Quantification des protéines solubles végétales et glucides digestibles contenu, à l’aide de maïs (Zea mays) As an Exemplar
Summary
Les protocoles décrits ci-après offrent une méthodologie claire et accessible pour mesurer les protéines solubles et le contenu en glucides digestibles (non structurelles) dans les tissus végétaux. La capacité de quantifier ces macronutriments de deux plantes a des implications importantes pour faire progresser les domaines de la physiologie végétale, écologie nutritionnelle, des interactions plantes-herbivores et l’écologie trophique.
Abstract
Données élémentaires sont utilisées pour déduire la qualité usine comme une ressource pour les herbivores. Cependant, l’omniprésence du carbone dans des biomolécules, la présence des contenant de l’azote des composés végétaux défensive et variation des corrélations spécifiques entre la teneur en protéines d’azote et de plantes tous les limitent la précision de ces déductions. En outre, la recherche axée sur la plante et/ou physiologie herbivore nécessitent un niveau de précision qui n’est pas atteint à l’aide de généralisé des corrélations. Les méthodes présentées ici offrent aux chercheurs un protocole clair et rapid pour mesurer directement les protéines solubles végétales et glucides digestibles, les macronutriments de deux plantes plus étroitement liés au rendement physiologique des animaux. Les protocoles combinent bien caractérisés dosages colorimétriques avec étapes de digestion optimisée de spécifiques à l’installation pour fournir des résultats précis et reproductibles. Nos analyses des différent tissus montrent que ces tests ont la sensibilité pour détecter des variations dans le maïs sucré plant des protéines solubles et teneur en glucides digestibles à travers plusieurs échelles spatiales. Ceux-ci incluent des différences entre les plantes dans les régions et les espèces ou les variétés de plus en plus, ainsi que dans-usine de différences dans le type de tissu et même position dans le même tissu. Combinant des protéines solubles et teneur en glucides digestibles avec données élémentaires a également le potentiel d’offrir de nouvelles opportunités en biologie végétale pour connecter la nutrition minérale des plantes avec les processus physiologiques de la plante. Ces analyses aussi aident à générer des protéines solubles et les données de glucides digestibles nécessaires pour étudier l’écologie nutritionnelle, des interactions plantes-herbivores et la dynamique trophique, qui donnera à son tour la physiologie et la recherche écologique.
Introduction
La biomasse végétale constitue la base de pratiquement tous les réseaux alimentaires terrestres. Plantes acquièrent des éléments nutritifs du sol par le biais de leurs systèmes de racines et d’utilisent la lumière du soleil dans leurs tissus foliaires de synthétiser des biomolécules. En particulier, le carbone et l’azote sont utilisés pour créer les glucides, les protéines (composés d’acides aminés), et les lipides qui sont nécessaires pour construire la biomasse végétale (il est à noter que dans les plantes physiologie que le terme « pour les macronutriments » fait souvent référence à des éléments de sol, par exemple, N, P, K et S, cependant, tout au long de ce document ce terme désigne les biomolécules, telles que des protéines, des glucides et lipides). Lorsqu’herbivores consomment des matières végétales, les macronutriments contenus dans les tissus végétaux sont ventilées en leurs éléments constitutifs et ensuite utilisés pour piloter les processus physiologiques du consommateur. De cette façon, plante macronutriments ont une forte influence sur la physiologie des consommateurs ainsi que des répercussions importantes sur les interactions écologiques ordre supérieures et dynamique du réseau trophique.
Dans le règne animal, protéines solubles et des glucides digestibles sont les macronutriments plus étroitement liées à la survie, la reproduction et performances1. En outre, la plupart des animaux réguler activement leur consommation de ces deux macronutriments pour répondre à leurs exigences physiologiques1,2. Ceci est particulièrement vrai pour les insectes herbivores qui détectent la concentration des sucres et des acides aminés dans les tissus végétaux, qui dirige à son tour le comportement alimentaire. Ainsi, les protéines solubles végétales et la teneur en glucides digestibles a joué un rôle important dans l’évolution des interactions plantes-insectes.
