13ج الأحماض الدهنية إيسوتوبولوجوي التنميط يوفر نظرة ثاقبة نقل الكربون التغذوية والايض الدهني للمستهلكين اللافقاريات
Summary
نهج علامة المستوى الغذائي الأحماض الدهنية، أي استيعاب الأحماض الدهنية كجزيء كامل ونقل الأنسجة المستهلك مع عدم وجود ثانوية أو التعديل، ويعوقها عن الثغرات المعرفية في استقلاب الأحماض الدهنية من اللافقاريات الصغيرة التربة. إيسوتوبولوجوي التنميط يتم توفيرها كأداة قيمة تشابك التفاعلات التغذوية.
Abstract
الأحماض الدهنية (فاس) هي المؤشرات الحيوية مفيدة في الإيكولوجيا الشبكة الغذائية لأنها عادة استيعابهم كجزيء كاملة وتحويلها إلى أنسجة المستهلك مع قاصر أو أي تعديل، مما يسمح توجيه الغذائية بين مختلف المستويات الغذائية. بيد يعوقها نهج العلامة التغذوية اتحاد كرة القدم لا تزال المعرفة المحدودة في الأيض الدهون الحيوانية التربة. هذه الدراسة بلميتيك تماما المسمى (13C16:0، 99 في المائة الذرة) تتبع في مسارات استقلاب الأحماض الدهنية للتربة على نطاق واسع هما Collembola، فيماتا بروتافورورا ونيتيدوس هيتيروموروس. من أجل التحقيق في مصير والتعديلات الأيضية لهذه السلائف، يرد أسلوب التنميط إيسوتوبولوجوي، يؤديها الكتلي باستخدام الرصد أيون واحد. وعلاوة على ذلك، هو وصف للمختبر المنبع تغذية التجربة، فضلا عن استخراج ومثلايشن الكسور المهيمنة في الدهون (الدهون محايدة، فوسفوليبيدات) وصيغة ذات الصلة والعمليات الحسابية. إيسوتوبولوجوي التنميط لا فقط الغلة إثراء 13ج عموما في الأحماض الدهنية المستمدة من 13ج المسمى السلائف بل تنتج أيضا نمط إيسوتوبولوجويس تتجاوز كتلة أيون الأصل (أي أيون الجزيئية اتحاد كرة القدم م+) كل المسمى اتحاد كرة القدم بواحد أو أكثر من وحدات جماعية (M+ 1، M+ 2، M+ 3، إلخ). تسمح هذه المعرفة الاستنتاجات على نسبة التوجيه الغذائية من FA المستهلكة تماما بالمقارنة مع حيثياته الحيوي. التنميط إيسوتوبولوجوي يقترح كأداة مفيدة لتقييم الأيض الأحماض الدهنية في الحيوانات التربة تشابك التفاعلات التغذوية.
Introduction
في موطن خفي مثل التربة، يصعب معالجة العلاقات التغذوية وكذلك مقيدة بصغر حجم الحيوانات. العقد الماضي قد شهد تقدما في الإيكولوجيا الكيميائية الحيوية، لا سيما في استخدام الأحماض الدهنية كالمؤشرات الحيوية لتحديد استراتيجيات تغذية الحيوانات التربة تحت حقل الشروط1،،من23. وهذا يستند إلى حقيقة أن الأحماض الدهنية من الموارد يمكن إدراجها في الأنسجة المستهلك كجزيئات كامل، وصف عملية التوجيه الغذائي4. وذكر نقل الأحماض الدهنية على ثلاثة مستويات غذائية، أي من الفطريات للديدان الخيطية إلى Collembola5. مؤخرا، واعتبرت أن الحيوانات المفترسة6،7 والاستعراضات الأولى على الأحماض الدهنية كعلامات المستوى الغذائي في الشبكات الغذائية التربة قد تم نشر8،9.
