Fedtsyre trofiske markør tilgang, dvs., assimilation af fedtsyrer som hele molekylet og overførsel til forbrugeren væv med ingen eller mindre ændring, hæmmes af viden huller i fedtsyre metabolisme af små jord hvirvelløse dyr. Isotopologue profilering er fastsat som et værdifuldt redskab til at udrede trofiske interaktioner.
Fedtsyrer (FAs) er nyttige biomarkører i fødekæde økologi, fordi de er typisk ligestillet som en komplet molekyle og overføres til forbrugeren væv med mindre eller ingen ændring, så kosten routing mellem forskellige trofiske niveauer. FA trofiske markør tilgang hæmmes stadig af begrænset viden i lipid metabolisme af jord fauna. Denne undersøgelse anvendes helt mærket palmitinsyre (13C16:0, 99 atom %) som et sporstof i fedtsyre stofskifte pathways to udbredte jord Collembola, Protaphorura fimata og Heteromurus nitidus. For at undersøge den skæbne og metaboliske ændringer for dette forløber, præsenteres en metode af isotopologue profilering, udført af massespektrometri ved hjælp af enkelt ioner. Desuden, den upstream laboratorium fodring eksperiment er beskrevet, samt udvinding og methylering af dominerende lipid fraktioner (neutral lipider, fosfolipider) og den tilhørende formel og beregninger. Isotopologue profilering ikke kun udbytte den samlede 13C berigelse i fedtsyrer afledt af 13C mærket forløber men også producerer mønster af isotopologues overstiger massen af den overordnede ion (dvs. den FA molekylarionen M+) af hver mærket FA af én eller flere masse enheder (M+ 1M+ 2M+ 3, osv.). Denne viden gør det muligt for konklusioner om forholdet mellem kosten routing af en helt forbrugt FA i forhold til de novo biosyntesen. Isotopologue profilering er foreslået som et nyttigt redskab til evaluering af fedtsyre metabolisme i jord dyr at udrede trofiske interaktioner.
I en kryptisk vækststeder som jord, trofiske relationer er vanskelige at adresse og er yderligere begrænset af den lille størrelse af faunaen. Det sidste tiår er sket fremskridt i biokemiske økologi, navnlig brugen af fedtsyrer som biomarkører for at definere fodringsstrategier af jord fauna under feltet betingelser1,2,3. Det skyldes at fedtsyrer fra ressourcer kan blive indarbejdet i forbrugernes væv som hele molekyler, en proces, der kaldes kosten routing4. Overførsel af fedtsyrer har været rapporteret over tre trofiske niveauer, dvs, fra svampe til nematoder til Collembola5. For nylig, den røveriske fauna blev anset for6,7 og de første anmeldelser på fedtsyrer som trofiske markører i jord mad webs har været udgivet8,9.
Mere detaljerede oplysninger om trofiske interaktioner er nået af fedtsyre stabil isotop sondering (FA-SIP). Bestemmelse af 13C /12C nøgletal i fedtsyrer i foderet og forbrugerne kan tilskrive binære links og vurdere de tilhørende kulstof flow, og har været ansat i jordbaserede, ferskvand og marine fødevarer webs10,11 ,12,13. Den grundlæggende antagelse er, at kosten dirigeres fedtsyrer ikke er omfattet af enzymatiske processer; Derfor, deres 13C signal, dvs., 13C /12C forholdet mellem fedtsyre i forbrugeren er lig den i kost1. Men en gradvis nedbrydning af 13C signatur op i fødekæden er blevet rapporteret i akvatiske systemer, derved hindrer bred anvendelse af FA-SIP i trofiske studier14,15,16. Desuden er viden i lipid metabolisme i de fleste hvirvelløse dyr i terrestriske fødevarer webs stadig begrænset.
En forståelse af lipid metabolisme veje i forbrugerne er afgørende for brugen af trofiske markør fedtsyrer som middel til bestemmelse af kvantitative carbon flow i fødekæde økologi. Med dette i tankerne, 13C-isotopologue profilering, som i princippet kan anvendes til undersøgelse af kulstof metabolismen af ethvert biologiske system17, er en lovende metode. Efter indførelsen af 13C-mærket carbon substrat, fordelingen af 13C i den metaboliske netværk er sporbar siden de genererede metaboliske produkter i forbruger viser en specifik isotopologue distribution. Dette kan vurderes ved kvantitative nukleare metaboliske resonans-spektroskopi18,19 eller massespektrometri20,21, med de sidstnævnte begunstiget i biologiske prøver med lav biomasse på grund af dets højere følsomhed.
Selvom isotopologue profilering er blevet med held anvendt til aminosyrer og givet indblik i vivo carbon metabolismen af bakterielle patogener17,22,23, dens gennemførelse i fedtsyrer syrer har haltet bagefter. Den første detaljerede analyse på skæbnen, en stabil isotop mærket forløber fedtsyre, dens kosten routing eller nedbrydning via β-oxidation, i jorden, hvirvelløse forbrugerne, blev for nylig udført af Menzel et al. 24. her, de metodologiske basics for iblanding eksperimenter med 13C mærket fedtsyrer efterfulgt af isotopologue analyse af centrale efterkommere i hyppige jord vanddyr, Collembola, leveres. Disse microarthropods er en god modelgruppe, da de udgør vigtige elementer af jord fødekæde og er godt undersøgt for deres trofiske markør fedtsyrer8,25.
En forståelse af lipid metabolisme veje i forbrugerne er afgørende for brugen af trofiske markør fedtsyrer som middel til bestemmelse af kvantitative carbon flow i fødekæde økologi. Denne protokol giver design og sæt op for et laboratorium fodring eksperiment, og de biokemiske procedurer for udtræk og methylering af dominerende lipider fraktioner (neutral lipider, fosfolipider) fra Collembola. Det viser, hvordan isotopologue sammensætning af fedtsyrer er analyseret ved massespektrometri og beskriver de relaterede formel og beregninger. Denne procedure medfører: (i) nøgletal for isotopologues overstiger massen af den overordnede ion (dvs, den fedtsyre molekylarionen M+) af en eller flere masse enheder (M+ 1M+ 2M+ 3, osv.) og (ii) samlet 13 C berigelse i fedtsyrer afledt af 13C mærket forløber. Selvom bruges til Collembola, kan denne tilgang generelt anvendes til nogen andre rovdyr-byttedyr interaktion på den forudsætning, at disse er bestemmelse i tilstrækkelige mængder under kontrollerede forhold til at sikre en vellykket etiket udbredelse og efterfølgende verifikation.
Isotopologue profilering
En detaljeret analyse af de kvantitative aspekter i 13C fordeling i FAs behov for avanceret teknologi til at tildele CO2 partitionering i mad webs. Den nuværende arbejde ansat isotopologue profilering for at vurdere 13C /12C nøgletal i fælles FA biomarkører for tropic interaktioner. Denne metode er veletableret aminosyre analyse af væskekromatografi (LC-MS) og blev anvendt til undersøgelser af kulstof metabolisme …
Den finansielle støtte fra R. Menzel og L. Ruess af Deutsche Forschungsgemeinschaft (RU RU780/11-1) anerkendes taknemmeligt. R. Nehring blev finansieret af RU 780/10-1. Endelig er vi yderst taknemmelige for Dr. Hazel Ruvimbo Maboreke for korrekturlæsning vores manuskript.
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 |