पाद (एनडीपी)] अऊर तटस्थ हानि (एनएल) के आधार पर समानता स्कोर से चयापचय परिवार का फिर से अनुमान लगावै के लिए द्वि-क्लस्टरिंग विधि पर निर्भर करत है। ईटी ट्रांसजेनिक लाइनन के विश्लेषण के माध्यम से बनावा गा एमएस/एमएस डेटा सेट 585 एमएस/एमएस (डेटा फाइल एस 1) पैदा किहिस, जेका सात मुख्य एमएस/एमएस मॉड्यूल (एम) (चित्र 4 ए) मा क्लस्टर कइके हल कीन गा रहा। इनमा से कुछ मॉड्यूल पहिले से चिन्हित विशेष चयापचयों से घनी पैक कीन जात हैं: उदाहरण के लिए, एम 1, एम 2, एम 3, एम 4 अऊर एम 7 विभिन्न फिनोल डेरिवेटिव (एम 1), फ्लेवोनॉइड ग्लाइकोसाइड (एम 2), एसिल शर्करा (एम 3 अऊर एम 4), अऊर 17-एचजीएल-डीटीजी (एम 7) से भरपूर हैं। यहिके अलावा, हर मॉड्यूल मा एकल चयापचय के चयापचय विशिष्ट जानकारी (Si सूचकांक) के गणना कीन जात है, अऊर ओकर Si वितरण सहज रूप से देखल जा सकत है। संक्षेप मा, उच्च शाकाहारी अऊर जीनोटाइप विशिष्टता प्रदर्शित करै वाले एमएस/एमएस स्पेक्ट्रा उच्च Si मानन से चिन्हित होत हैं, अऊर कुर्टोसिस आंकड़ा दाहिने पूंछ के कोने पर फर के वितरण का इंगित करत हैं। एम 1 मा एक अइसन दुबला कोलाइड वितरण पावा गा रहा, जेहिमा फिनोल अमाइड सबसे अधिक Si अंश देखाइस (चित्र 4 बी)। एम 7 मा पहिले बतावा गा शाकाहारी प्रेरक 17-एचजीएल-डीटीजी एक मध्यम सी स्कोर देखाइस, जवन दुइनौ ओएस प्रकारन के बीच अंतर विनियमन के मध्यम डिग्री का इंगित करत है। यहिके विपरीत, अधिकांश संवैधानिक रूप से उत्पादित विशेष चयापचय, जइसे कि रुटिन, सीजीए अऊर एसिल शर्करा, सबसे कम सी स्कोर मा शामिल हैं। विशेष चयापचयों के बीच संरचनात्मक जटिलता अऊर Si वितरण का बेहतर ढंग से पता लगावै के खातिर, प्रत्येक मॉड्यूल (चित्र 4 बी) के लिए एक आणविक नेटवर्क बनावा गा रहा। ओडी सिद्धांत (चित्र 1 बी मा संक्षेप मा) के एक महत्वपूर्ण भविष्यवाणी ई है कि शाकाहारी के बाद विशेष चयापचयों के पुनर्गठन से उच्च रक्षा मूल्य वाले चयापचयों में एकतरफा परिवर्तन होवे के चाही, खासकर ओनके विशिष्टता (यादृच्छिक वितरण के विपरीत) मोड का बढ़ावै से) एमटी सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी कीन गा रक्षात्मक चयापचय। एम 1 मा जमा कीन गा अधिकांश फिनोल डेरिवेटिव कीट प्रदर्शन के गिरावट से कार्यात्मक रूप से संबंधित हैं (32)। जब 24 घंटा मा प्रेरित पत्तन अऊर ईवी नियंत्रण पौधन के घटक पत्तन के बीच एम 1 चयापचय मा सी मानन के तुलना कीन जात है, तौ हम देखेन कि शाकाहारी कीड़न के बाद कई चयापचय विशिष्टता मा एक महत्वपूर्ण बढ़त प्रवृत्ति है (चित्र 4 सी)। Si मान मा विशिष्ट वृद्धि केवल रक्षात्मक फेनोलामाइड्स मा पावा गा रहा, लेकिन यहि मॉड्यूल मा सह-अस्तित्व मा अन्य फिनोल अऊर अज्ञात चयापचय मा Si मान मा कौनो वृद्धि नाहीं पावा गा रहा। ई एक विशेष मॉडल है, जवन ओडी सिद्धांत से संबंधित है। शाकाहारी जानवरन के कारण चयापचय परिवर्तनन के मुख्य भविष्यवाणियन के सुसंगत हैं। ई परीक्षण करै के खातिर कि का फेनोलामाइड स्पेक्ट्रम के ई विशिष्टता ओएस-विशिष्ट ईटी द्वारा प्रेरित कीन गै रही, हम चयापचय सी सूचकांक का प्लॉट किहिन अऊर ईवी अऊर एसईटीआर 1 जीनोटाइप मा ओएसएम अऊर ओएसएस 1 के बीच एक विभेदक अभिव्यक्ति मान पैदा किहिन (चित्र 4डी)। sETR1 मा, OSM अऊर OSS1 के बीच फेनामाइड-प्रेरित अंतर बहुत कम होइ गवा रहा। जेए-विनियमित चयापचय विशेषज्ञता (चित्र एस 6) से संबंधित मुख्य एमएस / एमएस मॉड्यूल का अनुमान लगावै के लिए अपर्याप्त जेए वाले उपभेदों में एकत्रित एमएस / एमएस डेटा पर भी द्वि-क्लस्टरिंग विधि लागू कीन गै रही।
(ए) साझा टुकड़ा (एनडीपी समानता) अऊर साझा तटस्थ हानि (एनएल समानता) के आधार पर 585 एमएस/एमएस के क्लस्टरिंग परिणामन के परिणामस्वरूप मॉड्यूल (एम) ज्ञात यौगिक परिवार के अनुरूप होत है, या अज्ञात या खराब चयापचय चयापचय संरचना द्वारा। हर मॉड्यूल के बगल मा, चयापचय (एमएस/एमएस) विशिष्ट (एसआई) वितरण देखावा गा है। (बी) मॉड्यूलर आणविक नेटवर्क: नोड्स एमएस/एमएस अऊर किनारा, एनडीपी (लाल) अऊर एनएल (नीला) एमएस/एमएस स्कोर (कट-ऑफ,> 0.6) का प्रतिनिधित्व करत हैं। ग्रेडेड मेटाबोलाइट विशिष्टता सूचकांक (Si) मॉड्यूल (बाएं) के आधार पर रंगीन अऊर आणविक नेटवर्क (दाएं) मा मैप कीन गा है। (सी) 24 घंटे मा संवैधानिक (नियंत्रण) अऊर प्रेरित अवस्था (नकली शाकाहारी) मा ईवी संयंत्र का मॉड्यूल एम 1: आणविक नेटवर्क आरेख (सी मान नोड आकार है, रक्षात्मक फेनोलामाइड नीले रंग मा हाइलाइट कीन गा है)। (डी) बिगड़ा हुआ ईवी अऊर ईटी धारणा के साथ स्पेक्ट्रम लाइन एसईटीआर 1 का एम 1 आणविक नेटवर्क आरेख: हरे वृत्त नोड द्वारा दर्शाया गया फेनोलिक यौगिक, अऊर नोड आकार के रूप मा डब्ल्यू + ओएसएम अऊर डब्ल्यू + ओएसएस 1 उपचारन के बीच महत्वपूर्ण अंतर (पी मान)। सीपी, एन-कैफीओइल-टायरोसिन; सीएस, एन-कैफीओइल-स्पर्मिडिन; एफपी, एन-फेरुलिक एसिड एस्टर-यूरिक एसिड; एफएस, एन-फेरुलिल-स्पर्मिडिन; सीओपी, एन', एन "-कौमारोलिल-टायरोसिन; डीसीएस, एन', एन"-डिकाफेओइल-स्पर्मिडिन; सीएफएस, एन', एन”-कैफीओइल, फेरोलोइल-स्पर्मिडिन; वुल्फबेरी सन मा लाइसियम बारबरम; निक। ओ-एएस, ओ-एसिल चीनी।
हमने एकल क्षीण नेपेन्थेस जीनोटाइप से प्राकृतिक आबादी तक विश्लेषण का आगे बढ़ाया, जहां शाकाहारी जेए स्तर अऊर विशिष्ट चयापचय स्तर मा मजबूत अंतर-विशिष्ट परिवर्तन प्राकृतिक आबादी मा पहिले वर्णित कीन गा अहै (26)। जर्मप्लाज्म का कवर करै के लिए ई डेटा सेट का उपयोग करा। इन जर्मप्लाज्म मा एन. पैलेन्स से पौधन के 123 प्रजाति शामिल हैं। ई पौधा यूटा, नेवादा, एरिज़ोना अऊर कैलिफोर्निया (चित्र एस 7) मा अलग-अलग देशी आवासन मा एकत्रित बीजन से लीन गा रहें, हम मेटाबोलोम विविधता (यहाँ जनसंख्या स्तर कहा जात है) β विविधता) अऊर ओएसएम के कारण विशेषज्ञता के गणना किहिन। पिछले अध्ययनन के अनुरूप, हम Hj अऊर δj अक्षन के साथ चयापचय परिवर्तनन के एक विस्तृत श्रृंखला देखेन, जेसे पता चलत है कि जर्मप्लाज्म मा शाकाहारी जानवरन के प्रति ओनके चयापचय प्रतिक्रियाओं के प्लास्टिसिटी मा महत्वपूर्ण अंतर होत है (चित्र S7)। ई संगठन शाकाहारी जानवरन के कारण जेएएस परिवर्तनन के गतिशील सीमा के बारे मा पिछले अवलोकनन के याद दिलावत है, अऊर एकल आबादी मा बहुत उच्च मूल्य बनाए रखे है (26, 36)। Hj अऊर δj के बीच समग्र स्तर के सहसंबंध का परीक्षण करै के लिए JA अऊर JA-Ile का उपयोग कइके, हमने पावा कि JA अऊर मेटाबोलोम β विविधता अऊर विशेषज्ञता सूचकांक (चित्र S7) के बीच एक महत्वपूर्ण सकारात्मक सहसंबंध है। ई बतावत है कि जनसंख्या स्तर पर पावा गा जेएएस प्रेरण मा शाकाहारी-प्रेरित विषमता कीट शाकाहारी से चयन के कारण प्रमुख चयापचय बहुरूपता के कारण हो सकत है।