Alors que les données sur les protéines solubles de la plante et la teneur en glucides digestibles sont relativement rares (mais voir6,7,8,9,10,11), il y a une prépondérance de données disponibles sur la teneur en éléments végétaux (carbone, azote et phosphore). Dans une large mesure, c’est parce que les éléments jouent un rôle primordial dans le plant nutrition minérale3,4,5. Lorsque des éléments sont mesurés, des corrélations ont été utilisées pour extrapoler la quantité de protéines solubles et glucides digestibles, mais des calculs précis sont souvent difficiles à obtenir. Par exemple, il est impossible d’utiliser le carbone comme indicateur de la teneur en glucides digestibles plante car le carbone est partout présent dans tous les composés organiques. Il existe une relation plus forte entre l’azote élémentaire et teneur en protéines solubles végétales et généralisée d’azote-à-protéines facteurs de conversion sont souvent utilisés. Cependant, il existe des preuves solides que les conversions d’azote-à-protéines sont hautement spécifiques12,13,14,15, ce qui rend l’utilisation de la conversion généralisée susceptibles inexactes. Pour cette raison, facteurs de conversion d’azote-à-protéine manquent souvent de précision, en particulier dans la mesure nécessaire pour les études nutritionnelles sur les herbivores. En outre, la présence d’allélochimiques de plante contenant du N, tels que les alcaloïdes et les glucosinolates qui sont souvent toxiques pour les herbivores, peut confondre ces conversions.
Ici, nous vous proposons deux tests chimiques pour mesurer la concentration des protéines solubles et des glucides digestibles dans les tissus végétaux. Ces essais sont présentés séparément, mais il est suggéré qu’ils être utilisés simultanément pour analyser les échantillons de plantes même afin d’obtenir une analyse plus détaillée des macronutriments de plante. Tous les deux emploient des méthodologies similaires, consistant en une étape d’extraction, suivie de quantification par absorbance. Plante échantillon prep est également identique pour les deux protocoles, rendant facile d’exécuter les deux analyses en tandem. L’utilité de ces analyses ne découlent pas de leur nouveauté, comme ils se fient plus âgés, (Bradford, Jones, Dubois) dosages colorimétriques bien établi16,17,18, mais ici nous avons organisé une claire et facile à suivre protocole qui allie ces méthodes plus obscurs propres à chaque usine d’extraction techniques17,19 pour rendre l’application de ces tests plus accessible à ceux dans les domaines pertinents à l’usine.
Pour les deux tests, usine macronutriments sont extraits d’abord physiquement par congélation, lyophilisation et broyage de la matière végétale. Pour le dosage des protéines solubles, plus extraction chimique se faite17,19 à plusieurs séances d’agitation et de chauffage des échantillons dans une solution de NaOH. L’analyse bien connue de Bradford, utilisant le bleu de Coomassie brillant bleu G-250, est ensuite utilisée pour quantifier les protéines solubles et polypeptides entre 3 000-5 000 Daltons16,17. Ce test a une portée de détection entre 1 à 20 µg de protéines totales par microplaque bien ou < 25 µg/mL, mais il ne mesure pas les acides aminés libres. L’étape d’extraction du dosage des glucides digestibles est basée sur la méthode à l’acide diluée de Smith et al. 20 et permet l’isolement des sucres solubles, amidon et fructosanes – mais non structurales carbohydrates. Une méthode de dosage acide-phénol sulfurique provient de Dubois et al. 18 et mesures tous les mono-, oligo- et polysaccharides (ainsi que dérivés méthylés). Ce test est en mesure de quantifier les sucres spécifiques, mais ici nous l’utilisons comme un indicateur de la teneur en glucides digestibles (voir Smith et al. 20 pour une analyse plus détaillée). Ensemble, ces tests mesurent les deux macronutriments qui sont fortement liés pour planter les performances éco-physiologie et herbivore, fournissant des données importantes sur la qualité de la ressource à la base des réseaux trophiques terrestres. Présentant ces protocoles favorise la génération de plantes macronutriments datasets afin d’obtenir une compréhension plus approfondie de la physiologie végétale, écologie nutritionnelle herbivore et les interactions plantes-herbivores.
Protocol
Representative Results
Discussion
En combinant les dosages colorimétriques bien établies avec des protocoles efficaces propres à chaque usine d’extraction, les essais ont démontré ici fournissent une méthode raisonnable et précise pour mesurer les protéines solubles de la plante et la teneur en glucides digestibles. Nos résultats à l’aide de maïs comme un exemple illustre comment ces protocoles peuvent être utilisés pour obtenir des mesures précises à travers différentes échelles spatiales pertinentes sur le plan biologique. Par exem…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Merci à tous nos collaborateurs qui ont participé avec des collections de champ de maïs sucré, dont Dominic Reisig Dan Mott à North Carolina State University et Pat Porter à Texas A & M University à Lubbock, au Texas. Merci à Fiona Clissold pour aider à optimiser les protocoles et de fournir des modifications à ce manuscrit. Ce travail a été soutenu en partie par la Texas A & M C. STRUILLOU Salyer Fellowship (département d’entomologie) et la biotechnologie risque évaluation Grant programme compétitif Don no 2015-33522-24099 de l’US Department of Agriculture (décerné à gaz et STB).
Materials
| microplate reader (spectrophotometer) | Bio-Rad | Model 680 XR | |
| Bio-Rad Protein Assay Dye Reagent concentrate | Bio-Rad | #5000006 | 450mL |
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