Torkstressminne på växtcykelnivå: En recension del 1

Abstrakt:

Växter är fastsittande organismer vars överlevnad beror på deras strategi för att klara av dynamiska, stressande förhållanden. Det är angeläget att förbättra grödors förmåga att anpassa sig till återkommande påfrestningar för att lindra de negativa effekterna på deras produktivitet.

Sambandet mellan stresstillstånd och minne är mycket nära. Rätt mängd stress kan förbättra vårt minne, medan överdriven stress kan försvaga vårt minne.

För det första kan rätt mängd stress stimulera vårt minne. När vi är under en viss grad av stress kommer vi att fokusera mer och tänka positivt för att klara olika utmaningar och påfrestningar. I det här fallet kommer vårt minne att tränas och förbättras.

För det andra kan överdriven stress påverka vårt minne i hög grad. När vi är under outhärdlig stress utsöndrar våra kroppar ett hormon som kallas kortisol, vilket kan skada vår hjärnhälsa, sakta ner metabolismen av våra hjärnceller och hämma minnesbildningen. Detta gör att vi inte kan komma ihåg saker särskilt väl i den här situationen.

Därför, för att behålla ett bra minne, måste vi vara uppmärksamma på måttlig stressreglering och förbättra vår stresstålighet. Vi kan använda effektiva metoder för att lindra stress, som måttlig träning, lyssna på musik, anpassa vår mentalitet etc. Genom dessa metoder kan vi försätta oss själva i ett måttligt tillstånd av stress och bättre använda vårt minne. Det kan ses att vi behöver förbättra minnet, och Cistanche deserticola kan förbättra minnet avsevärt eftersom Cistanche deserticola är ett traditionellt kinesiskt läkemedelsmaterial som har många unika effekter, varav en är att förbättra minnet. Effekten av Cistanche deserticola kommer från de många aktiva ingredienser den innehåller, inklusive garvsyra, polysackarider, flavonoidglykosider, etc. Dessa ingredienser kan främja hjärnans hälsa genom en mängd olika vägar.

Klicka på vet 10 sätt att förbättra minnet

Även om vår kunskap om växternas anpassning till torka har förbättrats avsevärt under de senaste decennierna, har nyare studier tagit itu med växternas reaktioner på återkommande påfrestningar. Den här översikten syntetiserar de viktigaste resultaten från studier som behandlar växternas reaktioner på flera torkahändelser och visar växternas förmåga att memorera torkastress.

Stressminne beskrivs som en primereffekt som tillåter ett annat svar på upprepad stress jämfört med en enskild stresshändelse. Här, genom att specifikt fokusera på vattenstressminne på växtcykelnivå, beskriver vi de olika underliggande processerna på molekylära, fysiologiska och morfologiska nivåer i grödor såväl som i modellarten Arabidopsis thaliana.

Dessutom föreslås ett konceptuellt analysramverk för att studera minne av torkastress. Slutligen betonas den väsentliga rollen för interaktioner mellan växter och markmikroorganismer under upprepade påfrestningar eftersom deras plasticitet kan spela en nyckelroll för att stödja växternas övergripande motståndskraft.

Nyckelord: vattenstress; elasticitet; växt-mikrob samspel; grundning; minnesgener; jordarvet.

1. Introduktion

Världens befolkning bör nå omkring 9,1 miljarder år 2050. En betydande ökning av efterfrågan på livsmedel har redan observerats [1]. Samtidigt står jordbruksproduktionen inför hotet av klimatförändringar, som kännetecknas av svårare och frekventare påfrestande förhållanden som hämmar växternas tillväxt.

Befolkningsökning och klimatförändringar skapar en aldrig tidigare skådad utmaning när det gäller förädling av växter som är mer motståndskraftiga mot klimatförändringar för att föda världsbefolkningen. I detta sammanhang har torka identifierats som den viktigaste och mest skadliga stressen för växtproduktionen över hela världen, vilket påverkar skörden vid flera avgörande ögonblick under skördecykeln.

Medan många studier har karakteriserat effekterna av olika torkaintensiteter som inträffar i olika växtutvecklingsstadier [2,3], har färre undersökt effekten av återkommande torkaperioder på växtutveckling och tillväxt [4-6].

Växter kan "minnas" en stresshändelse och ändra sitt beteende som svar på efterföljande stress [6]. Detta så kallade minne definieras som "en förmåga att få tillgång till erfarenhet så att nya svar innehåller relevant information från det förflutna", och "informationslagring av tidigare signalering, med möjligheten att hämta informationen vid ett långt senare tillfälle." [7].

Lämke och Bäurle [8] definierade tre olika typer av stressminne: (i) somatiskt stressminne, mitotiskt ärftligt som bara varar under en organisms livslängd; (ii) intergenerationellt stressminne som bara kan observeras i den första stressfria avkomgenerationen och (iii) transgenerationsminne som är meiotiskt ärftligt och observerbart efter mer än två stressfria avkommor.