पिछले अध्ययनन से पता चला है कि तम्बाकू के प्रकार प्रेरित अऊर संवैधानिक चयापचय रक्षा पर प्रकार अऊर सापेक्ष निर्भरता मा बहुत भिन्न होत हैं। अइसा माना जात है कि एंटी-हार्बीवोर सिग्नल ट्रांसडक्शन अऊर रक्षा क्षमताओं मा ई बदलाव कीट जनसंख्या दबाव, पौधा जीवन चक्र अऊर रक्षा उत्पादन लागत द्वारा आला मा विनियमित कीन जात हैं जहां कौनो प्रजाति बढ़त है। हम उत्तरी अमेरिका अऊर दक्षिण अमेरिका के मूल निवासी छह निकोटियाना प्रजाति के शाकाहारी जानवरन द्वारा प्रेरित पत्ती मेटाबोलोम रीमॉडलिंग के स्थिरता का अध्ययन किहिन। ई प्रजाति नेपेन्थेस उत्तरी अमेरिका, अर्थात् निकोलस बोसिफ्लो से निकटता से संबंधित हैं। ला, एन. निकोटिनिस, निकोटियाना एन। क्षीण घास, निकोटियाना टैबाकम, रैखिक तंबाकू, तंबाकू (निकोटियाना स्पेगाज़िनी) अऊर तंबाकू पत्ता तम्बाकू (निकोटियाना ओब्टुसिफोलिया) (चित्र 5 ए) (37)। इनमा से छह प्रजाति, जेहिमा अच्छी तरह से चिन्हित प्रजाति एन. प्लीज शामिल है, पेटुनिया क्लैड के वार्षिक पौधा हैं, अऊर ओब्टुसिफोलिया एन. बहन क्लैड ट्राइगोनोफिले (38) के बारहमासी हैं। बाद मा, कीट खिला के प्रजाति-स्तरीय चयापचय पुनर्व्यवस्था का अध्ययन करै के लिए इन सात प्रजातियन पर W + W, W + OSM अऊर W + OSS1 प्रेरण कीन गा रहा।
(A) अधिकतम संभावना [परमाणु ग्लूटामाइन संश्लेषण (38) के लिए] अऊर सात निकट संबंधित निकोटियाना प्रजाति (अलग-अलग रंग) (37) के भौगोलिक वितरण के आधार पर एक बूटस्ट्रैप फ़ाइलोजेनेटिक ट्री। (बी) सात निकोटियाना प्रजाति (939 एमएस/एमएस; डेटा फाइल एस 1) के चयापचय प्रोफाइल के लिए विशेष विविधता का एक स्कैटर प्लॉट। प्रजाति के स्तर पर, मेटाबोलोम विविधता विशेषज्ञता के डिग्री के साथ नकारात्मक रूप से सहसंबद्ध है। चयापचय विविधता अऊर विशेषज्ञता अऊर जेए संचय के बीच प्रजाति-स्तरीय सहसंबंध का विश्लेषण चित्र 2 मा देखावा गा है। S9। रंग, अलग-अलग प्रकार; त्रिभुज, डब्ल्यू + ओएसएस1; आयत, डब्ल्यू + ओएसएम; (सी) निकोटियाना जेए अऊर जेए-इल डायनामिक्स का ओएस उत्तेजना आयाम (दो-तरफा एनोवा अऊर ट्यूकी एचएसडी पोस्ट-मल्टीपल तुलना, * पी <0.05, ** पी <0.01 अऊर * ** डब्ल्यू + ओएस अऊर डब्ल्यू + डब्ल्यू के तुलना के लिए, पी <0.001) के अनुसार रैंक कीन जात है। शाकाहारी अऊर मिथाइल जेए (एमईजेए) के अनुकरण के बाद प्रत्येक प्रजाति के (डी) विविधता अऊर (ई) विशेषज्ञता का बॉक्स प्लॉट। तारा चिन्ह डब्ल्यू + ओएस अऊर डब्ल्यू + डब्ल्यू या लैनोलिन प्लस डब्ल्यू (लैन + डब्ल्यू) या लैन प्लस मेजा (लैन + मेजा) अऊर लैन नियंत्रण (भिन्नता का दु-तरफा विश्लेषण, जेकरे बाद टकी के एचएसडी पोस्ट हॉक बहु तुलना, * पी <0.05, ** पी <0.01 अऊर *** पी <0.01) के बीच महत्वपूर्ण अंतर का इंगित करत है।
दोहरे क्लस्टर विधि का उपयोग करत हुए, हम 939 एमएस/एमएस (डेटा फाइल एस 1) के 9 मॉड्यूल के पहचान किहिन। अलग-अलग उपचारन द्वारा पुन: विन्यस्त कीन गा एमएस/एमएस के संरचना प्रजाति के बीच अलग-अलग मॉड्यूल के बीच बहुत भिन्न होत है (चित्र एस 8)। Hj (यहाँ प्रजाति-स्तरीय γ-विविधता के रूप मा संदर्भित) अऊर δj के कल्पना करै से पता चलत है कि अलग-अलग प्रजाति चयापचय स्थान मा बहुत अलग समूहन मा एकत्रित होत हैं, जहां प्रजाति-स्तरीय विभाजन आमतौर पर उत्तेजना से अधिक प्रमुख होत है। एन. रैखिक अऊर एन. ओब्लिकस के अपवाद के साथ, उ प्रेरण प्रभावन के एक विस्तृत गतिशील श्रृंखला प्रदर्शित करत हैं (चित्र 5 बी)। यहिके विपरीत, एन. पर्प्यूरिया अऊर एन. ओब्टुसिफोलिया जइसन प्रजाति मा उपचार के प्रति कम स्पष्ट चयापचय प्रतिक्रिया होत है, लेकिन चयापचय अधिक विविध होत है। प्रेरित चयापचय प्रतिक्रिया के प्रजाति-विशिष्ट वितरण के परिणामस्वरूप विशेषज्ञता अऊर गामा विविधता (पीसीसी = -0.46, पी = 4.9×10-8) के बीच एक महत्वपूर्ण नकारात्मक सहसंबंध मिला। जेएएस स्तर मा ओएस-प्रेरित परिवर्तन मेटाबोलोम विशेषज्ञता के साथ सकारात्मक रूप से सहसंबद्ध हैं, अऊर प्रत्येक प्रजाति द्वारा प्रदर्शित चयापचय गामा विविधता के साथ नकारात्मक रूप से सहसंबद्ध हैं (चित्र 5 बी अऊर चित्र एस 9)। ई ध्यान देय लायक है कि चित्र 5C मा बोलचाल के भाषा मा "सिग्नल रिस्पांस" प्रजाति के रूप मा संदर्भित प्रजाति, जइसे कि नेपेन्थेस नेमाटोड्स, नेपेन्थेस नेपेन्थेस, नेपेन्थेस एक्यूट अऊर नेपेन्थेस क्षीण, 30 मिनट मा महत्वपूर्ण संकेत पैदा किहिन। हाल के ओएस-विशिष्ट जेए अऊर जेए-आइल प्रकोप, जबकि "सिग्नल अप्रतिक्रियाशील" नामक अन्य बैक्टीरिया, जइसे कि नेपेन्थेस मिल्स, नेपेन्थेस पाउडरी अऊर एन. ओब्टुसिफोलिया केवल बिना कौनो ओएस विशिष्टता के जेए-आइल एज प्रेरण देखावत हैं (चित्र 5सी)। चयापचय स्तर पर, जैसा कि ऊपर बतावा गा है, क्षीण नेपेन्थेस के लिए, संकेत-उत्तरदायी पदार्थन ने ओएस विशिष्टता दिखाई अऊर Hj का कम करत समय δj मा काफी वृद्धि की। ई ओएस-विशिष्ट प्राइमिंग प्रभाव सिग्नल गैर-प्रतिक्रियाशील प्रजाति (चित्र 5, डी अऊर ई) के रूप मा वर्गीकृत प्रजाति मा नाहीं पावा गा रहा। ओएस-विशिष्ट चयापचय संकेत-उत्तरदायी प्रजाति के बीच अधिक बार साझा कीन जात हैं, अऊर ई संकेत समूह कमजोर संकेत प्रतिक्रिया वाली प्रजाति के साथ समूह बनावत हैं, जबकि कमजोर संकेत प्रतिक्रिया वाली प्रजाति कम परस्पर निर्भरता देखावत हैं (चित्र S8)। ई परिणाम बतावत है कि जेए के ओएस-विशिष्ट प्रेरण अऊर डाउनस्ट्रीम मेटाबोलोम के ओएस-विशिष्ट पुनर्विन्यास प्रजाति स्तर पर युग्मित हैं।
