Determining the parent and associated fragment formulae in mass spectrometry via the parent subformula graph

BackgroundIdentifying the molecular formula and fragmentation reactions of an unknown compound from its mass spectrum is crucial in areas such as natural product chemistry and metabolomics. We propose a method for identifying the correct candidate formula of an unidentified natural product from its mass spectrum. The method involves scoring the plausibility of parent candidate formulae based on a parent subformula graph (PSG), and two possible metrics relating to the number of edges in the PSG. This method is applicable to both electron-impact mass spectrometry (EI-MS) and tandem mass spectrometry (MS/MS) data. Additionally, this work introduces the two-dimensional fragmentation plot (2DFP) for visualizing PSGs.ResultsOur results suggest that incorporating information regarding the edges of the PSG results in enhanced performance in correctly identifying parent formulae, in comparison to the more well-accepted "MS/MS score", on the 2016 Computational Assessment of Small Molecule Identification (CASMI 2016) data set (76.3 vs 58.9% correct formula identification) and the Research Centre for Toxic Compounds in the Environment (RECETOX) data set (66.2% vs 59.4% correct formula identification). In the extension of our method to identify the correct candidate formula from complex EI-MS data of semiochemicals, our method again performed better (correct formula appearing in the top 4 candidates in 20/23 vs 7/23 cases) than the MS/MS score, and enables the rapid identification of both the correct parent ion mass and the correct parent formula with minimal expert intervention.ConclusionOur method reliably identifies the correct parent formula even when the mass information is ambiguous. Furthermore, should parent formula identification be successful, the majority of associated fragment formulae can also be correctly identified. Our method can also identify the parent ion and its associated fragments in EI-MS spectra where the identity of the parent ion is unclear due to low quantities and overlapping compounds. Finally, our method does not inherently require empirical fitting of parameters or statistical learning, meaning it is easy to implement and extend upon.Scientific contributionDeveloped, implemented and tested new metrics for assessing plausibility of candidate molecular formulae obtained from HR-MS data

Critical Pollination Chemistry: Specific Sesquiterpene Floral Volatiles in Carrot Inhibit Honey Bee Feeding

Many plants rely on insect pollination, yet numerous agricultural plant-breeding programs focus on traits that appeal to growers and consumers instead of pollinators, leading to declining pollinator attraction and crop yields. Using hybrid carrot seed production as a model, we investigated low-yielding carrot varieties by analyzing sugars and minerals in nectar and floral volatile composition. While the analysis of nectar sugars and minerals did not reveal any key differences between the carrot varieties, differences between the 112 detected volatiles in 23 samples were observed. Numerous differentiating sesquiterpenes were identified in floral solvent extracts, and subsequent behavioral assays showed that beta-ocimene from higher-yielding carrot varieties stimulated nectar feeding (attractant), while alpha- and beta-selinene from lower-yielding lines decreased feeding (deterrents). Sesquiterpenes have previously been implicated in plant defense, suggesting a trade-off between pollination and protection. Our results highlight the importance of volatiles as regulators of pollinator attraction in agricultural settings

Conservation assessment of the Drakaea livida (Orchidaceae) ecotypes and an evaluation of methods for their identification

Morphologically cryptic taxa must be accounted for when quantifying biodiversity and implementing effective conservation measures. Some orchids pollinated by sexual deception of male insects contain morphologically cryptic ecotypes, such as the warty hammer orchid Drakaea livida (Orchidaceae). This species is comprised of three cryptic pollination ecotypes, which can be distinguished based on differences in pollinator species and floral volatiles. The present study aims were: (a) to investigate the geographic range of the three D. livida ecotypes, enabling assessment of their conservation status; and (b) to test the efficacy of different methods of identifying the D. livida ecotypes. Three methods of ecotype identification were assessed: morphometric analysis, genome size comparison, and analysis of chemical volatile composition of labellum extracts from pollinated flowers. MaxEnt species distribution models revealed that each ecotype has a different predicted geographic range, with small areas of overlap at the range margins. One ecotype is known from just ten populations over a limited geographic area, the majority of which has been cleared for agriculture, and urban development. While there was broad overlap between the ecotypes in individual morphological traits, multivariate analysis of morphological traits provided correct assignment to ecotype in 87% of individuals. Using the labellum of pollinated flowers, screening for volatile chemical compounds associated with particular ecotypes returned an even higher correct assignment rate, of 96.5%. As such, we advocate that the use of volatiles from the labellum of recently pollinated flowers is an effective way to determine the ecotype of unknown individuals of D. livida, with minimal impact on the flowering plant

