Tørkestressminne på plantesyklusnivå: En gjennomgang del 1

Abstrakt:

Planter er fastsittende organismer hvis overlevelse avhenger av deres strategi for å takle dynamiske, stressende forhold. Det haster med å forbedre avlingenes evne til å tilpasse seg tilbakevendende påkjenninger for å lindre de negative virkningene på produktiviteten.

Forholdet mellom stressende forhold og hukommelse er veldig nært. Riktig mengde stress kan forbedre hukommelsen vår, mens overdreven stress kan svekke hukommelsen.

For det første kan riktig mengde stress stimulere hukommelsen vår. Når vi er under en viss grad av stress, vil vi fokusere mer og tenke positivt for å takle ulike utfordringer og press. I dette tilfellet vil hukommelsen vår trenes og forbedres.

For det andre kan overdreven stress i stor grad påvirke hukommelsen vår. Når vi er under uutholdelig stress, utskiller kroppene våre et hormon som heter kortisol, som kan skade hjernens helse, bremse metabolismen av hjernecellene og hemme hukommelsesdannelsen. Dette gjør at vi ikke kan huske ting veldig godt i denne situasjonen.

Derfor, for å opprettholde en god hukommelse, må vi ta hensyn til moderat stressregulering og forbedre stressmotstanden vår. Vi kan bruke effektive metoder for å lindre stress, som moderat trening, lytte til musikk, justere mentaliteten osv. Gjennom disse metodene kan vi sette oss selv i en moderat stresstilstand og bruke hukommelsen bedre. Det kan sees at vi trenger å forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen betydelig fordi Cistanche deserticola er et tradisjonelt kinesisk medisinsk materiale som har mange unike effekter, en av dem er å forbedre hukommelsen. Effekten av Cistanche deserticola kommer fra de mange aktive ingrediensene den inneholder, inkludert garvesyre, polysakkarider, flavonoidglykosider, etc. Disse ingrediensene kan fremme hjernens helse gjennom en rekke forskjellige veier.

Klikk kjenn 10 måter å forbedre hukommelsen på

Selv om kunnskapen vår om plantetilpasning til tørke har blitt betydelig forbedret i løpet av de siste tiårene, har nyere studier taklet planters respons på tilbakevendende påkjenninger. Denne gjennomgangen syntetiserer de viktigste funnene fra studier som tar for seg planteresponser på flere tørkehendelser og demonstrerer plantens evne til å huske tørkestress.

Stressminne beskrives som en starteffekt som tillater en annen respons på gjentatt stress sammenlignet med en enkelt stresshendelse. Her, ved å spesifikt fokusere på vannstressminne på plantesyklusnivå, beskriver vi de forskjellige underliggende prosessene på molekylære, fysiologiske og morfologiske nivåer i avlinger så vel som i modellarten Arabidopsis thaliana.

Dessuten foreslås et konseptuelt analyserammeverk for å studere tørkestressminne. Til slutt understrekes den essensielle rollen til interaksjoner mellom planter og jordmikroorganismer under gjentatte påkjenninger fordi plastisiteten deres kan spille en nøkkelrolle i å støtte den generelle plantenes motstandskraft.

Nøkkelord: vannstress; motstandsdyktighet; plante-mikrobe samspill; priming; minne gener; jordarven.

1. Introduksjon

Verdens befolkning skal nå rundt 9,1 milliarder i 2050. En betydelig økning i etterspørselen etter mat er allerede observert [1]. Samtidig står landbruksproduksjonen overfor trusselen om klimaendringer, som er preget av mer alvorlige og hyppigere stressende forhold som hemmer plantevekst.

Befolkningsøkning og klimaendringer skaper en enestående utfordring når det gjelder å avle planter som er mer motstandsdyktige mot klimasvingninger for å brødfø verdensbefolkningen. I denne sammenhengen har tørke blitt identifisert som det viktigste og mest skadelige stresset for planteproduksjon over hele verden, og påvirker avlingen på flere avgjørende tidspunkter i avlingssyklusen.

Mens tallrike studier har karakterisert effekten av ulike tørkeintensiteter som forekommer på forskjellige planteutviklingsstadier [2,3], har færre undersøkt virkningen av tilbakevendende tørkeperioder på planteutvikling og -vekst [4–6].

Planter kan "huske" en stresshendelse og endre oppførselen deres som svar på påfølgende stress [6]. Dette såkalte minnet er definert som "en evne til å få tilgang til erfaring slik at nye svar inkorporerer relevant informasjon fra fortiden", og "informasjonslagring av tidligere signalering, med muligheten til å hente informasjonen på mye senere tidspunkt." [7].

Lämke og Bäurle [8] definerte tre forskjellige typer stressminne: (i) somatisk stressminne, mitotisk arvelig som varer bare i løpet av levetiden til en organisme; (ii) intergenerasjonelt stressminne som bare kan observeres i den første stressfrie avkomgenerasjonen og (iii) transgenerasjonsminne som er meiotisk arvelig og observerbart etter mer enn to stressfrie avkomgenerasjoner.

Somatisk stressminne lar planter som har opplevd en stresshendelse dra nytte av lagret informasjon i dager, uker eller måneder og tilpasse responsen når de møter ytterligere stress. For eksempel har denne mekanismen vært godt karakterisert ved kaldherding [9].