अगला, हम पौधन का इलाज करै के लिए मिथाइल जेए (एमईजेए) युक्त लैनोलिन पेस्ट का उपयोग किहिन ताकि ई जांच कीन जा सके कि का ई युग्मन मोड बहिर्जात जेए द्वारा लागू जेए के उपलब्धता से प्रतिबंधित हैं, जवन पौधन के कोशिका द्रव्य मा होई। तेजी से डीएस्टरीकरण जेए है। हमने जेए (चित्र 5, डी अऊर ई) के निरंतर आपूर्ति के कारण सिग्नल-उत्तरदायी प्रजाति से सिग्नल-गैर-प्रतिक्रियाशील प्रजाति मा धीरे-धीरे बदलाव के एकै प्रवृत्ति पाई। संक्षेप मा, MeJA उपचार ने रैखिक नेमाटोड, एन. ओब्लिकस, एन. एक्वाटिकस, एन. पैलेन्स अऊर एन. मिकिमोटोई के मेटाबोलोम का दृढ़ता से पुन: प्रोग्राम किहिन, जेकरे परिणामस्वरूप δj मा महत्वपूर्ण वृद्धि अऊर Hj मा कमी आई। एन. पर्प्यूरिया केवल δj मा वृद्धि देखाइस, लेकिन Hj मा नाहीं। एन. ओब्टुसिफोलिया, जेका पहिले जेए के बहुत कम स्तर जमा करै के लिए देखा गा है, मेटाबोलोम पुनर्विन्यास के संदर्भ मा एमईजेए उपचार के लिए भी खराब प्रतिक्रिया देत है। ई परिणाम बतावत हैं कि सिग्नल-अप्रतिक्रियाशील प्रजाति मा जेए उत्पादन या सिग्नल ट्रांसडक्शन शारीरिक रूप से प्रतिबंधित है। यहि परिकल्पना का परीक्षण करै के ताईं, हम डब्ल्यू + डब्ल्यू, डब्ल्यू + ओएसएम अऊर डब्ल्यू + ओएसएस 1 ट्रांसक्रिप्टोम (39) द्वारा प्रेरित चार प्रजाति (एन. पैलेन्स, एन. मिल्स, एन. पिंक अऊर एन. माइक्रोफिला) का अध्ययन किहिन। मेटाबोलोम रीमॉडलिंग के पैटर्न के अनुरूप, प्रजाति ट्रांसक्रिप्टोम स्पेस मा अच्छी तरह से अलग हैं, जेहिमा एन. एटेन्यूएटेड सबसे अधिक ओएस-प्रेरित आरडीपीआई देखाइस, जबकि एन. ग्रेसिलिस मा सबसे कम रहा (चित्र 6 ए)। हालांकि, ई पावा गा कि एन. ओब्लोंगा द्वारा प्रेरित प्रतिलेखन विविधता चार प्रजातियन मा सबसे कम रही, एन. ओब्लोंगा के सबसे अधिक मेटाबोनोमिक विविधता के विपरीत जवन पहिले सात प्रजातियन मा देखावा गा रहा। पिछले अध्ययनन से पता चला है कि जेए संकेतन सहित प्रारंभिक रक्षा संकेतन से संबंधित जीनन का एक सेट, निकोटियाना प्रजाति (39) मा शाकाहारी-संबंधित एलिसिटर्स द्वारा प्रेरित प्रारंभिक रक्षा प्रतिक्रियाओं के विशिष्टता का व्याख्या करत है। इन चार प्रजातियन के बीच जेए सिग्नलिंग मार्गन के तुलना करै से एक दिलचस्प पैटर्न (चित्र 6 बी) का पता चला। यहि मार्ग मा अधिकांश जीन, जइसे कि एओसी, ओपीआर3, एसीएक्स अऊर सीओआई1, इन चार प्रजाति मा अपेक्षाकृत उच्च स्तर के प्रेरण देखाइस। हालांकि, एक प्रमुख जीन, जेएआर 4, जेए का जेए-इल संचित प्रतिलेखन के अपने जैविक रूप से सक्रिय रूप मा बदल देत है, अऊर एकर प्रतिलेखन स्तर बहुत कम है, खासकर एन. मिल्स, नेपेन्थेस पियरिस अऊर एन. माइक्रोफिला मा। यहिके अलावा, एन. बिफिडम मा केवल एक अउर जीन एओएस के प्रतिलेख नाहीं पावा गा रहा। जीन अभिव्यक्ति मा ई बदलाव सिग्नल एनर्जिक प्रजाति मा कम जेए उत्पादन अऊर एन. ग्रेसिलिस के प्रेरण से प्रेरित चरम फेनोटाइप के लिए जिम्मेदार हो सकत हैं।
(ए) शाकाहारी प्रेरण के 30 मिनट बाद नमूना लीन गा चार निकट संबंधित तम्बाकू प्रजाति के प्रारंभिक प्रतिलेखन प्रतिक्रियाओं के पुन: प्रोग्रामिंग का सूचना सिद्धांत विश्लेषण। शाकाहारी ओएस द्वारा प्रेरित पत्तन के घाव नियंत्रण के साथ तुलना कइके आरडीपीआई के गणना कीन जात है। रंग अलग-अलग प्रजाति का इंगित करत हैं, अऊर प्रतीक अलग-अलग उपचार विधियन का इंगित करत हैं। (बी) चार प्रजातियन के बीच जेए सिग्नलिंग मार्गन मा जीन अभिव्यक्ति का विश्लेषण। सरलीकृत जेए पथ बॉक्स प्लॉट के बगल मा देखावा गा है। अलग-अलग रंग अलग-अलग प्रसंस्करण विधियन का इंगित करत हैं। तारा चिन्ह इंगित करत है कि डब्ल्यू + ओएस उपचार अऊर डब्ल्यू + डब्ल्यू नियंत्रण के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर है (जोड़ीवार अंतर के लिए छात्र के टी-टेस्ट के लिए, * पी <0.05, ** पी <0.01 अऊर *** पी <0.001)। ओपीडीए, 12-ऑक्सोफाइटोडायनोइक एसिड; ओपीसी-8: 0,3-ऑक्सो-2(2′(जेड)-पेंटेनिल)-साइक्लोपेंटेन-1-ऑक्टानोइक एसिड।
अंतिम भाग मा, हम अध्ययन किहिन कि विभिन्न पौधा प्रजाति के मेटाबोलोम के कीट प्रजाति-विशिष्ट पुनर्निर्माण शाकाहारी जानवरन के प्रतिरोधी कैसे हो सकत है। पिछला शोध मा निकोटियाना जीनस पर जोर दिहा गा रहा। एमएस अऊर लार्वा के प्रति ओनके प्रतिरोध बहुत भिन्न होत हैं (40)। हिंया, हम यहि मॉडल अऊर ओनके चयापचय प्लास्टिसिटी के बीच संबंध का अध्ययन किहिन। उपरोक्त चार तम्बाकू प्रजातियन का उपयोग करत हुए, अऊर शाकाहारी जानवरन के कारण होए वाले मेटाबोलोम के विविधता अऊर विशेषज्ञता अऊर एमएस अऊर एसएल के प्रतिरोध के बीच सहसंबंध का परीक्षण करत हुए, हमने पावा कि सामान्यवादी एसएल के प्रतिरोध, विविधता अऊर विशेषज्ञता सब सकारात्मक रूप से सहसंबद्ध हैं, जबकि विशेषज्ञ महिलाओं अऊर विशेषज्ञता के प्रतिरोध के बीच सहसंबंध कमजोर है, अऊर विविधता के साथ सहसंबंध महत्वपूर्ण नाहीं है (चित्र 10)। एस 1 प्रतिरोध के संबंध मा, क्षीण एन. चिनेंसिस अऊर एन. ग्रेसिलिस दुनौ, जेका पहिले जेए सिग्नल ट्रांसडक्शन स्तर अऊर मेटाबोलोम प्लास्टिसिटी दुनौ का प्रदर्शित करै के लिए देखा गा रहा, शाकाहारी प्रेरण के प्रति बहुत अलग प्रतिक्रिया रखत रहें, अऊर उइ समान उच्च प्रतिरोध भी देखात रहें। सेक्स।