Sambandet mellan fisketid och fångst i yrkesfisket efter signalkräfta i Vättern : en experimentell undersökning

Tidigare ramöverenskommelse mellan HaV och SLU (HaV dnr 1886-19) beslutades utökas 2021 genom att bl.a. genomföra ett försök tillsammans med yrkesfiskarna inom projekt ”Datainsamling sötvattenskräftor” (projekt #29). Beställningen löd: ”Underlaget från fältförsöket med yrkesfiskare kommer att ligga till grund för hur SLU Aqua utvärderar årets provfisken och provtagningar för Vättern. En skriftlig årlig rapport kommer att skrivas under början av 2022 och publiceras inom SLU Aquas granskade serie Aqua reports.” Detta PM kommer att utgöra ett underlag för kommande Aqua report. Det utgör också ett viktigt dokument vid kommande förändringar vid inrapportering av yrkesfiskets loggböcker gällande signalkräfta samt vid SLU Aquas översyn av projekt ”datainsamling kräftor”. Detta PM utgör leverans av beställt underlag. Dokumentet är framtaget av Björn Rogell tillsammans med Patrik Bohman (projektledare). För granskning och kvalitetssäkring har Martin Ogonowski och Alfred Sandström bidragit. Alla inblandade personer är verksamma inom enheten för stora sjöarna

Three Chemically Distinct Floral Ecotypes in Drakaea livida, an Orchid Pollinated by Sexual Deception of Thynnine Wasps

Sexually deceptive orchids are unusual among plants in that closely related species typically attract different pollinator species using contrasting blends of floral volatiles. Therefore, intraspecific variation in pollinator attraction may also be underpinned by differences in floral volatiles. Here, we tested for the presence of floral ecotypes in the sexually deceptive orchid Drakaea livida and investigated if the geographic range of floral ecotypes corresponded to variation in pollinator availability. Pollinator choice trials revealed the presence of three floral ecotypes within D. livida that each attracts a different species of thynnine wasp as a pollinator. Surveys of pollinator distribution revealed that the distribution of one of the ecotypes was strongly correlated with that of its pollinator, while another pollinator species was present throughout the range of all three ecotypes, demonstrating that pollinator availability does not always correlate with ecotype distribution. Floral ecotypes differed in chemical volatile composition, with a high degree of separation evident in principal coordinate analysis. Some compounds that differed between ecotypes, including pyrazines and (methylthio)phenols, are known to be electrophysiologically active in thynnine wasp antennae. Based on differences in pollinator response and floral volatile profile, the ecotypes represent distinct entities and should be treated as such in conservation management

The volatile chemistry of orchid pollination

Covering: up to September 2022 Orchids are renowned not only for their diversity of floral forms, but also for their many and often highly specialised pollination strategies. Volatile semiochemicals play a crucial role in the attraction of a wide variety of insect pollinators of orchids. The compounds produced by orchid flowers are as diverse as the pollinators they attract, and here we summarise some of the chemical diversity found across orchid taxa and pollination strategies. We focus on compounds that have been experimentally demonstrated to underpin pollinator attraction. We also highlight the structural elucidation and synthesis of a select subset of important orchid pollinator attractants, and discuss the ecological significance of the discoveries, the gaps in our current knowledge of orchid pollination chemistry, and some opportunities for future research in this field

Signalkräftbeståndens utveckling i de stora sjöarna 2022 – resultat från fångstprovtagning och provfiske inom projekt datainsamling sötvattenskräftor