معلومات أكثر تفصيلاً عن التفاعلات التغذوية يتحقق بالأحماض الدهنية النظائر المستقرة السبر (اتحاد كرة القدم-المسبار). تحديد 13ج/12ج نسب الأحماض الدهنية في الوجبات الغذائية والمستهلكين يمكن أن تنسب الروابط الثنائية وتقدير تدفق الكربون المرتبطة بها، وقد استخدمت في الأرضية والمياه العذبة، والشبكات الغذائية البحرية10،11 ،،من1213. والافتراض الأساسي أن الأحماض الدهنية الموجه الغذائية لا تخضع العمليات الانزيمية؛ ولذلك، على 13ج إشارة، أي 13ج/12ج نسبة الأحماض الدهنية، في المستهلك مشابه لذلك في النظام الغذائي1. ومع ذلك، تم الإبلاغ عن استنفاد تدريجي لتوقيع 13ج في سلسلة الغذاء في النظم المائية، مما يعرقل تطبيق FA-المسبار على نطاق واسع في الدراسات التغذوية14،،من1516. وعلاوة على ذلك، المعرفة في استقلاب الدهون في معظم اللافقاريات في شبكات الأغذية الأرضية ما زالت محدودة.
فهم مسارات الأيض الدهني في المستهلكين ضروري لاستخدام الأحماض الدهنية علامة المستوى الغذائي كوسيلة لتحديد تدفق كمية الكربون في الإيكولوجيا الشبكة الغذائية. مع وضع هذا في الاعتبار، 13ج-إيسوتوبولوجوي التنميط، يمكن تطبيق المبدأ الذي في التحقيق في استقلاب الكربون من أي نظام بيولوجي17، أسلوب يبشر بالخير. عقب إدخال الركازة الكربون المسمى ج 13، توزيع 13ج في شبكة الأيضية يمكن تتبعها منذ المنتجات الأيضية التي تم إنشاؤها في إظهار المستهلك بتوزيع إيسوتوبولوجوي محددة. يمكن تقييم هذا التحليل الطيفي الكمي الرنين النووي الأيضية18،19 أو الكتلي20،21، مع العينات البيولوجية يفضل في الأخير مع الكتلة الحيوية منخفضة بسبب لها أعلى حساسية.
على الرغم من أن التنميط إيسوتوبولوجوي بنجاح طبق للأحماض الأمينية وتوفر نظرة ثاقبة في فيفو استقلاب الكربون من مسببات الأمراض البكتيرية17،،من2223، تنفيذه في الدهنية وقد تخلفت الأحماض. أول تحليل مفصل عن مصير النظائر المستقرة التي تسمى الأحماض الدهنية السلائف والغذائية التوجيه أو التدهور عن طريق الأكسدة بيتا، في التربة المستهلكين اللافقاريات، أنجز مؤخرا بمنزل et al. 24-وترد هنا، أساسيات المنهجية لإدماج التجارب مع 13ج المسمى الأحماض الدهنية التي يتبعها التحليل إيسوتوبولوجوي من أحفاد الرئيسية في التربة متكررة اللافقاريات، Collembola،. هذه ميكروارثروبودس مجموعة نموذجا جيدا كما أنها تشكل عناصر هامة في الشبكة الغذائية للتربة وهي كذلك التحقيق على علامة المستوى الغذائي الأحماض الدهنية8،25.
فهم مسارات الأيض الدهني في المستهلكين ضروري لاستخدام الأحماض الدهنية علامة المستوى الغذائي كوسيلة لتحديد تدفق كمية الكربون في الإيكولوجيا الشبكة الغذائية. يعطي هذا البروتوكول بتصميم وإعداد لمختبر تغذية التجربة، والبيوكيميائية إجراءات استخراج ومثلايشن من الكسور المهيمنة الدهون (الدهون محايدة، فوسفوليبيدات) من Collembola. فإنه يوضح كيف يتم تحليل تكوين إيسوتوبولوجوي الأحماض الدهنية بالطيف الكتلي وتوضح الصيغة ذات الصلة والعمليات الحسابية. ينتج عن هذا الإجراء: (ط) نسب إيسوتوبولوجويس تتجاوز كتلة أيون الأصل (أي أيون الأحماض الدهنية الجزيئية م+) واحد أو أكثر الكتلة وحدات (M+ 1، M+ 2، M+ 3، إلخ) و (ii) الشاملة 13 ج الإثراء في الأحماض الدهنية المستمدة من السلائف توسم 13ج. على الرغم من أن يستخدم Collembola، هذا النهج يمكن تطبيقها عموما على أي تفاعل الفرائس الأخرى على فرضية أن هذه كولتورابل في كمية كافية تحت ظروف خاضعة للرقابة لضمان امتصاص تسمية ناجحة واللاحقة التحقق.