पिछले साठ सालन मा, पौधा रक्षा सिद्धांत एक सैद्धांतिक ढाँचा प्रदान किहिस है, जेकरे आधार पर शोधकर्ताओं ने पौधा विशिष्ट चयापचयों के काफी संख्या मा विकास अऊर कार्यन के भविष्यवाणी कीन है। इनमा से अधिकांश सिद्धांत मजबूत अनुमानन (41) के सामान्य प्रक्रिया का पालन नाहीं करत हैं। उ विश्लेषण के एकै स्तर पर प्रमुख भविष्यवाणियन (3) का प्रस्ताव देत हैं। जब प्रमुख भविष्यवाणियन के परीक्षण विशिष्ट सिद्धांतन का विश्लेषण करै के अनुमति देत है, तौ ई क्षेत्र आगे बढ़त है। समर्थन करा, लेकिन दूसरन का अस्वीकार करा (42)। यहिके बजाय, नया सिद्धांत विश्लेषण के अलग-अलग स्तरन पर भविष्यवाणी करत है अऊर वर्णनात्मक विचारन के एक नया परत जोड़त है (42)। हालांकि, कार्यात्मक स्तर, एमटी अऊर ओडी पर प्रस्तावित दुई सिद्धांतन का शाकाहारी जानवरन के कारण होए वाले विशेष चयापचय परिवर्तनन के महत्वपूर्ण भविष्यवाणियन के रूप मा आसानी से समझावा जा सकत है: ओडी सिद्धांत मानत है कि विशेष चयापचय "अंतरिक्ष" मा परिवर्तन अत्यधिक दिशात्मक हैं। एमटी सिद्धांत मानत है कि ई बदलाव गैर-दिशात्मक अऊर चयापचय स्थान मा यादृच्छिक रूप से स्थित होइहैं, अऊर उच्च रक्षा मूल्य चयापचय होत हैं। ओडी अऊर एमटी भविष्यवाणियन के पिछला परीक्षणन का एक प्राथमिक "रक्षा" यौगिकन के एक संकीर्ण सेट का उपयोग कइके परीक्षण कीन गा है। ई चयापचय-केंद्रित परीक्षण शाकाहारी के दौरान चयापचय पुनर्विन्यास के सीमा अऊर प्रक्षेपवक्र का विश्लेषण करै के क्षमता का रोकत हैं, अऊर एक सुसंगत सांख्यिकीय ढांचे के भीतर परीक्षण के अनुमति नाहीं देत हैं ताकि प्रमुख भविष्यवाणियन के आवश्यकता हो सके जेका एक समग्र रूप से माना जा सकत है पौधा चयापचय मा परिवर्तनन का मापा जाय। हिंया, हम कम्प्यूटेशनल एमएस के आधार पर मेटाबोलोमिक्स मा अभिनव तकनीक का उपयोग किहिन अऊर वैश्विक मेटाबोलोमिक्स स्तर पर प्रस्तावित दुइनौ के बीच अंतर का परीक्षण करै के लिए सूचना सिद्धांत वर्णनकर्ताओं के सामान्य मुद्रा मा डिकॉनवॉल्यूशन एमएस विश्लेषण किहिन। यहि सिद्धांत कय प्रमुख भविष्यवाणी। सूचना सिद्धांत का कईयो क्षेत्रन मा लागू कीन गा है, खासकर जैव विविधता अऊर पोषक तत्व प्रवाह अनुसंधान के संदर्भ मा (43)। हालांकि, जहाँ तक हम जानित है, ई पौधन के चयापचय सूचना स्थान का वर्णन करै अऊर पर्यावरणीय संकेतन के जवाब मा अस्थायी चयापचय परिवर्तन से संबंधित पारिस्थितिक समस्याओं का हल करै के लिए उपयोग कीन जाय वाला पहिला अनुप्रयोग है। विशेष रूप से, ई विधि के क्षमता पौधा प्रजाति के भीतर अऊर बीच पैटर्न के तुलना करै के क्षमता मा निहित है ताकि ई जांच कीन जा सके कि शाकाहारी अलग-अलग प्रजाति से विकास के अलग-अलग स्तरन पर अंतर-प्रजाति मैक्रोइवोल्यूशनरी पैटर्न तक कैसे विकसित भए हैं। चयापचय।
प्रधान घटक विश्लेषण (पीसीए) एक बहुभिन्नरूपी डेटा सेट का एक आयामी कमी स्थान मा बदल देत है ताकि डेटा के मुख्य प्रवृत्ति का समझावा जा सके, यहिसे ई आमतौर पर डेटा सेट का पार्स करै के लिए एक खोजपूर्ण तकनीक के रूप मा उपयोग कीन जात है, जइसे कि विघटन मेटाबोलोम। हालांकि, आयाम कमी डेटा सेट मा सूचना सामग्री का हिस्सा खो देई, अऊर पीसीए ओन विशेषता के बारे मा मात्रात्मक जानकारी प्रदान नाहीं कइ सकत है जवन पारिस्थितिक सिद्धांत से विशेष रूप से प्रासंगिक हैं, जइसे कि: शाकाहारी विशेष क्षेत्रन (उदाहरन के लिए, समृद्धि, वितरण) अऊर बहुतायत) चयापचय मा विविधता का कैसे पुन: विन्यस्त करत हैं? कौन से चयापचय कौनो शाकाहारी जानवर के प्रेरित अवस्था के भविष्यवक्ता हैं? विशिष्टता, विविधता अऊर प्रेरकता के दृष्टिकोण से, पत्ता-विशिष्ट चयापचय प्रोफाइल के सूचना सामग्री का विघटित कीन जात है, अऊर ई पावा जात है कि शाकाहारी जानवरन के खाना विशिष्ट चयापचय का सक्रिय कइ सकत है। अप्रत्याशित रूप से, हमने देखा कि, जैसा कि लागू सूचना सिद्धांत संकेतकों में वर्णित है, परिणामी चयापचय स्थिति में दुई शाकाहारी (रात-खिलाया सामान्यवादी एसएल) अऊर सोलानेसी विशेषज्ञ सुश्री के हमला के बाद एक बड़ा ओवरलैप है। हालांकि ओनके खिला व्यवहार अऊर एकाग्रता काफी अलग है। ओएस (31) मा फैटी एसिड-अमीनो एसिड संयुग्म (एफएसी) प्रवर्तक। मानकीकृत पंचर घाव के इलाज के लिए शाकाहारी ओएस का उपयोग कइके, नकली शाकाहारी उपचार भी एक समान प्रवृत्ति देखाइस। शाकाहारी हमलन के प्रति पौधन के प्रतिक्रिया का अनुकरण करै के लिए ई मानकीकृत प्रक्रिया शाकाहारी जानवरन के खाने के व्यवहार मा बदलाव के कारण भ्रमित करै वाले कारकन का खतम करत है, जवन अलग-अलग समय मा अलग-अलग डिग्री के नुकसान का कारण बनत है (34)। एफएसी, जेका ओएसएम का मुख्य कारण माना जात है, ओएसएस 1 मा जेएएस अऊर अन्य पौधा हार्मोन प्रतिक्रियाओं का कम करत है, जबकि ओएसएस 1 सैकड़न गुना कम करत है (31)। हालांकि, ओएसएस 1 ने ओएसएम के तुलना मा जेए संचय के समान स्तर का कारण बना। ई पहिले देखावा गा है कि क्षीण नेपेंथेस मा जेए प्रतिक्रिया ओएसएम के प्रति बहुत संवेदनशील है, जहां एफएसी पानी के साथ 1:1000 पतला होए पर भी अपनी गतिविधि का बनाए रख सकत है (44)। यहिसे, ओएसएम के तुलना मा, यद्यपि ओएसएस 1 मा एफएसी बहुत कम है, लेकिन ई पर्याप्त जेए प्रकोप का प्रेरित करै के लिए पर्याप्त है। पिछले अध्ययनन से पता चला है कि पोरिन-जैसे प्रोटीन (45) अऊर ओलिगोसैकराइड्स (46) का उपयोग ओएसएस 1 मा पौधा रक्षा प्रतिक्रियाओं का ट्रिगर करै के लिए आणविक सुराग के रूप मा कीन जा सकत है। हालांकि, ई अबहियों स्पष्ट नाहीं है कि ओएसएस 1 मा ई एलिसिटर वर्तमान अध्ययन मा देखे गए जेए के संचय के लिए जिम्मेदार हैं या नाहीं।
यद्यपि विभिन्न शाकाहारी या बहिर्जात जेए या एसए (सैलिसिलिक एसिड) (47) के अनुप्रयोग के कारण विभेदक चयापचय उंगली के निशान का वर्णन करै वाले कुछ अध्ययन हैं, लेकिन कौनो भी पौधा घास नेटवर्क मा शाकाहारी प्रजाति-विशिष्ट गड़बड़ी अऊर विशिष्ट पर ओकर प्रभावन का परेशान नाहीं किहिस है चयापचय के समग्र प्रभाव का व्यवस्थित रूप से अध्ययन कीन जात है। व्यक्तिगत जानकारी। ई विश्लेषण से आगे पुष्टि भै कि जेए के अलावा अन्य पौधा हार्मोन के साथे आंतरिक हार्मोन नेटवर्क कनेक्शन शाकाहारी जानवरन के कारण चयापचय पुनर्गठन के विशिष्टता का आकार देत है। विशेष रूप से, हमने पता लगावा कि ओएसएम के कारण ईटी ओएसएस 1 के कारण ईटी से काफी अधिक रहा। ई मोड ओएसएम मा अधिक एफएसी सामग्री के अनुरूप है, जवन ईटी बर्स्ट (48) का ट्रिगर करै के लिए एक आवश्यक अऊर पर्याप्त शर्त है। पौधन अऊर शाकाहारी जानवरन के बीच बातचीत के संदर्भ मा, पौधा-विशिष्ट चयापचय गतिकी पर ईटी का संकेतन कार्य अभी भी छिटपुट है अऊर केवल एकल यौगिक समूह का लक्षित करत है। यहिके अलावा, अधिकांश अध्ययनन मा ईटी के विनियमन का अध्ययन करै के लिए ईटी या ओकरे अग्रदूतन या विभिन्न अवरोधकन के बहिर्जात अनुप्रयोग का उपयोग कीन गा है, जेहिमा