Fettsyrer trophic markør tilnærming, dvs. assimilering av fettsyrer som hele molekylet og overføring til forbruker vev med ingen eller liten endring, er hemmet av kunnskapshull i fettsyrer metabolismen av små jord virvelløse dyr. Isotopologue profilering er gitt som et verdifullt verktøy for å greie trophic interaksjoner.
Fettsyrer (FAs) er nyttig biomarkers i næringskjeden økologi fordi de er vanligvis assimilert som et komplett molekyl og overført til forbruker vev med liten eller ingen endring, slik at kosttilskudd ruting mellom ulike nivåer i næringskjeden. FA trophic markør tilnærming er imidlertid fortsatt hindret av begrenset kunnskap i lipid metabolismen av jord faunaen. Denne studien brukt helt merket palmitinsyre (13C16:0, 99 atom %) som en tracer i fettsyrer metabolisme stier av to utbredt jord Collembola, Protaphorura fimata og Heteromurus nitidus. For å undersøke skjebnen og metabolske modifikasjoner av dette forløper, presenteres en metode for isotopologue profilering, utført av massespektrometri bruker enkelt ion overvåking. Videre er oppstrøms laboratoriet fôring eksperimentet beskrevet, og utvinning og metylering dominerende lipid fraksjoner (nøytral lipider, fosfolipider) og relaterte formelen og beregninger. Isotopologue profilering ikke bare gir samlede 13C anriking på fettsyrer avledet fra 13C merket forløper men produserer også mønster av isotopologues overstiger masse overordnede ion (dvs. FA molekylær ion M+) av hver merket FA med én eller flere masse enheter (M+ 1M2M3, etc.). Denne kunnskapen kan konklusjoner på forholdet mellom kosttilskudd ruting av en helt fortært FA i forhold til de novo biosyntesen. Isotopologue profilering er foreslått som et nyttig verktøy for evaluering av fettsyrer metabolismen i jord dyr å greie trophic interaksjoner.
Kryptiske livsmiljøet som jord, trophic relasjoner er vanskelig å adresse og er begrenset av den lille størrelsen på dyrelivet. Det siste tiåret har sett fremskritt i biokjemiske økologi, spesielt i bruk av fettsyrer som biomarkers for å definere fôring strategier for jord faunaen under feltet forhold1,2,3. Dette er basert på det faktum at fettsyrer fra ressurser kan innlemmes i forbruker vev som hele molekyler, en prosess kalt kosttilskudd rute4. Overføring av fettsyrer har blitt rapportert over tre nivåer i næringskjeden dvs fra sopp å nematoder Collembola5. Nylig ROV faunaen ble ansett6,7 og første anmeldelser på fettsyrer som trophic markører i jord næringskjeder har vært publisert8,9.
Mer detaljert informasjon om trophic interaksjoner er oppnådd ved fettsyrer stabil isotop undersøkelser (FA-SIP). Fastsettelse av 13C /12C prosenter i fettsyrer i kosten og forbrukere kan tilskrive binære koblinger og beregne tilhørende carbon flyten, og har vært ansatt i bakkenettet, ferskvann og marine næringskjeder10,11 ,12,13. Den grunnleggende forutsetningen er at kosttilskudd distribuert fettsyrer ikke er underlagt enzymatisk prosesser; derfor deres 13C signal, dvs. den 13C /12C fettsyrer, i forbrukeren er lik som i kosthold1. Imidlertid er en gradvis uttømming av 13C signaturen opp i næringskjeden rapportert i akvatiske systemer, og dermed hindre bred anvendelse av FA-SIP i trophic studier14,15,16. Videre er kunnskap i lipid stoffskiftet i de fleste dyr i terrestriske næringskjeder fortsatt begrenset.
En forståelse av lipid metabolisme veier i forbrukere er viktig for bruken av trophic markør fettsyrer som betyr for fastsettelse av kvantitative karbon flyten i næringskjeden økologi. Med dette i bakhodet, 13C-isotopologue profilering, som i prinsippet kan brukes for undersøkelse av karbon metabolismen av noen biologiske system17, er en lovende metode. Etter innføringen av et 13C-merket karbon substrat fordelingen av 13C i metabolske nettverket er sporbare siden generert metabolske produktene i forbruker viser en bestemt isotopologue distribusjon. Dette kan bli vurdert av kvantitative kjernefysiske metabolske resonans spektroskopi18,19 eller massespektrometri20,21, med de siste favorisert i biologiske prøvene med lav biomasse på grunn av sin høyere følsomhet.
Selv om isotopologue profilering har blitt med hell brukt aminosyrer og innsikt i karbon i vivo metabolismen av bakteriell patogener17,22,23, gjennomføringen fatty syrer ligget. Den første detaljerte analysen på skjebnen til en stabil isotop merket forløper fettsyrer, sin kosttilskudd ruting eller degradering via β-oksidasjon, i jord virvelløse forbrukere, ble nylig utført av Menzel et al. 24. her, det metodologiske grunnleggende for inkorporering eksperimenter med 13C merket fettsyrer etterfulgt av isotopologue analyse av viktige etterkommere i hyppige jord dyr, Collembola, tilbys. Disse microarthropods er en god modell som de danner viktige komponenter av jord næringskjeden og er godt undersøkt for sin trophic markør fettsyrer8,25.
En forståelse av lipid metabolisme veier i forbrukere er viktig for bruken av trophic markør fettsyrer som betyr for fastsettelse av kvantitative karbon flyten i næringskjeden økologi. Nåværende protokollen gir utformingen og oppsettet til et laboratorium fôring eksperimentet og biokjemiske prosedyrer for utvinning og metylering av dominerende lipider fraksjoner (nøytral lipider, fosfolipider) fra Collembola. Den viser hvordan isotopologue sammensetningen av fettsyrer analyseres av massespektrometri beskriver relaterte formelen og beregninger. Denne prosedyren gir: (i) prosenter av isotopologues overstiger masse overordnede ion (dvs. fettsyrer molekylær ion M+) med en masse enheter (M+ 1M2M3, etc.) og (ii) totalt 13 C berikelse på fettsyrer avledet fra 13C merket forløperen. Selv om brukes til Collembola, kan denne tilnærmingen generelt brukes på noen andre rovdyr-byttedyr interaksjon på premisset om at disse er culturable i tilstrekkelig mengde under kontrollerte forhold å sikre en vellykket merket uptake og påfølgende verifikasjon.
Isotopologue profilering
En detaljert analyse av de kvantitative aspektene i 13C distribusjon i FAs må banebrytende teknologi tilordne karbon partisjonering i næringskjeder. Dette arbeidet ansatt isotopologue profilering for å vurdere den 13C /12C prosenter i vanlige FA biomarkers for tropic interaksjoner. Denne metoden er godt etablert for aminosyre analyse av flytende kromatografi (LC-MS) og ble brukt for undersøkelser av karbon stoffskif…
Økonomisk støtte til R. Menzel og L. Ruess av Deutsche Forschungsgemeinschaft (RU RU780/11-1) er takknemlig anerkjent. R. Nehring ble finansiert av RU 780/10-1. Til slutt, vi er svært takknemlig til Dr. Hazel Ruvimbo Maboreke for korrekturlesing av våre manuskriptet.
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 |