Paměť stresu ze sucha na úrovni rostlinného cyklu: Přehled část 1

Abstraktní:

Rostliny jsou přisedlé organismy, jejichž přežití závisí na jejich strategii vyrovnat se s dynamickými, stresovými podmínkami. Je naléhavé zlepšit schopnost plodin adaptovat se na opakující se stresy, aby se zmírnily negativní dopady na jejich produktivitu.

Vztah mezi stresovými stavy a pamětí je velmi úzký. Správné množství stresu může zlepšit naši paměť, zatímco nadměrný stres může naši paměť oslabit.

Za prvé, správné množství stresu může stimulovat naši paměť. Když jsme pod určitým stupněm stresu, budeme se více soustředit a myslet pozitivně, abychom se vyrovnali s různými výzvami a tlaky. V tomto případě se naše paměť procvičí a zlepší.

Za druhé, nadměrný stres může výrazně ovlivnit naši paměť. Když jsme v nesnesitelném stresu, naše těla vylučují hormon zvaný kortizol, který může poškodit zdraví našeho mozku, zpomalit metabolismus našich mozkových buněk a brzdit tvorbu paměti. To nám v této situaci znemožňuje zapamatovat si věci velmi dobře.

Proto, abychom si zachovali dobrou paměť, musíme věnovat pozornost mírné regulaci stresu a zvýšit naši odolnost vůči stresu. Ke zmírnění stresu můžeme použít účinné metody, jako je mírné cvičení, poslech hudby, úprava mentality atd. Prostřednictvím těchto metod se můžeme dostat do mírného stresu a lépe využívat paměť. Je vidět, že potřebujeme zlepšit paměť a Cistanche deserticola může výrazně zlepšit paměť, protože Cistanche deserticola je tradiční čínský léčivý materiál, který má mnoho jedinečných účinků, jedním z nich je zlepšení paměti. Účinnost Cistanche deserticola vychází z mnoha účinných látek, které obsahuje, včetně kyseliny tříslové, polysacharidů, flavonoidních glykosidů atd. Tyto složky mohou podporovat zdraví mozku různými cestami.

Klikněte na 10 způsobů, jak zlepšit paměť

Přestože naše znalosti o adaptaci rostlin na sucho byly v posledních desetiletích značně rozšířeny, nedávné studie se zabývaly reakcemi rostlin na opakující se stresy. Tento přehled syntetizuje hlavní poznatky ze studií zabývajících se reakcemi rostlin na četné případy sucha a demonstruje schopnost rostlin zapamatovat si stres ze sucha.

Stresová paměť je popsána jako primární efekt umožňující odlišnou reakci na opakovaný stres ve srovnání s jednou stresovou událostí. Zde, konkrétně zaměřením na paměť vodního stresu na úrovni rostlinného cyklu, popisujeme různé základní procesy na molekulární, fyziologické a morfologické úrovni v plodinách a také u modelového druhu Arabidopsis thaliana.

Kromě toho je navržen rámec koncepční analýzy pro studium paměti stresu ze sucha. Konečně je při opakovaných stresech zdůrazněna zásadní role interakcí mezi rostlinami a půdními mikroorganismy, protože jejich plasticita může hrát klíčovou roli při podpoře celkové odolnosti rostlin.

Klíčová slova: vodní stres; odolnost; souhra rostlina-mikrobi; základní nátěr; paměťové geny; půdní dědictví.

1. Úvod

Světová populace by měla v roce 2050 dosáhnout přibližně 9,1 miliardy. Již nyní je pozorován významný nárůst poptávky po potravinách [1]. Zemědělská výroba zároveň čelí hrozbě změny klimatu, která je charakterizována závažnějšími a častějšími stresovými podmínkami, které brání růstu rostlin.

Nárůst populace a změna klimatu vytvářejí bezprecedentní výzvu pro šlechtění rostlin, které jsou odolnější vůči výkyvům klimatu, aby nakrmily světovou populaci. V této souvislosti bylo sucho identifikováno jako nejdůležitější a nejškodlivější stres pro rostlinnou produkci na celém světě, který ovlivňuje výnos v několika klíčových okamžicích během cyklu plodin.

Zatímco četné studie charakterizovaly účinky různých intenzit sucha vyskytující se v různých vývojových stádiích rostlin [2,3], méně z nich zkoumalo dopad opakujících se období sucha na vývoj a růst rostlin [4–6].

Rostliny si mohou „pamatovat“ stresovou událost a modifikovat své chování v reakci na následný stres [6]. Tato takzvaná paměť je definována jako „schopnost přístupu ke zkušenostem tak, aby nové odpovědi zahrnovaly relevantní informace z minulosti“ a „ukládání informací o předchozí signalizaci se schopností získat informace v mnohem pozdější době“. [7].

Lämke a Bäurle [8] definovali tři různé typy stresové paměti: (i) somatickou stresovou paměť, mitoticky dědičnou, která trvá pouze po dobu života organismu; (ii) mezigenerační stresovou paměť, která je pozorovatelná pouze u prvního bezstresového potomstva a (iii) transgenerační paměť, která je meioticky dědičná a pozorovatelná po více než dvou bezstresových generacích potomků.

Somatická stresová paměť umožňuje rostlinám, které zažily stresovou událost, těžit z uložených informací po dobu dnů, týdnů nebo měsíců a přizpůsobit svou reakci, když čelí dalšímu stresu. Tento mechanismus byl například dobře charakterizován při kalení za studena [9].