से ई बहिर्जात रासायनिक अनुप्रयोग कईयो गैर-विशिष्ट दुष्प्रभाव पैदा करिहैं। हमरे जानकारी के अनुसार, ई अध्ययन पौधा मेटाबोलोम गतिकी का समन्वयित करै के लिए बिगड़ा ट्रांसजेनिक पौधन का उत्पादन अऊर समझै के लिए ईटी के उपयोग मा ईटी के भूमिका के पहिला बड़े पैमाने पर व्यवस्थित परीक्षण का प्रतिनिधित्व करत है। शाकाहारी-विशिष्ट ईटी प्रेरण अंततः मेटाबोलोम प्रतिक्रिया का संशोधित कर सकत है। सबसे महत्वपूर्ण ईटी जैव संश्लेषण (एसीओ) अऊर धारणा (ईटीआर 1) जीन का ट्रांसजेनिक हेरफेर है जवन फेनोलामाइड्स के शाकाहारी-विशिष्ट डी नोवो संचय का पता लगाइस। ई पहिले देखा गा है कि ईटी पुट्रेसिन एन-मिथाइलट्रांसफेरेज (49) का नियंत्रित कइके जेए-प्रेरित निकोटीन संचय का ठीक कर सकत है। हालांकि, यांत्रिक दृष्टिकोण से, ई स्पष्ट नाहीं है कि ईटी फेनामाइड के प्रेरण का कैसे ठीक करत है। ईटी के सिग्नल ट्रांसडक्शन फंक्शन के अलावा, पॉलीअमिनोफेनॉल अमाइड्स मा निवेश का नियंत्रित करै के लिए चयापचय प्रवाह का एस-एडेनोसिल-1-मेथियोनिन मा भी शंट कीन जा सकत है। एस-एडेनोसिल-1-मेथियोनिन ईटी अऊर पॉलीअमाइन जैव संश्लेषण मार्ग का सामान्य मध्यवर्ती है। ईटी सिग्नल फेनोलामाइड के स्तर का नियंत्रित करै के तंत्र का आगे के अध्ययन के जरूरत है।
लंबे समय से, अज्ञात संरचना के विशेष चयापचयों के बड़ी संख्या के कारण, विशिष्ट चयापचय श्रेणियन पर तीव्र ध्यान जैविक बातचीत के बाद चयापचय विविधता के लौकिक परिवर्तनन का सख्ती से आकलन करै में असमर्थ रहा है। वर्तमान मा, सूचना सिद्धांत विश्लेषण के आधार पर, निष्पक्ष चयापचय के आधार पर एमएस / एमएस स्पेक्ट्रम अधिग्रहण का मुख्य परिणाम ई है कि शाकाहारी खाए या शाकाहारी का अनुकरण करै वाले शाकाहारी पत्ती के चयापचय के समग्र चयापचय विविधता का कम करत रहत हैं, जबकि ओकर विशेषज्ञता के डिग्री बढ़ावत हैं। शाकाहारी जानवरन के कारण मेटाबोलोम विशिष्टता मा ई अस्थायी वृद्धि प्रतिलेख विशिष्टता मा एक सहक्रियात्मक वृद्धि से जुड़ी अहै। विशेषता जवन ई बड़ा मेटाबोलोम विशेषज्ञता (उच्च Si मान होय) मा सबसे ज्यादा योगदान देत है, उ पहिले से चिन्हित शाकाहारी कार्य वाला विशेष चयापचय है। ई मॉडल ओडी सिद्धांत के भविष्यवाणी के अनुरूप है, लेकिन मेटाबोलोम रीप्रोग्रामिंग के यादृच्छिकता से संबंधित एमटी के भविष्यवाणी सुसंगत नाहीं है। हालांकि, ई डेटा मिश्रित मॉडल (सर्वश्रेष्ठ एमटी; चित्र 1 बी) के भविष्यवाणी के अनुरूप भी है, काहे से कि अज्ञात रक्षा कार्यन वाले अन्य अविशिष्ट चयापचय अभी भी एक यादृच्छिक सी वितरण का पालन कर सकत हैं।
यहि शोध द्वारा आगे कैप्चर कीन गा एक उल्लेखनीय पैटर्न ई है कि सूक्ष्म-विकास स्तर (एकल पौधा अऊर तम्बाकू आबादी) से एक बड़े विकासवादी पैमाने (निकटता से संबंधित तंबाकू प्रजाति) तक, विकासवादी संगठन के अलग-अलग स्तर "सर्वश्रेष्ठ रक्षा" मा हैं शाकाहारी जानवरन के क्षमता मा महत्वपूर्ण अंतर हैं। मूर एट अल (20) अऊर केसलर अऊर काल्स्के (1) ने स्वतंत्र रूप से जैव विविधता के तीन कार्यात्मक स्तरन का रासायनिक विविधता के संवैधानिक अऊर प्रेरित लौकिक परिवर्तनन मा बदलै का प्रस्ताव रखिन; इन लेखकन ने न तौ सारांशित किहिन बड़े पैमाने पर मेटाबोलोम डेटा संग्रह के प्रक्रिया भी ई नाहीं बतावत हैं कि इन डेटा से चयापचय विविधता के गणना कैसे कीन जाय। यहि अध्ययन मा, व्हिटकर के कार्यात्मक वर्गीकरण मा मामूली समायोजन α-चयापचय विविधता का एक दिए गए पौधे मा एमएस/एमएस स्पेक्ट्रा के विविधता के रूप मा अऊर β-चयापचय विविधता का आबादी के एक समूह के बुनियादी अंतःविशिष्ट चयापचय के रूप मा मानत हैं अंतरिक्ष, अऊर γ-चयापचय विविधता समान प्रजाति के विश्लेषण के विस्तार होई।
जेए संकेत शाकाहारी चयापचय प्रतिक्रियाओं के एक विस्तृत श्रृंखला के लिए आवश्यक है। हालांकि, मेटाबोलोम विविधता मा जेए जैव संश्लेषण के अंतःविशिष्ट विनियमन के योगदान के कठोर मात्रात्मक परीक्षण के कमी है, अऊर का जेए संकेत एक उच्च मैक्रोइवोल्यूशनरी पैमाने पर तनाव-प्रेरित चयापचय विविधीकरण के लिए एक सामान्य साइट है, ई अभी भी मायावी है। हम देखेन कि नेपेंथेस शाकाहारी प्रकृति मेटाबोलोम विशेषज्ञता का प्रेरित करत है अऊर निकोटियाना प्रजाति के आबादी के भीतर अऊर निकट संबंधित निकोटियाना प्रजाति के बीच मेटाबोलोम विशेषज्ञता के भिन्नता जेए सिग्नलिंग के साथ व्यवस्थित रूप से सकारात्मक रूप से सहसंबद्ध है। यहिके अलावा, जब जेए संकेत बिगड़ जात है, तौ एकल जीनोटाइप शाकाहारी द्वारा प्रेरित चयापचय विशिष्टता रद्द होइ जाई (चित्र 3, सी अऊर ई)। चूंकि प्राकृतिक रूप से क्षीण नेपेन्थेस आबादी के चयापचय स्पेक्ट्रम परिवर्तन ज्यादातर मात्रात्मक होत हैं, यहि विश्लेषण मा चयापचय β विविधता अऊर विशिष्टता मा परिवर्तन काफी हद तक चयापचय-समृद्ध यौगिक श्रेणियन के मजबूत उत्तेजना के कारण होइ सकत हैं। ई यौगिक वर्ग मेटाबोलोम प्रोफाइल के हिस्सा पर हावी होत हैं अऊर जेए संकेतन के साथ एक सकारात्मक सहसंबंध पैदा करत हैं।
काहे से कि तम्बाकू प्रजाति के जैव रासायनिक तंत्र बहुत अलग हैं, चयापचय गुणात्मक पहलू मा विशेष रूप से पहचाना जात हैं, यहिसे ई अधिक विश्लेषणात्मक है। कैप्चर कीन गा चयापचय प्रोफाइल के सूचना सिद्धांत के प्रसंस्करण से पता चलत है कि शाकाहारी प्रेरण चयापचय गामा विविधता अऊर विशेषज्ञता के बीच व्यापार-बंद का बढ़ावत है। जेए सिग्नल यहि व्यापार-बंद मा एक केंद्रीय भूमिका निभात है। मेटाबोलोम विशेषज्ञता मा वृद्धि मुख्य ओडी भविष्यवाणी के अनुरूप है अऊर जेए संकेत के साथ सकारात्मक रूप से सहसंबद्ध है, जबकि जेए संकेत चयापचय गामा विविधता के साथ नकारात्मक रूप से सहसंबद्ध है। ई मॉडल बतावत हैं कि पौधन के ओडी क्षमता मुख्य रूप से जेए के प्लास्टिसिटी से निर्धारित होत है, चाहे उ सूक्ष्म विकासवादी पैमाने पर हो या एक बड़े विकासवादी पैमाने पर। बहिर्जात जेए अनुप्रयोग प्रयोग जवन जेए जैव संश्लेषण दोषन का दरकिनार करत हैं, आगे बतावत हैं कि निकट संबंधित तंबाकू प्रजाति का संकेत-प्रतिक्रियाशील अऊर संकेत-गैर-प्रतिक्रियाशील प्रजाति मा अलग कीन जा सकत है, ठीक वइसने जइसे कि उनके जेए के तरीका अऊर शाकाहारी द्वारा प्रेरित मेटाबोलोम प्लास्टिसिटी। संकेत गैर-उत्तरदायी प्रजाति अंतर्जात जेए का उत्पादन करै में असमर्थता के कारण प्रतिक्रिया नाहीं दे सकत हैं अऊर यहिसे शारीरिक सीमा के अधीन हैं। ई जेए सिग्नलिंग पथ (एन. क्रेसेंस मा एओएस अऊर जेएआर 4) मा कुछ प्रमुख जीन मा उत्परिवर्तन के कारण हो सकत है। ई परिणाम बतावत है कि ई अंतर-प्रजाति मैक्रोइवोल्यूशनरी पैटर्न मुख्य रूप से आंतरिक हार्मोन धारणा अऊर प्रतिक्रियाशीलता मा बदलाव से संचालित होइ सकत हैं।