Protocol
Representative Results
Discussion
إيسوتوبولوجوي التنميط
تحليل مفصل للجوانب الكمية في توزيع 13ج في فاس يحتاج إلى التكنولوجيا المتطورة لتعيين الكربون التقسيم في الشبكات الغذائية. يعمل هذا العمل إيسوتوبولوجوي التنميط لتقييم ال 13ج/نسب12ج في المؤشرات الحيوية فا المشترك لتفاعلات طردي?…
Acknowledgements
هو العرفان بدعم مالي من منزل ر. ول روس قبل الأوقيانوغرافية الألمانية (RU780 رو/11-1). ومولت نهرينغ ر قبل رو 780/10-1. وأخيراً، نحن نشكر جداً الدكتور هازل روفيمبو مابوريك لتصحيح التجارب المطبعية المخطوط لدينا.
Materials
| neoLab-Round jars | neoLab | 2-1506 | 69 x 40 mm, 10 pacs/pack |
| Charcoal activated | Carl Roth | X865.1 | p.a., powder, CAS No. 7440-44-0 |
| Alabaster Dental | RÖHRICH-GIPSE | — | http://www.roehrich-gipse.de/dentalgipse.php |
| Chloroform | Carl Roth | 7331.1 | HPLC ≥ 99,9 % |
| Methanol | Carl Roth | P717.1 | HPLC ≥ 99,9 % |
| Hexan | Carl Roth | 7339.1 | HPLC ≥ 98 % |
| tert-Butyl methyl ether (MTBE) | Carl Roth | T175.1 | HPLC ≥ 99,5 % |
| Aceton | Carl Roth | 7328.2 | HPLC ≥ 99,9 % |
| NaOH | Carl Roth | 6771.1 | p.a. ≥99 %, in pellets |
| di-Natriumhydrogenphosphat | Carl Roth | P030.1 | p.a. ≥99 % , water free |
| Na-dihydrogenphosphat Dihydrat | Carl Roth | T879.1 | p.a. ≥99 % |
| Hypochloric acid (6 N) | VWR International | 26,115,000 | AVS TITRINORM vol. solution |
| Bond Elut (Columns) | Agilent Tech. | 14102037 | HF Bond Elut-SI, 500 mg, 3 mL, 50/PK |
| Präparatengläser Duran | Glasgerätebau Ochs | 135215 | Ø 16 x 100 mm, plus screw cap with handy knurl and integrated PTFE/silicone gasket |
| Supelco 37 Component FAME Mix | Sigma-Aldrich | 47885-U Supelco | 10 mg/mL in methylene chloride, analytical standard |
| FlowMesh | Carl Roth | 2796.1 | Polypropylene mesh, approximately 0.3 mm thick, with 1 mm strand spacing |
| Bacterial Acid Methyl Ester (BAME) Mix | Sigma-Aldrich | 47080-U Supelco | 10 mg/mL in methyl caproate, analytical standard |
| Methyl nonadecanoate | Sigma-Aldrich | 74208 | analytical standard ≥ 98.0 % |
| Hexadecanoic acid-1-13C (Palmitic) | Larodan Fine Chemicals | 78-1600 | GC ≥ 98.0 % (13C: 99.0 %) |
| RVC 2-25 CDplus | Martin Christ Gefrier-trocknungsanlagen | Compact benchtop midi concentrator | |
| Alpha 2-4 LDplus | Martin Christ Gefrier-trocknungsanlagen | Drying manifold | |
| MZ 2C NT | Vacuubrand GMBH | Vacuum pump | |
| Roto-Shake Genie | Scientific Industries | Combined rocking and rotating device | |
| XP64 Micro Comparator | Mettler Toledo | Super high precision balance | |
| GC-System 7890A | Agilent Tech. | Gas chromatograph | |
| 7000 GC/MS Triple Quad | Agilent Tech. | Triple Quad mass spectrometer | |
| 7683B Series Injector | Agilent Tech. | Sample injector | |
| Heraeus Multifuge 3SR+ | Thermo Scientific | Centrifuge with 10 ml tube rotor |
Referenzen
- Ruess, L., et al. Application of lipid analysis to understand trophic interactions in soil. Ecology. 86 (8), 2075-2082 (2005).
