Method Article

Técnicas analíticas de alta resolución complementarias solo rendimiento para caracterizar mezclas complejas de materia orgánica Natural

DOI:

10.3791/59035

⸱

January 7th, 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Environmental Molecular Sciences Laboratory, Pacific Northwest National Laboratory, 2Department of Soil, Water and Environmental Science, University of Arizona, 3Department of Earth Ocean and Atmospheric Sciences, Florida State University, 4Bruker Daltonics Inc., 5Biological Sciences Division, Pacific Northwest National Laboratory

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Este protocolo describe un rendimiento único para técnicas complementarias analíticas y ómicas que culmina en una caracterización totalmente emparejado de materia orgánica natural y proteómica microbiana en diferentes ecosistemas. Este enfoque permite comparaciones robustas para la identificación de rutas metabólicas y transformaciones importantes para describir la producción de gas de efecto invernadero y predecir las respuestas al cambio ambiental.

Abstract

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Materia orgánica natural (NOM) se compone de una mezcla muy compleja de miles de compuestos orgánicos que, históricamente, resultó difíciles de caracterizar. Sin embargo, para entender los controles de termodinámicos y cinéticos de producción de gas (dióxido de carbono [CO2] y metano [CH4]) de efecto invernadero resultantes de la descomposición de la NOM, una caracterización del nivel molecular junto con microbiana Análisis del proteoma es necesario. Además, clima y cambios ambientales se espera que perturban los ecosistemas naturales, trastornar potencialmente complejas interacciones que influyen en el suministro de sustratos de materia orgánica y los microorganismos realizar las transformaciones. Una detallada caracterización molecular de la materia orgánica, microbios proteómica, vías y transformaciones por la que se descompone la materia orgánica será necesaria predecir la dirección y magnitud de los efectos de los cambios ambientales. Este artículo describe una capacidad metodológica para la caracterización de metabolitos completa en una sola muestra por inyección directa de Fourier transform ion ciclotrón resonancia espectrometría de masas (FTICR-MS), cromatografía de gases espectrometría de masas (GC-MS), Espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN), espectrometría de masas cromatografía líquida (LC-MS) y el análisis de proteómica. Este enfoque genera un conjunto de datos totalmente emparejado que mejora la confianza estadística para inferir rutas de descomposición de materia orgánica, la resultante de CO2 y tasas de producción de CH4 y sus respuestas a las perturbaciones ambientales. En este documento presentamos los resultados de aplicar este método a la NOM las muestras recogidas de las turberas; sin embargo, el protocolo es aplicable a cualquier muestra NOM (por ejemplo, turba, suelos forestales, sedimentos marinos, etc.).

Introduction

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A nivel mundial, los humedales se estiman contienen 529 Pg de carbono (C), sobre todo como C orgánico enterrado en turba depósitos1. Actualmente, tales las turberas actúan como sumidero neto de C, secuestrar 29 Tg C y-1 en América del norte sólo1. Sin embargo, perturbaciones ambientales tales como drenaje, incendios, sequías y temperaturas más cálidas pueden compensar este fregadero C aumentando la descomposición de materia orgánica, resultando en mayor C las pérdidas por gases de efecto invernadero (dióxido de carbono [CO2] y producción de metano [CH4]) de1

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Protocol

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1. secuencial extracción de la materia orgánica del suelo, sedimentos o turba

  1. Recoger turba mediante perforación, suelo o sedimentos y dividir núcleos según la hipótesis que se está probando (por ejemplo, profundidad). Muestras de la tienda en politetrafluoroetileno cubierto recipientes y congelan a-80 ° C para el almacenamiento antes del análisis.
    Nota: Aproximadamente 25 mg de C es necesario para este protocolo. Turba (típicamente 45% C), 50 mg de la turba seca se requiere. Grandes cantidades de muestra pueden ser necesaria bajo muestras orgánicas como suelos minerales o boscosas tierras altas dependiendo de la C (hasta 5 g) de conteni....