पौधन अऊर शाकाहारी जानवरन के बीच बातचीत के अलावा, चयापचय विविधता के अन्वेषण पर्यावरण के जैविक अनुकूलन के अनुसंधान अऊर जटिल फेनोटाइपिक लक्षणन के विकास मा सब महत्वपूर्ण सैद्धांतिक प्रगति से संबंधित है। आधुनिक एमएस उपकरणन द्वारा प्राप्त डेटा के मात्रा मा वृद्धि के साथ, चयापचय विविधता पर परिकल्पना परीक्षण अब व्यक्तिगत / श्रेणी चयापचय अंतरन का पार कर सकत है अऊर अप्रत्याशित पैटर्न का प्रकट करै के लिए वैश्विक विश्लेषण कर सकत है। बड़े पैमाने पर विश्लेषण के प्रक्रिया मा, एक महत्वपूर्ण रूपक सार्थक मानचित्रन के कल्पना करै का विचार है जेका डेटा का पता लगावै के लिए उपयोग कीन जा सकत है। यहिसे, निष्पक्ष एमएस/एमएस मेटाबोलोमिक्स अऊर सूचना सिद्धांत के वर्तमान संयोजन का एक महत्वपूर्ण परिणाम ई है कि ई एक सरल मीट्रिक प्रदान करत है जेकर उपयोग विभिन्न वर्गीकरण पैमानन पर चयापचय विविधता का ब्राउज़ करै के लिए मानचित्र बनावै के लिए कीन जा सकत है। ई यहि विधि के बुनियादी आवश्यकता है। सूक्ष्म/मैक्रो विकास अऊर सामुदायिक पारिस्थितिकी का अध्ययन।
मैक्रो-इवोल्यूशनरी स्तर पर, एहर्लिच अऊर रेवेन (51) के पौधा-कीट सह-विकास सिद्धांत का मूल ई भविष्यवाणी करब है कि अंतर-प्रजाति चयापचय विविधता के भिन्नता पौधा वंशावली के विविधीकरण का कारण है। हालांकि, ई मौलिक काम के प्रकाशन के बाद से पचास साल मा, ई परिकल्पना का बहुत कम परीक्षण कीन गा है (52)। ई काफी हद तक लंबी दूरी के पौधा वंशावली मा तुलनीय चयापचय विशेषता के वंशावली विशेषता के कारण है। दुर्लभता का उपयोग लक्ष्य विश्लेषण विधियन का लंगर लगावै के लिए कीन जा सकत है। सूचना सिद्धांत द्वारा संसाधित वर्तमान एमएस/एमएस कार्यप्रवाह अज्ञात चयापचयों के एमएस/एमएस संरचनात्मक समानता (पूर्व चयापचय चयन के बिना) का मापत है अऊर इन एमएस/एमएस का एमएस/एमएस के एक सेट मा बदल देत है, यहिसे पेशेवर चयापचय मा इन मैक्रो-विकासवादी मॉडलन के तुलना वर्गीकरण पैमाने मा कीन जात है। सरल सांख्यिकीय संकेतक। ई प्रक्रिया फ़ाइलोजेनेटिक विश्लेषण के समान है, जवन बिना पूर्व भविष्यवाणी के विविधीकरण या चरित्र विकास के दर का मापे के लिए अनुक्रम संरेखण का उपयोग कर सकत है।
जैव रासायनिक स्तर पर, फर्न अऊर जोन्स (53) के स्क्रीनिंग परिकल्पना से पता चलत है कि चयापचय विविधता अलग-अलग स्तरन पर बनाए रखी जात है ताकि पहिले से असंबंधित या प्रतिस्थापित चयापचयों के जैविक गतिविधियन का लागू करै के लिए कच्चा माल प्रदान कीन जा सके। सूचना सिद्धांत विधि एक ढांचा प्रदान करत हैं जेहिमा चयापचय विशेषज्ञता के दौरान होए वाले इन चयापचय-विशिष्ट विकासवादी संक्रमणन का प्रस्तावित विकासवादी स्क्रीनिंग प्रक्रिया के हिस्से के रूप मा मापा जा सकत है: कम विशिष्टता से उच्च विशिष्टता तक जैविक रूप से सक्रिय अनुकूलन एक दिहल गवा वातावरण के अवरुद्ध चयापचय।
कुल मिला के, आणविक जीव विज्ञान के सुरुआती दिनन मा, महत्वपूर्ण पौधा रक्षा सिद्धांत विकसित कीन गा रहें, अऊर निगमनात्मक परिकल्पना-संचालित विधियन का व्यापक रूप से वैज्ञानिक प्रगति का एकमात्र साधन माना जात है। ई काफी हद तक पूरे मेटाबोलोम के माप के तकनीकी सीमा के कारण है। यद्यपि परिकल्पना-संचालित विधि अन्य कारण तंत्रन का चुनै मा विशेष रूप से उपयोगी हैं, जैव रासायनिक नेटवर्क के बारे मा हमरे समझ का आगे बढ़ावै के ओनके क्षमता समकालीन डेटा-गहन विज्ञान मा वर्तमान मा उपलब्ध कम्प्यूटेशनल विधियन के तुलना मा अधिक सीमित है। यहिसे, जवन सिद्धांतन के भविष्यवाणी नाहीं कीन जा सकत है, उ उपलब्ध डेटा के दायरा से बहुत आगे हैं, यहिसे शोध क्षेत्र मा प्रगति के काल्पनिक सूत्र/परीक्षण चक्र का खतम नाहीं कीन जा सकत है (4)। हम देखित है कि हिंया पेश कीन गा मेटाबोलोमिक्स के कम्प्यूटेशनल कार्यप्रवाह चयापचय विविधता के हालिया (कैसे) अऊर अंतिम (काहे) मुद्दन मा रुचि फिर से जगा सकत है, अऊर सैद्धांतिक रूप से निर्देशित डेटा विज्ञान के एक नए युग मा योगदान दे सकत है। ई युग ओन महत्वपूर्ण सिद्धांतन का फिर से परखिस जवन पिछली पीढ़ियन का प्रेरित किहिन।
सीधा शाकाहारी खिला एकल गुलाब खिलत पौधा के एकल पीला-रंग के घड़ा पौधा के पत्ता पर दूसर इंस्टार लार्वा या एसएल लार्वा उठा के कीन जात है, जेहिमा प्रति पौधा 10 पौधा प्रतिकृति होत हैं। कीट के लार्वा का क्लैंप से क्लैम्प कीन गा रहा, अऊर शेष पत्ती के ऊतक का संक्रमण के 24 अऊर 72 घंटा बाद एकत्र कीन गा रहा अऊर जल्दी से जमे रहा, अऊर चयापचय पदार्थन का निकाला गा रहा।
अत्यधिक समन्वयित तरीका से शाकाहारी उपचार का अनुकरण करा। विधि ई है कि कपड़ा माला के विकास चरण के दौरान पौधे के तीन पूरी तरह से फैले पत्तन के मध्य पट्टी के हर तरफ तीन पंक्तियन के कांटन का पंचर करै के लिए कपड़ा पैटर्न पहियन का उपयोग कीन जाय, अऊर तुरंत 1:5 पतला सुश्री लगावा जाय। या पंचर घाव मा एस 1 ओएस डालै के लिए दस्ताने वाली उंगली का उपयोग कीन जाय। ऊपर बतावा गा है कि एक पत्ता का काटौ अऊर संसाधित करा। प्राथमिक चयापचय अऊर पौधा हार्मोन (54) का निकालै के लिए पहिले वर्णित विधि का उपयोग करा।
बहिर्जात जेए अनुप्रयोगन के लिए, प्रत्येक प्रजाति के छह गुलाब खिलने वाले पौधों में से प्रत्येक के तीन पेटीओल पत्तियों का 20 μl लैनोलिन पेस्ट के साथ इलाज किया जात है जेहिमा 150 μg MeJA (Lan + MeJA), अऊर 20 μl लैनोलिन प्लस घाव उपचार (Lan + W) होत है, या 20 μl शुद्ध लैनोलिन का नियंत्रण के रूप में उपयोग कीन जात है। पत्तियन का उपचार के 72 घंटा बाद काटा गा रहा, तरल नाइट्रोजन मा स्नैप-फ्रोजन कीन गा रहा, अऊर उपयोग तक -80°C पर संग्रहीत कीन गा रहा।