Somatiskt stressminne gör det möjligt för växter som har upplevt en stresshändelse att dra nytta av lagrad information i dagar, veckor eller månader och anpassa sin reaktion när de utsätts för ytterligare stress. Till exempel har denna mekanism karakteriserats väl vid kallhärdning [9].

Dessutom kan informationen som härrör från tidigare stress överföras från föräldrar till avkommor genom intergenerationellt och transgenerationellt stressminne [10,11]. Denna aspekt diskuteras inte i den aktuella översikten som endast fokuserar på minnet inom växtens livscykel.
Växtstressminne observerades först på 1990-talet när forskare noterade att vissa växter utvecklade en förvärvad systemisk resistens mot ytterligare infektioner efter att ha exponerats för en patogenattack [12–14].

Sedan dess har det visat sig att växtminne tillåter växter att reagera snabbare eller starkare på efterföljande stress och kan ge ett förbättrat skydd jämfört med naiva växter som aldrig har mött någon stress. De första studierna som undersökte ämnet ledde till stora framsteg för att förbättra förståelsen av priming onabiotiska begränsningar genom att dokumentera fysiologiska, proteomiska, transkriptionella och epigenetiska modifieringar som leder till ett stressavtryck som är avgörande för växtminnesetablering [6].

I denna översikt illustrerar vi hur dessa mekanismer är sammankopplade under återkommande torkahändelser och kan hjälpa växten att bli mer motståndskraftig.

Dessutom, eftersom växter interagerar starkt med jorden och dess komponenter, betraktar vi interaktioner mellan växten och markens mikroorganismer som en annan möjlig pusselbit som leder till växttorkminne.

I själva verket formas markens mikrobiella gemenskapssammansättning och aktivitet, såväl som markens fysikalisk-kemiska egenskaper, av jordarvseffekter och kan påverka växternas reaktioner på efterföljande stress [15,16].

2. Vattenstressminne: Från växtsidan

Vattenstressminne har utforskats i olika grödor med specifika fokus som sträcker sig från molekylära till fysiologiska underliggande processer (tabell 1). Eftersom vattenstresshändelser sannolikt kommer att inträffa oftare med klimatförändringar, kan växter mobilisera vattenstressminne från tidiga stadier i sin livscykel för att minimera eller lindra den negativa effekten av efterföljande stress på tillväxt och produktion.

I vissa fall resulterade plantpriming i ett högre och snabbare svar på efterföljande stress (tabell 1). Hittills är den allmänna förståelsen av mekanismen följande. För det första etableras ett stressavtryck under den första stresshändelsen, som involverar olika fysiologiska och molekylära mekanismer såsom ackumulering av stresskänsliga osmoreglerande metaboliter eller syntesen av skyddande proteiner [9].

För det andra, under återhämtningsperioden efter stress, tillåter denna lagrade information anläggningen att växla till ett tillåtande tillstånd, vilket möjliggör ett snabbare eller starkare svar på en efterföljande stress. Denna informationslagring innebär (i) en ackumulering av proteiner i en inaktiv konformation [17,18] och av metaboliter och fytohormoner, och (ii) epigenetiska modifieringar genom DNA-metylering, histonmodifiering eller kromatinremodellering [9,17,19–21] . Kromatin plasticitet, vare sig det är meiotiskt ärvt eller inte, har en avgörande roll både under omedelbar stressrespons och vid långvarig anpassning [22,23].

För det tredje, under den efterföljande stressen, minskar den tidigare rekryteringen av dessa olika föreningar tiden för deras syntes i stora mängder, vilket möjliggör snabbare respons [24,25]. Pioneers arbete med Arabidopsis thaliana och Zea mays [25–27] visade att växter visar en transkriptionellt stressminne som svar på flera exponeringar för torka, vilket avslöjar förekomsten av minnesgener. Dessa gener definieras som att de producerar olika nivåer av transkript som svar på den första och andra stressen, men basala nivåer av transkript liknar dem hos de icke-primade växterna under återhämtningsperioden [25].

Efter detta koncept sammanfattar figur 1 klassificeringen av "minnesgener" och "icke-minnesgener" i fyra kategorier enligt regleringen av deras uttryck under den andra stressperioden, jämfört med den första perioden. Uttrycket av [+/+] (eller [−/−]) minnesgener (Figur 1a) induceras (eller undertrycks) under både den första och andra stressen jämfört med kontrollen, med priming ökande differentiellt uttryck i den efterföljande stressen . Vissa minnesgener kan också visa motsatt reglering som svar på den första och andra stressen.

Detta är fallet (i) för minnesgenerna [−/+] (Figur 1b), vars uttryck är nedreglerat under den första stressen men uppregleras under den andra stressen, och (ii) för [+/− ] minnesgener, vars uttryck uppregleras under den första stressen men nedregleras under den efterföljande stressen.

Å andra sidan anses gener som producerar liknande nivåer av transkript som svar på varje stress som "icke-minnesgener" och är annoterade som [+/=] eller [−/=] gener (Figur 1d ) [26]. Denna följd av transkriptionella händelser översätts till fysiologiska förändringar [18], som beskrivs i detalj nedan och sammanfattas i figur 2.

For more information:1950477648nn@gmail.com