- Ruess, L., et al. Lipid composition of Collembola and their food resources in deciduous forest stands – Implications for feeding strategies. Soil Biology and Biochemistry. 39 (8), 1990-2000 (1990).
- Chamberlain, P. M., Bull, I. D., Black, H. I. J., Ineson, P., Evershed, R. P. Fatty acid composition and change in Collembola fed differing diets: identification of trophic biomarkers. Soil Biology and Biochemistry. 37 (9), 1608-1624 (2005).
- Stott, A. W., Davies, E., Evershed, R. P., Tuross, N. Monitoring the routing of dietary and biosynthesised lipids through compound-specific stable isotope (delta C-13) measurements at natural abundance. Naturwissenschaften. 84 (2), 82-86 (1997).
- Ruess, L., Haggblom, M. M., Langel, R., Scheu, S. Nitrogen isotope ratios and fatty acid composition as indicators of animal diets in belowground systems. Oecologia. 139 (3), 336-346 (2004).
- Pollierer, M. M., Scheu, S., Haubert, D. Taking it to the next level: Trophic transfer of marker fatty acids from basal resource to predators. Soil Biology and Biochemistry. 42 (6), 919-925 (2010).
- Ferlian, O., Scheu, S., Pollierer, M. M. Trophic interactions in centipedes (Chilopoda, Myriapoda) as indicated by fatty acid patterns: Variations with life stage, forest age and season. Soil Biology and Biochemistry. 52, 33-42 (2012).
- Ruess, L., Chamberlain, P. M. The fat that matters: Soil food web analysis using fatty acids and their carbon stable isotope signature. Soil Biology and Biochemistry. 42 (11), 1898-1910 (2010).
- Traugott, M., Kamenova, S., Ruess, L., Seeber, J., Plantegenest, M. Empirically characterising trophic networks: What emerging DNA-based methods, stable isotope and fatty acid analyses can offer. Adv Ecol Res. 49, 177-224 (2013).
- Hammer, B. T., Fogel, M. L., Hoering, T. C. Stable carbon isotope ratios of fatty acids in seagrass and redhead ducks. Chemical Geology. 152 (1-2), 29-41 (1998).
- Budge, S. M., Iverson, S. J., Koopman, H. N. Studying trophic ecology in marine ecosystems using fatty acids: A primer on analysis and interpretation. Marine Mammal Science. 22 (4), 759-801 (2006).
- Haubert, D., et al. Trophic structure and major trophic links in conventional versus organic farming systems as indicated by carbon stable isotope ratios of fatty acids. Oikos. 118 (10), 1579-1589 (2009).
- Ngosong, C., Raupp, J., Richnow, H. H., Ruess, L. Tracking Collembola feeding strategies by the natural 13C signal of fatty acids in an arable soil with different fertilizer regimes. Pedobiologia. 54 (4), 225-233 (2011).
- Bec, A., et al. Assessing the reliability of fatty acid-specific stable isotope analysis for trophic studies. Methods in Ecology and Evolution. 2 (6), 651-659 (2011).
- Gladyshev, M. I., Makhutova, O. N., Kravchuk, E. S., Anishchenko, O. V., Sushchik, N. N. Stable isotope fractionation of fatty acids of Daphnia fed laboratory cultures of microalgae. Limnologica. 56 (Supplement C. 56 (Supplement C), 23-29 (2016).