Navíc informace odvozené z předchozího stresu mohou být předány z rodičů na potomky prostřednictvím mezigenerační a transgenerační stresové paměti [10,11]. Tento aspekt není diskutován v tomto přehledu, který se zaměřuje pouze na paměť v rámci životního cyklu rostliny.
Stresová paměť rostlin byla poprvé pozorována v 90. letech 20. století, kdy výzkumníci poznamenali, že některé rostliny si po vystavení útoku patogenů vyvinuly získanou systémovou odolnost vůči dalším infekcím [12–14].

Od té doby bylo zjištěno, že paměť rostlin umožňuje rostlinám reagovat rychleji nebo silněji na následný stres a může poskytnout zvýšenou ochranu ve srovnání s naivními rostlinami, které nikdy žádný stres nezaznamenaly. První studie zkoumající toto téma vedly k velkým pokrokům ve zlepšení porozumění primárním onabiotickým omezením dokumentováním fyziologických, proteomických, transkripčních a epigenetických modifikací vedoucích k otisku stresu, který je zásadní pro vytvoření paměti rostlin [6].

V tomto přehledu ilustrujeme, jak jsou tyto mechanismy propojeny během opakujících se událostí sucha a mohou pomoci rostlině být odolnější.

Navíc, protože rostliny silně interagují s půdou a jejími složkami, považujeme interakce mezi rostlinou a půdními mikroorganismy za další možný kousek skládačky vedoucí k paměti rostlin na sucho.

Složení a aktivita mikrobiálního společenstva v půdě, stejně jako fyzikálně-chemické vlastnosti půdy, jsou utvářeny efekty dědictví půdy a mohly by ovlivnit reakce rostlin na následný stres [15,16].

2. Paměť vodního stresu: Ze strany rostliny

Paměť vodního stresu byla zkoumána u různých druhů plodin se specifickým zaměřením od molekulárních po fyziologické základní procesy (tabulka 1). Vzhledem k tomu, že je pravděpodobné, že k událostem vodního stresu dochází se změnou klimatu častěji, mohou rostliny mobilizovat paměť vodního stresu od raných fází svého životního cyklu, aby minimalizovaly nebo zmírnily negativní dopad následných stresů na růst a produkci.

V některých případech vedla impregnace rostlin k vyšší a rychlejší reakci na následný stres (tabulka 1). K dnešnímu dni je obecné chápání mechanismu následující. Za prvé, během první stresové události se vytvoří otisk stresu, který zahrnuje různé fyziologické a molekulární mechanismy, jako je akumulace osmoregulačních metabolitů reagujících na stres nebo syntéza ochranných proteinů [9].

Za druhé, během období zotavení po stresu tato uložená informace umožňuje rostlině přejít do permisivního stavu, který umožňuje rychlejší nebo silnější reakci na následný stres. Toto ukládání informací implikuje (i) akumulaci proteinů v neaktivní konformaci [17,18] a metabolitů a fytohormonů a (ii) epigenetické modifikace prostřednictvím metylace DNA, modifikace histonů nebo remodelace chromatinu [9,17,19–21]. . Chromatinová plasticita, ať již meioticky zděděná nebo ne, má zásadní roli jak během okamžité stresové reakce, tak v dlouhodobé adaptaci [22,23].

Za třetí, během následného stresu předchozí nábor těchto různých sloučenin zkracuje čas pro jejich syntézu ve velkém množství, což umožňuje rychlejší reakci [24,25]. Práce Pioneer v Arabidopsis thaliana a Zea mays [25–27] ukázaly, že rostliny vykazují transkripční stresová paměť v reakci na vícenásobné vystavení suchu, odhalující existenci paměťových genů. Tyto geny jsou definovány tak, že produkují různé hladiny transkriptů v reakci na první a druhý stres, ale bazální hladiny transkriptů jsou podobné jako u neprimovaných rostlin během období zotavení [25].

V návaznosti na tento koncept obrázek 1 shrnuje klasifikaci „paměťových genů“ a „nepaměťových genů“ do čtyř kategorií podle regulace jejich exprese během období sekundového stresu ve srovnání s prvním obdobím. Exprese [+/+] (nebo [−/−]) paměťových genů (obrázek 1a) je indukována (nebo potlačena) během prvního i druhého napětí ve srovnání s kontrolou, přičemž primární aktivace zvyšuje rozdílnou expresi v následném stresu. . Některé paměťové geny mohou také vykazovat opačnou regulaci v reakci na první a druhý stres.

To je případ (i) pro [−/+] paměťové geny (obrázek 1b), jejichž exprese je během prvního stresu regulována směrem dolů, během druhého stresu je regulována směrem nahoru, a (ii) pro [+/− ] paměťové geny, jejichž exprese je up-regulována během prvního stresu, ale down-regulována během následného stresu.

Na druhou stranu geny produkující podobné úrovně transkriptů v reakci na každý stres jsou považovány za „geny bez paměti“ a jsou označovány jako [+/=] nebo [−/=] geny (obrázek 1d ) [26]. Tato posloupnost transkripčních událostí se převádí do fyziologických změn [18], které jsou podrobně popsány níže a shrnuty na obrázku 2.

For more information:1950477648nn@gmail.com