Dessuten kan informasjonen fra tidligere stress overføres fra foreldre til avkom gjennom intergenerasjonelt og transgenerasjonelt stressminne [10,11]. Dette aspektet er ikke diskutert i denne gjennomgangen som kun fokuserer på hukommelsen innenfor plantelivssyklusen.
Plantestressminne ble først observert på 1990-tallet da forskere la merke til at noen planter utviklet en ervervet systemisk motstand mot ytterligere infeksjoner etter å ha blitt utsatt for et patogenangrep [12–14].

Siden den gang har det blitt funnet at planteminne lar planter reagere raskere eller sterkere på påfølgende stress og kan gi forbedret beskyttelse sammenlignet med naive planter som aldri har vært utsatt for stress. De første studiene som undersøkte emnet førte til store fremskritt i å forbedre forståelsen av priming av onabiotiske begrensninger ved å dokumentere fysiologiske, proteomiske, transkripsjonelle og epigenetiske modifikasjoner som førte til et stressavtrykk som er avgjørende for etablering av planteminne [6].

I denne gjennomgangen illustrerer vi hvordan disse mekanismene henger sammen under tilbakevendende tørkehendelser og kan hjelpe planten til å bli mer motstandsdyktig.

Fordi planter samhandler sterkt med jorda og dens komponenter, anser vi dessuten interaksjoner mellom plante- og jordmikroorganismer som en annen mulig brikke i puslespillet som fører til plantetørkeminne.

Faktisk er sammensetning og aktivitet av jordmikrobielle samfunn, samt fysisk-kjemiske egenskaper i jorda, formet av jordsmonnets arveeffekter og kan påvirke plantens reaksjoner på påfølgende stress [15,16].

2. Vannstressminne: Fra plantesiden

Vannstressminne har blitt utforsket i forskjellige avlingsarter med spesifikke fokus som spenner fra molekylære til fysiologiske underliggende prosesser (tabell 1). Fordi vannstresshendelser sannsynligvis vil forekomme hyppigere med klimaendringer, kan planter mobilisere vannstressminne fra tidlige stadier i livssyklusen for å minimere eller lindre den negative virkningen av påfølgende belastninger på vekst og produksjon.

I noen tilfeller resulterte plantepriming i en høyere og raskere respons på påfølgende stress (tabell 1). Til dags dato er den generelle forståelsen av mekanismen følgende. For det første blir det etablert et stressavtrykk under den første stresshendelsen, som involverer forskjellige fysiologiske og molekylære mekanismer som akkumulering av stressresponsive osmoregulerende metabolitter eller syntese av beskyttende proteiner [9].

For det andre, i løpet av restitusjonsperioden etter stress, lar denne lagrede informasjonen anlegget bytte til en permissiv tilstand, som tillater en raskere eller sterkere respons på en påfølgende stress. Denne informasjonslagringen innebærer (i) en akkumulering av proteiner i en inaktiv konformasjon [17,18] og av metabolitter og fytohormoner, og (ii) epigenetiske modifikasjoner gjennom DNA-metylering, histonmodifikasjon eller kromatinremodellering [9,17,19–21] . Kromatinplastisitet, enten det er meiotisk arvet eller ikke, har en avgjørende rolle både under umiddelbar stressrespons og ved langsiktig tilpasning [22,23].

For det tredje, under det påfølgende stresset, reduserer den tidligere rekrutteringen av disse forskjellige forbindelsene tiden for deres syntese i store mengder, og muliggjør dermed raskere respons [24,25]. Pioneers arbeid i Arabidopsis thaliana og Zea mays [25–27] viste at planter viser a transkripsjonelt stressminne som svar på flere eksponeringer for tørke, og avslører eksistensen av minnegener. Disse genene er definert som å produsere forskjellige nivåer av transkripsjoner som respons på det første og det andre stresset, men basale nivåer av transkripsjoner ligner på de ikke-primede plantene i restitusjonsperioden [25].

Etter dette konseptet, oppsummerer figur 1 klassifiseringen av "minnegener" og "ikke-minnegener" i fire kategorier i henhold til reguleringen av deres uttrykk under den andre stressperioden, sammenlignet med den første perioden. Ekspresjonen av [+/+] (eller [−/−]) minnegenene (Figur 1a) induseres (eller undertrykkes) under både den første og den andre belastningen sammenlignet med kontrollen, med priming økende differensialekspresjon i det påfølgende stresset . Noen minnegener kan også vise motsatt regulering som respons på den første og andre belastningen.

Dette er tilfellet (i) for [−/+] minnegenene (Figur 1b), hvis uttrykk er nedregulert under den første spenningen, men oppregulert under den andre spenningen, og (ii) for [+/− ] minnegener, hvis uttrykk er oppregulert under det første stresset, men nedregulert under det etterfølgende stresset.

På den annen side regnes gener som produserer lignende nivåer av transkripsjoner som respons på hver stress som "ikke-minne gener" og er annotert som [+/=] eller [−/=] gener (Figur 1d ) [26]. Denne rekken av transkripsjonelle hendelser er oversatt til fysiologiske endringer [18], som er detaljert nedenfor og oppsummert i figur 2.

For more information:1950477648nn@gmail.com