हमरे शोध समूह मा चार जेए अऊर ईटी ट्रांसजेनिक लाइन, अर्थात् irAOC (36), irCOI1 (55), irACO अऊर sETR1 (48) के पहचान कीन गै है। irAOC ने JA अऊर JA-Ile स्तर मा दृढ़ता से कमी देखाइस, जबकि irCOI1 JAs के प्रति संवेदनशील नाहीं रहा। ईवी के तुलना मा, जेए-इल संचय बढ़ गवा। इसी तरह, irACO ईटी के उत्पादन का कम करि, अऊर ईवी के तुलना मा, sETR1, जवन ईटी के प्रति असंवेदनशील है, ईटी के उत्पादन का बढ़ा देई।
ईटी माप का गैर-आक्रामक रूप से करै के लिए एक फोटोकॉस्टिक लेजर स्पेक्ट्रोमीटर (सेंसर सेंस ईटीडी-300 रियल-टाइम ईटी सेंसर) का उपयोग कीन जात है। उपचार के तुरंत बाद, आधे पत्तियन का काट के 4-एमएल सीलबंद कांच के शीशी मा स्थानांतरित कीन गा रहा, अऊर हेडस्पेस का 5 घंटा के भीतर जमा होय दीन गा रहा। माप के दौरान, हर शीशी का 8 मिनट के लिए 2 लीटर/घंटा शुद्ध हवा के धारा से फ्लश कीन गा रहा, जवन पहिले सेंसर सेंस द्वारा CO2 अऊर पानी का हटावै के लिए प्रदान कीन गा उत्प्रेरक से गुजर चुका रहा।
माइक्रोएरे डेटा मूल रूप से (35) मा प्रकाशित कीन गा रहा अऊर राष्ट्रीय जैव प्रौद्योगिकी सूचना केंद्र (एनसीबीआई) जीन अभिव्यक्ति व्यापक डेटाबेस (पहुंच संख्या जीएसई30287) मा सहेजा गा रहा। डब्ल्यू + ओएसएम उपचार अऊर अक्षतिग्रस्त नियंत्रण के कारण पत्तियन से संबंधित डेटा का यहि अध्ययन के लिए निकाला गा रहा। कच्ची तीव्रता log2 है। सांख्यिकीय विश्लेषण से पहिले, आर सॉफ्टवेयर पैकेज का उपयोग कइके आधार रेखा का परिवर्तित अऊर अपने 75 वें प्रतिशत तक सामान्यीकृत कीन गा रहा।
निकोटियाना प्रजाति के मूल आरएनए अनुक्रमण (आरएनए-सेक) डेटा एनसीबीआई शॉर्ट रीडिंग आर्काइव्स (एसआरए) से प्राप्त कीन गा रहा, परियोजना संख्या पीआरजेएनए301787 है, जेका झोउ एट अल द्वारा रिपोर्ट कीन गा रहा। (39) अऊर (56) मा वर्णित के अनुसार आगे बढ़ौ। निकोटियाना प्रजाति से संबंधित W + W, W + OSM अऊर W + OSS1 द्वारा संसाधित कच्चा डेटा का यहि अध्ययन मा विश्लेषण के लिए चुना गा रहा, अऊर निम्नलिखित तरीका से संसाधित कीन गा रहा: सबसे पहिले, कच्चा RNA-seq रीडिंग का FASTQ प्रारूप मा बदला गा रहा। HISAT2 FASTQ का SAM मा बदल देत है, अऊर SAMtools SAM फाइलन का क्रमबद्ध BAM फाइलन मा बदलत है। स्ट्रिंगटाई का उपयोग जीन अभिव्यक्ति के गणना करै के लिए कीन जात है, अऊर एकर अभिव्यक्ति विधि ई है कि प्रति मिलियन अनुक्रमित प्रतिलेखन टुकड़न मा प्रति हजार आधार टुकड़ा टुकड़ा होत हैं।
विश्लेषण मा उपयोग कीन गा प्रशंसा क्रोमैटोग्राफिक कॉलम (150 मिमी x 2.1 मिमी; कण आकार 2.2 माइक्रोन) अऊर 4 मिमी x 4 मिमी गार्ड कॉलम मा एकै सामग्री होत है। डायोनेक्स अल्टीमेट 3000 अल्ट्रा हाई परफॉर्मेंस लिक्विड क्रोमैटोग्राफी (यूएचपीएलसी) सिस्टम मा निम्नलिखित बाइनरी ढाल का उपयोग कीन जात है: 0 से 0.5 मिनट, आइसोक्रेटिक 90% ए [डीआयनाइज्ड पानी, 0.1% (v/v) एसीटोनाइट्रिल अऊर 0.05% फार्मिक एसिड], 10% बी अऊर सीटोनिट्रिल 0.05% फार्मिक एसिड); 0.5 से 23.5 मिनट, ढाल चरण क्रमशः 10% ए अऊर 90% बी है; 23.5 से 25 मिनट, आइसोक्रेटिक 10% ए अऊर 90% बी। प्रवाह दर 400μl/min है। सब एमएस विश्लेषणन के लिए, सकारात्मक आयनीकरण मोड (केशिका वोल्टेज, 4500 वी; केशिका आउटलेट 130 वी; सुखाने का तापमान 200 डिग्री सेल्सियस; सुखाने का तापमान 200 डिग्री सेल्सियस; सुखाने वाला वायु प्रवाह 10 सेकंड / मिनट) में संचालित इलेक्ट्रोस्प्रे स्रोत से सुसज्जित एक क्वाड्रपोल अऊर टाइम-ऑफ-फ्लाइट (क्यूटीओएफ) विश्लेषक में कॉलम एल्यूएंट इंजेक्ट करौ।
समग्र पता लगावै योग्य चयापचय प्रोफाइल के बारे मा संरचनात्मक जानकारी प्राप्त करै के लिए एमएस / एमएस टुकड़ा विश्लेषण (यहिके बाद एमएस / एमएस के रूप मा संदर्भित) करा जवन डेटा से अप्रासंगिक या अप्रभेद्य है। अंधाधुंध एमएस/एमएस विधि के अवधारणा ई तथ्य पर निर्भर करत है कि चतुर्भुज मा एक बहुत बड़ा द्रव्यमान अलगाव खिड़की है [एही से, सब द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात (एम/जेड) संकेतन का टुकड़न के रूप मा मानौ]। यहि कारन से, काहे से कि इम्पैक्ट II उपकरण सीई झुकाव बनावै में असमर्थ रहा, टकराव-प्रेरित पृथक्करण टकराव ऊर्जा (सीई) मानन का उपयोग कइके कईयो स्वतंत्र विश्लेषण कीन गा रहें। संक्षेप मा, पहिले एकल मास स्पेक्ट्रोमेट्री मोड (इन-सोर्स विखंडन द्वारा उत्पन्न कम विखंडन स्थिति) का उपयोग कइके यूएचपीएलसी-इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण/क्यूटीओएफ-एमएस द्वारा नमूना का विश्लेषण करा, 5 हर्ट्ज के पुनरावृत्ति आवृत्ति पर m/z 50 से 1500 तक स्कैनिंग। एमएस/एमएस विश्लेषण के लिए टकराव गैस के रूप मा नाइट्रोजन का उपयोग करा, अऊर निम्नलिखित चार अलग-अलग टकराव-प्रेरित विघटन वोल्टेज पर स्वतंत्र माप करा: 20, 30, 40 अऊर 50 ईवी। माप प्रक्रिया के दौरान, चतुर्भुज मा सबसे बड़ा द्रव्यमान अलगाव खिड़की होत है, m/z 50 से 1500 तक। जब सामने का शरीर m/z अऊर अलगाव चौड़ाई प्रयोग 200 पर सेट कीन जात है, तौ द्रव्यमान सीमा स्वचालित रूप से उपकरण के ऑपरेटिंग सॉफ्टवेयर अऊर 0 Da द्वारा सक्रिय कीन जात है। एकल द्रव्यमान मोड के रूप मा द्रव्यमान टुकड़न के लिए स्कैन करा। द्रव्यमान अंशांकन के लिए सोडियम फॉर्मेट (50 मिलीलीटर आइसोप्रोपानॉल, 200 μl फार्मिक एसिड अऊर 1 मिलीलीटर 1M NaOH जलीय घोल) का उपयोग करा। ब्रूकर के उच्च-सटीक अंशांकन एल्गोरिदम का उपयोग करत हुए, डेटा फ़ाइल का एक निश्चित समय अवधि मा औसत स्पेक्ट्रम चलावै के बाद कैलिब्रेट कीन जात है। कच्चे डेटा फाइलन का नेटसीडीएफ प्रारूप मा बदलै के लिए डेटा विश्लेषण v4.0 सॉफ्टवेयर (ब्रुक डाल्टन, ब्रेमेन, जर्मनी) के निर्यात फ़ंक्शन का उपयोग करा। एमएस/एमएस डेटा सेट का खुला मेटाबोलोमिक्स डेटाबेस मेटाबोलाइट्स (www.ebi.ac.uk) मा एक्सेस नंबर के साथ सहेजा गा है। एमटीबीएलएस1471.