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Results

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Se realizó el protocolo de análisis complementario descrito y en comparación con turba con profundidad en el pantano de S1 en el sitio de abeto y las turberas respuesta bajo cambio de ambientes (SPRUCE) en Minnesota, Estados Unidos. Estos resultados se comparan con las de un pantano de permafrost y fen del norte de Suecia para mostrar qué sitios pueden variar en metabolitos y las actividades enzimáticas. Se identificaron las 3.312 enzimas en el análisis de proteómica. Un análisis de las actividades de las enzimas con pro.......

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Discussion

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El solo rendimiento, corriente de análisis completamente acoplado usado para caracterizar los metabolitos y el proteoma proporciona penetraciones en los caminos por que C ciclismo ocurre en un ecosistema complejo. Suelo y la turba son matrices heterogéneas, y por lo tanto, uno de los pasos críticos de este método se produce en los primeros pasos para asegurar que la partida de la turba o material del suelo es muy homogéneo. Es preferible triturar como agregados pueden reducir la eficiencia de la extracción. Se trata de u.......

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Disclosures

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Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgements

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Nos gustaría agradecer a Chanton J.P., J.E. Kostka y M.M. Kolton por asistencia para recoger muestras de turba. Porciones de este trabajo se realizaron en el laboratorio ambiental de Ciencias moleculares, una DOE de ciencia usuario oficina patrocinada por la oficina de biológico y ambiental. PNNL es operado por Battelle para la coneja bajo contrato DE-AC05-76RL01830. Este trabajo fue financiado por el Departamento de energía de Estados Unidos, oficina de ciencia e investigación oficina de biológico y ambiental (otorga: DE-AC05-00OR22725, DE SC0004632, DESC0010580, DE SC0012088 y DE SC0014416).

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
clorhidrato de metoxiaminaSigma Aldrich 226904agente de derivación
fría tolerante a la sal de triple resonancia de 5 mm instrumentaciónBruker
Columna HP-5MS (30 m &veces; 0,25 mm &veces; 0,25 μ m)instrumentación AgilentAG19091S-433
(3,0 mm y veces; 150 mm y veces; 1,7 y mu; m tamaño de partícula)Instrumentación ThermoFisher
2 ml viales de vidrio VWRInternational46610-722viales de muestra viales
muestreador automáticoVWR International97055-324; 9467671viales de muestra
CloroformoDisolvente VWR InternationalJT9174-3
EtanolDisolvente VWR InternationalBDH67002.400
metanolVWR InternationalBDH85681.400piridina solvente
VWR InternationalBDH67007.400solvente
2,2-dimetil-2-silapentano-5-sulfonato-d6Sigma Aldrich178837
estándar C8-C24 éster metílico de ácidos grasos SigmaAldrich CRM18918
estándar N-metil-N- (trimetilsilil)trifluoroacetamidaSigma Aldrich24589-78-4estándar
Río Suwanee Estándar de ácido fúlvicoSociedad Internacional de Sustancias Húmicas2S101Festándar
trimetilclorosilanoSigma Aldrich89595estándar
Solución de ajusteAgilent
Software de análisis FTICR-MSBrukerCompass DataAnalysis 4.1
Software de FormularidadLaboratorio Nacional del Noroeste del PacíficoFormularidaddisponible para descargar en: https://omics.pnl.gov/software/formularity
GC-MSAgilent AgilentGC 7890A con sorbente a base de sílice MSD 5975C
Phenomenex (Torrance, CA)Estratos C18-E (PN 8E-S001-DAK)
TUBO DE RENM 3MM 8 150 CS5VWR InternationalKT897820-0008 Tubo deRMN
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References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bridgham, S. D., Megonigal, P. J., Keller, J. K., Bliss, N. B., Trettin, C. The carbon balance of North American wetlands. Wetlands. 26 (4), 889-916 (2006).
  2. Wilson, R. M., et al. Greenhouse gas balance over thaw-freeze cycles in discontinuous zone per....

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