Efter att flodkräftan slagits ut av kräftpest i samtliga av de stora sjöarna introducerades signalkräfta i Vättern, Hjälmaren och Mälaren med start 1969. Idag finns fiskbara bestånd av signalkräfta i huvuddelen av Hjälmaren och Vättern. I Vänern är bestånden på uppgång men större delen av fångsterna tas i sydöstra delen av sjön. Beståndet av signalkräfta i Mälaren, som till en början utvecklades gynnsamt, minskade kraftigt efter år 2000. Idag finns inget yrkesfiske på kräftor i Mälaren, på grund av alltför låga fångster, men de senaste åren har visat tecken på viss återhämtning i sjön.Denna rapport redovisar resultat från provfisken och provtagning av yrkesfiskares fångster av signalkräfta i Hjälmaren, Vättern, Vänern samt Mälaren för 2022, med en resultatsammanställning och jämförelse med tidigare års data (2009–2021). Resultat från dessa analyser ligger bland annat till grund för hur SLU Aqua bedömer den biologiska statusen av arten i de olika sjöarna (SLU 2022). Resultaten skiljer sig inom och mellan de olika provfiskade lokalerna i sjöarna. Generellt sett ger samtliga sex lokaler i Vättern höga antal fångade kräftor. På alla lokaler (utom en i norra Vättern) så har medelstorleken minskat samtidigt som antalet kräftor har ökat. I Hjälmaren följer SLU tre lokaler. Även här är fångsterna jämförelsevis höga. På en av lokalerna i Hjälmaren har antalet kräftor ökat och medelstorlek och andelen kräftor över minimimåttet minskat. För övriga lokaler i sjön syns ingen tydlig trend rörande kräftornas medelstorlek och antal. I Vänern provfiskar SLU två lokaler. I Vänern befinner sig kräftorna i en expansionsfas och fångsterna är fortfarande på en betydligt lägre nivå jämfört med Vättern och Hjälmaren. Det sker dock en långsam ökning av kräftornas antal och medelstorlek. Under den provfiskade perioden visar den ena av de två lokalerna på ett ökat antal kräftor men också på en ökad andel kräftor över minimimåttet medan den till synes ökande trenden i den andra lokalen inte kan beläggas statistiskt. I Mälaren rapporteras inga fångster i yrkesfisket sedan 2000 och fritidsfisket har tidigare endast tagit sporadiska fångster. På den provfiskade lokalen i Mälaren har antal kräftor och andelen kräftor över minimimåttet ökat. Det är möjligt att det nu sker en förändring av bestånden i Mälaren då det på senare år finns vissa tecken på en återhämtning, om än från mycket låga nivåer. SLU Aqua kommer tillsammans med länsstyrelserna runt sjön att lägga upp en strategi för att följa Mälarens kräftbestånds utveckling närmare de kommande åren

Signalkräftbeståndens utveckling i de stora sjöarna 2021 – resultat från fångstprovtagning och provfske inom projekt datainsamling sötvattenskräftor

Denna rapport redovisar resultat från provfisken och provtagning av yrkesfiskares fångster av signalkräfta i Hjälmaren, Vättern, Vänern och Mälaren år 2021, med en resultatsammanställning och jämförelse med tidigare års data (2009–2021). Resultaten skiljer sig inom och mellan de olika lokalerna i sjöarna. Generellt sett ger samtliga sex kräftlokaler i Vättern höga fångster av kräftor särskilt sett till antal fångade kräftor. På alla lokaler (utom en i norra Vättern) så har medelstorleken minskat samtidigt som antalet kräftor har ökat. I Hjälmaren följer SLU tre kräftlokaler. Även här är fångsterna generellt höga. På en av lokalerna i Hjälmaren har antalet kräftor ökat och medelstorlek och andelen kräftor över minimimåttet minskat. För övriga lokaler i sjön syns ingen tydlig trend rörande kräftornas medelstorlek och antal. I Vänern har SLU två kräftlokaler. I Vänern befinner sig kräftorna i en expansionsfas och fångsterna är fortfarande på en betydligt blygsammare nivå jämfört med Vättern och Hjälmaren. Det sker dock en långsam generell ökning av kräftornas antal och medelstorlek. Under den provfiskade perioden visar den ena av de två lokalerna ingen signifikant förändring medan den andra har ökat antal kräftor men också en ökad andel kräftor över minimimåttet. I Mälaren sker inga fångster i yrkesfisket sedan 2000 och fritidsfisket har tidigare endast tagit sporadiska fångster. Det är möjligt att det nu sker en förändring av bestånden i Mälaren då det på senare år finns vissa tecken på en återhämtning om än från mycket låga nivåer. SLU Aqua kommer tillsammans med länsstyrelserna runt sjön att lägga upp en strategi för att följa Mälarens kräftbestånds utveckling närmare de kommande åren. På den provfiskade lokalen i Mälaren har antal kräftor och andelen kräftor över minimimåttet ökat. Under 2021 utfördes även ett burexperiment på en av lokalerna i Vättern där skillnaden i kräftfångster mellan yrkesfiskeburar och provfiskeburar jämfördes över en, två och fem nätter. Resultaten visade att både storleksstrukturen och antalet fångade kräftor påverkas av hur länge burarna ligger ute och fiskar