कम अऊर उच्च टकराव ऊर्जा अऊर नये लागू नियमन के लिए एमएस 1 अऊर एमएस/एमएस गुणवत्ता संकेतन के बीच सहसंबंध विश्लेषण के माध्यम से एमएस/एमएस असेंबली का एहसास कीन जा सकत है। आर स्क्रिप्ट का उपयोग उत्पाद के अग्रदूत के वितरण के सहसंबंध विश्लेषण का महसूस करै के लिए कीन जात है, अऊर नियमन का लागू करै के लिए सी # स्क्रिप्ट (https://github.com/MPI-DL/indiscriminant-MS-MS-assembly-pipeline) का उपयोग कीन जात है।
पृष्ठभूमि शोर अऊर केवल कुछ नमूनों मा कुछ m/z सुविधाओं का पता लगावै से होए वाले गलत सहसंबंध के कारण होए वाली गलत सकारात्मक त्रुटियन का कम करै के खातिर, हम आर पैकेज XCMS (पृष्ठभूमि शोर सुधार के लिए) के "भरा हुआ शिखर" फ़ंक्शन का उपयोग करत हैं। "NA" (अज्ञात शिखर) तीव्रता का बदलै के लिए उपयोग कीन जाय का चाही। जब भरा शिखर फ़ंक्शन का उपयोग कीन जात है, तौ डेटा सेट मा अबहियों कईयो "0" तीव्रता मान होत हैं जवन सहसंबंध गणना का प्रभावित करिहैं। फिर, हम तब प्राप्त डेटा प्रोसेसिंग परिणामन के तुलना करत हैं जब भरा शिखर फ़ंक्शन का उपयोग कीन जात है अऊर जब भरा शिखर फ़ंक्शन का उपयोग नाहीं कीन जात है, अऊर औसत सही कीन गा के आधार पर पृष्ठभूमि शोर मान के गणना करत हैं, फिर इन तीव्रता मानन का बदल देत हैं गणना कीन गा पृष्ठभूमि मान। हम केवल ओन विशेषताओं पर भी विचार किहिन जेकर तीव्रता पृष्ठभूमि मान से तीन गुना अधिक रही अऊर ओनका "सच्चा शिखर" मानिन। पीसीसी गणना के लिए, केवल नमूना अग्रदूत (एमएस 1) के एम / जेड संकेत अऊर कम से कम आठ सच्चे चोटियन वाले टुकड़ा डेटा सेट पर विचार कीन जात है।
अगर पूरे नमूना मा अग्रदूत गुणवत्ता विशेषता के तीव्रता उहै गुणवत्ता विशेषता के कम तीव्रता से महत्वपूर्ण रूप से सहसंबद्ध है जवन कम या उच्च टकराव ऊर्जा के अधीन है, अऊर सुविधा का कैमरा द्वारा एक समस्थानिक शिखर के रूप मा लेबल नाहीं कीन जात है, तौ ई आगे परिभाषित कीन जा सकत है। फिर, 3 सेकंड (पीक रिटेंशन के लिए अनुमानित रिटेंशन टाइम विंडो) के भीतर सब संभावित अग्रदूत-उत्पाद जोड़े के गणना कइके, सहसंबंध विश्लेषण कीन जात है। केवल जब m/z मान अग्रदूत मान से कम होत है अऊर MS/MS विखंडन डेटा सेट मा उहै नमूना स्थान मा होत है जइसे कि अग्रदूत जवने से ई प्राप्त कीन जात है, तब ई एक टुकड़ा माना जात है।
इन दुइनौ सरल नियमन के आधार पर, हम पहचाने गए अग्रदूत के m/z से अधिक m/z मान वाले निर्दिष्ट टुकड़न का बाहर रखित है, अऊर नमूना स्थिति के आधार पर जहां अग्रदूत दिखाई देत है अऊर निर्दिष्ट टुकड़ा। उम्मीदवार अग्रदूत के रूप मा एमएस 1 मोड मा उत्पन्न कईयो इन-सोर्स टुकड़न द्वारा उत्पन्न गुणवत्ता सुविधाओं का चयन करब भी संभव है, जेहिसे अनावश्यक एमएस / एमएस यौगिक उत्पन्न होत हैं। ई डेटा अतिरेक का कम करै के खातिर, अगर स्पेक्ट्रा के एनडीपी समानता 0.6 से अधिक है, अऊर उ कैमरा द्वारा एनोटेट क्रोमैटोग्राम "पीसीग्रुप" से संबंधित हैं, तौ हम ओनका विलय करब। अंत मा, हम अलग-अलग टकराव ऊर्जा पर एकै m/z मान वाले सब उम्मीदवार चोटियन के बीच उच्चतम तीव्रता चोटी का चयन कइके अग्रदूत अऊर टुकड़न से जुड़े सब चार सीई परिणामन का अंतिम विघटित समग्र स्पेक्ट्रम मा विलय करत हैं। बाद के प्रसंस्करण चरण समग्र स्पेक्ट्रम के अवधारणा पर आधारित हैं अऊर विखंडन के संभावना का अधिकतम करै के लिए आवश्यक विभिन्न सीई स्थितियन का ध्यान मा रखत हैं, काहे से कि कुछ टुकड़न का केवल एक विशिष्ट टकराव ऊर्जा के तहत पता लगावा जा सकत है।
चयापचय प्रोफाइल के प्रेरकता के गणना करै के लिए आरडीपीआई (30) का उपयोग कीन गा रहा। चयापचय स्पेक्ट्रम विविधता (एचजे सूचकांक) मार्टिनेज एट अल द्वारा वर्णित निम्नलिखित समीकरण का उपयोग कइके एमएस/एमएस आवृत्ति वितरण के शैनन एन्ट्रापी का उपयोग कइके एमएस/एमएस अग्रदूतन के बहुतायत से प्राप्त कीन जात है। (8) Hj = −∑i = 1mPijlog2(Pij) जहाँ Pij j-वें नमूना (j = 1, 2,..., m) (i = 1, 2, ..., m) t) मा i-th MS/MS के सापेक्ष आवृत्ति से मेल खात है।
चयापचय विशिष्टता (Si सूचकांक) का परिभाषित कीन जात है, विचार कीन जात नमूना के बीच आवृत्ति के संबंध मा दिहल गै एमएस/एमएस के अभिव्यक्ति पहचान के रूप मा। एमएस/एमएस विशिष्टता के गणना Si = 1t (∑j = 1tPijPilog2PijPi) के रूप मा कीन जात है
हर जे नमूना के मेटाबोलोम-विशिष्ट δj सूचकांक का मापै के लिए निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करा, अऊर एमएस/एमएस विशिष्टता का औसत δj = ∑i = 1mPijSi
एमएस/एमएस स्पेक्ट्रा जोड़े मा संरेखित होत हैं, अऊर दुइनौ स्कोर के आधार पर समानता के गणना कीन जात है। सबसे पहिले, मानक एनडीपी (जेका कोसाइन सहसंबंध विधि के रूप मा भी जाना जात है) का उपयोग करत हुए, स्पेक्ट्रा एनडीपी = (∑iS1 & S2WS1, iWS2, i) 2∑iWS1, i2∑iWS2, i2 जहां S1 अऊर S2 तदनुसार, स्पेक्ट्रम 1 अऊर WS1 के साथ-साथ WS1, i2 के लिए खंड समानता का स्कोर करै के लिए निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करा शिखर तीव्रता के आधार पर वजन का प्रतिनिधित्व करत है कि दुइनौ स्पेक्ट्रा के बीच i-th सामान्य शिखर का अंतर 0.01 Da से कम है। वजन के गणना निम्नानुसार कीन जात है: W = [पीक इंटेंसिटी] m [क्वालिटी] n, m = 0.5, n = 2, जैसा कि मासबैंक द्वारा सुझावा गा है।
एक दूसर स्कोरिंग विधि लागू कीन गै रही, जेहिमा एमएस/एमएस के बीच साझा एनएल का विश्लेषण शामिल रहा। यहि अंत तक, हमने एमएस विखंडन प्रक्रिया के दौरान अक्सर सामना करै वाले 52 एनएल सूची का उपयोग किहिन, अऊर अधिक विशिष्ट एनएल (डेटा फ़ाइल एस 1) का उपयोग किहिन जवन पहिले कमजोर नेपेंथेस प्रजाति के द्वितीयक चयापचय के एमएस / एमएस स्पेक्ट्रम के लिए एनोटेट कीन गा रहा ( 9, 26)। हर एमएस/एमएस के लिए 1 अऊर 0 का एक बाइनरी वेक्टर बनावा, जवन क्रमशः कुछ एनएल के वर्तमान अऊर गैर-मौजूद से मेल खात है। यूक्लिडियन दूरी समानता के आधार पर, बाइनरी एनएल वैक्टर के प्रत्येक जोड़े के लिए एनएल समानता स्कोर के गणना कीन जात है।
दोहरी क्लस्टरिंग करै के लिए, हमने आर पैकेज डिफकोएक्स का उपयोग किहिन, जवन भारित जीन सह-अभिव्यक्ति विश्लेषण (डब्ल्यूजीसीएनए) के विस्तार पर आधारित है। एमएस/एमएस स्पेक्ट्रा के एनडीपी अऊर एनएल स्कोरिंग मैट्रिक्स का उपयोग करत हुए, हम तुलनात्मक सहसंबंध मैट्रिक्स के गणना करै के लिए डिफकोएक्स का उपयोग किहिन। बाइनरी क्लस्टरिंग "cutreeDynamic" पैरामीटर का विधि = "हाइब्रिड", cutHeight = 0.9999, deepSplit = T, अऊर minClusterSize = 10 पर सेट कइके कीन जात है। DiffCoEx का आर स्रोत कोड टेसन एट अल द्वारा अतिरिक्त फ़ाइल 1 से डाउनलोड कीन गा रहा। (57); आवश्यक आर डब्ल्यूजीसीएनए सॉफ्टवेयर पैकेज https://horvath.genetics.ucla.edu/html/CoexpressionNetwork/Rpackages/WGCNA मा पावा जा सकत है।
एमएस/एमएस आणविक नेटवर्क विश्लेषण करै के खातिर, हम एनडीपी अऊर एनएल समानता प्रकारन के आधार पर युग्मित वर्णक्रमीय कनेक्टिविटी के गणना किहिन, अऊर साइफाइलस्केप वाईफाइल्स लेआउट एल्गोरिदम विस्तार अनुप्रयोग मा कार्बनिक लेआउट का उपयोग कइके नेटवर्क टोपोलॉजी का कल्पना करै के लिए साइटोस्केप सॉफ्टवेयर का उपयोग किहिन।
डेटा पर सांख्यिकीय विश्लेषण करै के लिए आर संस्करण 3.0.1 का उपयोग करा। सांख्यिकीय महत्व का आकलन भिन्नता (एनोवा) के दु-तरफा विश्लेषण का उपयोग कइके कीन गा रहा, जेकरे बाद टकी के ईमानदारी से महत्वपूर्ण अंतर (एचएसडी) पोस्ट-हॉक परीक्षण कीन गा रहा। शाकाहारी उपचार अऊर नियंत्रण के बीच के अंतर का विश्लेषण करै के खातिर, एकै भिन्नता वाले नमूना के दुइनौ समूहन के दुई-पूंछ वाला वितरण का विश्लेषण स्टूडेंट टी टेस्ट का उपयोग कइके कीन गा रहा।
यहि लेख के लिए पूरक सामग्री के लिए, कृपया http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/24/eaaz0381/DC1 देखौ
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