- Gladyshev, M. I., Sushchik, N. N., Kalachova, G. S., Makhutova, O. N. Stable isotope composition of fatty acids in organisms of different trophic levels in the Yenisei river. PLoS One. 7 (3), e34059 (2012).
- Eisenreich, W., Dandekar, T., Heesemann, J., Goebel, W. Carbon metabolism of intracellular bacterial pathogens and possible links to virulence. Nature Reviews Microbiology. 8 (6), 401-412 (2010).
- Eylert, E., Bacher, A., Eisenreich, W. NMR-based isotopologue profiling of microbial carotenoids. Methods Mol Biol. 892, 315-333 (2012).
- Garton, N. J., O’Hare, H. M. Tuberculosis: feeding the enemy. Chemical Biology. 20 (8), 971-972 (2013).
- Rosenblatt, J., Chinkes, D., Wolfe, M., Wolfe, R. R. Stable isotope tracer analysis by GC-MS, including quantification of isotopomer effects. Am J Physiol. 263 (3), E584-E596 (1992).
- Fernandez, C. A., Des Rosiers, C., Previs, S. F., David, F., Brunengraber, H. Correction of 13C mass isotopomer distributions for natural stable isotope abundance. J Mass Spectrom. 31 (3), 255-262 (1996).
- Heuner, K., Eisenreich, W. The intracellular metabolism of legionella by isotopologue profiling. Methods Mol Biol. 954, 163-181 (2013).
- Willenborg, J., et al. Characterization of the pivotal carbon metabolism of Streptococcus suis serotype 2 under ex vivo and chemically defined in vitro conditions by isotopologue profiling. J Biol Chem. 290 (9), 5840-5854 (2015).
- Menzel, R., Ngosong, C., Ruess, L. Isotopologue profiling enables insights into dietary routing and metabolism of trophic biomarker fatty acids. Chemoecology. 27 (3), 101-114 (2017).
- Buse, T., Ruess, L., Filser, J. New trophic biomarkers for Collembola reared on algal diets. Pedobiologia. 56 (3), 153-159 (2013).
- Hutson, B. R. Effects of variations of the plaster-charcoal culture method on a Collembolan, Folsomia candida. Pedobiologia. 18, 138-144 (1978).
- Fountain, M. T., Hopkin, S. P. Folsomia candida (Collembola): a "standard" soil arthropod. Annu Rev Entomol. 50, 201-222 (2005).
- ISO, I. O. f. S. . Soil Quality-Inhibition of reproduction of Collembola (Folsomia candida) by soil pollutants. , (1999).
- Welch, D. F. Applications of cellular fatty acid analysis. Clin Microbiol Rev. 4 (4), 422-438 (1991).
- Dodds, E. D., McCoy, M. R., Rea, L. D., Kennish, J. M. Gas chromatographic quantification of fatty acid methyl esters: flame ionization detection vs. electron impact mass spectrometry. Lipids. 40 (4), 419-428 (2005).
- Kuppardt, S., Chatzinotas, A., Kastner, M. Development of a fatty acid and RNA stable isotope probing-based method for tracking protist grazing on bacteria in wastewater. Appl Environ Microbiol. 76 (24), 8222-8230 (2010).
- Zhang, X., He, H., Amelung, W. A GC/MS method for the assessment of 15N and 13C incorporation into soil amino acid enantiomers. Soil Biology and Biochemistry. 39 (11), 2785-2796 (2007).
- Vetter, W., Thurnhofer, S. Analysis of fatty acids by mass spectrometry in the selected ion monitoring mode. Lipid Technol. 19 (8), 184-186 (2007).
- Thurnhofer, S., Vetter, W. A gas chromatography/electron ionization-mass spectrometry-selected ion monitoring method for determining the fatty acid pattern in food after formation of fatty acid methyl esters. J Agric Food Chem. 53 (23), 8896-8903 (2005).
- Haubert, D., Haggblom, M. M., Scheu, S., Ruess, L. Effects of fungal food quality and starvation on the fatty acid composition of Protaphorura fimata (Collembola). Comparative Biochemistry and Physiology B-Biochemistry & Molecular Biology. 138 (1), 41-52 (2004).