Beståndsutveckling för signalkräfta i de stora sjöarna 2023

Efter att flodkräftan slagits ut av kräftpest i samtliga stora sjöarna introducerades signalkräfta 1969 i Vättern, Hjälmaren och Mälaren. Idag finns livskraftiga och fiskbara bestånd av signalkräfta i Hjälmaren och Vättern. I Vänern har det skett två lagliga utsättningar av signalkräfta, den första skedde 1988 i sjöns norra delar (Länsstyrelsen i Västra Götalands län 2011). I Vänern är beståndsutvecklingen positiv och större andelen av landningarna tas i sydöstra delarna av sjön. Beståndet av signalkräfta i Mälaren, som till en början utvecklades gynnsamt, minskade kraftigt efter år 2000. Numera finns inget yrkesfiske på kräftor i Mälaren med anledning av de låga tätheterna. De senaste åren finns dock tecken på att kräftbestånden återhämtat sig i åtminstone delar av sjön.Denna rapport redovisar resultaten från provfiskena och provtagningen av yrkesfiskares landningar av signalkräfta i Hjälmaren, Vättern, Vänern samt Mälaren under 2023. Resultaten jämförs även med en sammanställning av tidigare års data (2009–2022). Resultaten från analyserna ligger bland annat till grund för SLU Aqua’s bedömning av den biologiska statusen för arten i de olika sjöarna (Sveriges lantbruksuniversitet 2023).Beståndssituationen skiljer sig både inom och mellan de olika provfiskade lokalerna i sjöarna. Samtliga sex lokaler som SLU provfiskar i Vättern har hög fångst per ansträngning. På dessa lokaler (utom en i norra delarna) har dock medelstorleken minskat samtidigt som antalet kräftor har ökat. I Hjälmaren undersöks tre lokaler och även där är fångsterna jämförelsevis höga. På en av dessa lokaler har antalet kräftor ökat och medelstorlek samt andelen kräftor över minimimåttet (11 cm) minskat. För övriga två lokaler i sjön finns ingen tydlig trend rörande kräftornas medelstorlek eller antal. I Vänern provfiskar SLU endast två lokaler. Kräftbestånden i Vänern befinner sig i en expansionsfas där det sker en långsam men stadig ökning av kräftornas antal och medelstorlek. Nuvarande landningar ligger dock (likt föregående) år på en betydligt lägre nivå jämfört med Vättern och Hjälmaren. Under provfiskeperioden 2010-2023 har det totala antalet kräftor och andelen över minimimåttet ökat på den ena av lokalerna. På den andra lokalen finns inga tydliga trender. Inom yrkesfisket i Mälaren rapporteras landningar endast på några kilon sedan 2000, och fritidsfisket i sjön har tidigare endast förekommit i liten omfattning. På de provfiskade lokalerna i Mälaren har antal kräftor och andelen kräftor över minimimåttet successivt ökat från 2010. Det är möjligt att det sker en förändring av bestånden i Mälaren då det under senare år finns tecken på en återhämtning genom inrapporterad fångstdata. SLU Aqua kommer tillsammans med ansvariga länsstyrelser runt Mälaren att lägga upp en bättre strategi för att följa kräftbeståndens utveckling de kommande åren

Non-host volatile blend optimization for forest protection against the European Spruce Bark Beetle, Ips typographus

Conifer feeding bark beetles (Coleoptera, Curculionidae, Scolytinae) pose a serious economic threat to forest production. Volatiles released by non-host angiosperm plants (so called non-host volatiles, NHV) have been shown to reduce the risk of attack by many bark beetle species, including the European spruce bark beetle, Ips typographus. However, the most active blend for I. typographus, containing three green leaf volatiles (GLVs) in addition to the key compounds trans-conophthorin (tC) and verbenone, has been considered too expensive for use in large-scale management. To lower the cost and improve the applicability of NHV, we aim to simplify the blend without compromising its anti-attractant potency. Since the key compound tC is expensive in pure form, we also tested a crude version: technical grade trans-conophthorin (T-tC). In another attempt to find a more cost effective substitute for tC, we evaluated a more readily synthesized analog: dehydroconophthorin (DHC). Our results showed that 1-hexanol alone could replace the three-component GLV blend containing 1- hexanol, (3Z)-hexen-1-ol, and (2E)-hexen-1-ol. Furthermore, the release rate of tC could be reduced from 5 mg/day to 0.5 mg/day in a blend with 1-hexanol and (–)-verbenone without compromising the anti-attractant activity. We further show that T-tC was comparable with tC, whereas DHC was a less effective anti-attractant. DHC also elicited weaker physiological responses in the tC-responding olfactory receptor neuron class, providing a likely mechanistic explanation for its weaker anti-attractive effect. Our results suggest a blend consisting of (–)-verbenone, 1-hexanol and technical transconophthorin as a cost-efficient anti-attractant for forest protection against I. typographus