Sausuma stresa atmiņa rūpnīcas cikla līmenī: pārskats, 1. daļa

Abstract:

Augi ir sēdoši organismi, kuru izdzīvošana ir atkarīga no viņu stratēģijas, lai tiktu galā ar dinamiskiem, stresa apstākļiem. Steidzami jāuzlabo kultūraugu spēja pielāgoties atkārtotam stresam, lai mazinātu negatīvo ietekmi uz to produktivitāti.

Saikne starp stresa apstākļiem un atmiņu ir ļoti cieša. Pareizs stresa līmenis var uzlabot mūsu atmiņu, savukārt pārmērīgs stress var vājināt atmiņu.

Pirmkārt, pareizais stresa līmenis var stimulēt mūsu atmiņu. Kad esam pakļauti zināmai stresa pakāpei, mēs vairāk koncentrēsimies un domāsim pozitīvi, lai tiktu galā ar dažādiem izaicinājumiem un spiedienu. Šajā gadījumā mūsu atmiņa tiks izmantota un uzlabota.

Otrkārt, pārmērīgs stress var ļoti ietekmēt mūsu atmiņu. Kad esam pakļauti nepanesamam stresam, mūsu ķermenis izdala hormonu kortizolu, kas var kaitēt mūsu smadzeņu veselībai, palēninot mūsu smadzeņu šūnu vielmaiņu un kavējot atmiņas veidošanos. Tāpēc šajā situācijā mēs nevaram labi atcerēties lietas.

Tāpēc, lai saglabātu labu atmiņu, mums jāpievērš uzmanība mērenai stresa regulēšanai un jāuzlabo stresa izturība. Mēs varam izmantot efektīvas metodes stresa mazināšanai, piemēram, mērenu vingrošanu, mūzikas klausīšanos, savas mentalitātes pielāgošanu utt. Izmantojot šīs metodes, mēs varam nonākt mērenā stresa stāvoklī un labāk izmantot atmiņu. Var redzēt, ka mums ir jāuzlabo atmiņa, un Cistanche deserticola var ievērojami uzlabot atmiņu, jo Cistanche deserticola ir tradicionāls ķīniešu ārstniecības materiāls, kam ir daudz unikālu efektu, no kuriem viens ir atmiņas uzlabošana. Cistanche deserticola iedarbīgumu nodrošina daudzās tajā esošās aktīvās sastāvdaļas, tostarp miecskābe, polisaharīdi, flavonoīdu glikozīdi utt. Šīs sastāvdaļas var veicināt smadzeņu veselību, izmantojot dažādus ceļus.

Noklikšķiniet uz zināt 10 veidus, kā uzlabot atmiņu

Lai gan mūsu zināšanas par augu pielāgošanos sausumam pēdējo desmitgažu laikā ir ievērojami uzlabojušās, jaunākie pētījumi ir risinājuši augu reakciju uz atkārtotu stresu. Šajā pārskatā ir sintezēti galvenie atklājumi no pētījumiem, kuros aplūkota augu reakcija uz vairākiem sausuma notikumiem, un parādīta augu spēja iegaumēt sausuma stresu.

Stresa atmiņa ir aprakstīta kā primārais efekts, kas ļauj atšķirīgi reaģēt uz atkārtotu stresu, salīdzinot ar vienu stresa notikumu. Šeit, īpaši koncentrējoties uz ūdens stresa atmiņu augu cikla līmenī, mēs aprakstām dažādos pamatā esošos procesus molekulārā, fizioloģiskā un morfoloģiskā līmenī kultūrās, kā arī Arabidopsis thaliana modeļa sugās.

Turklāt tiek piedāvāta konceptuāla analīzes sistēma, lai pētītu sausuma stresa atmiņu. Visbeidzot, atkārtota stresa laikā tiek uzsvērta augu un augsnes mikroorganismu mijiedarbības būtiskā loma, jo to plastiskumam var būt galvenā loma vispārējās augu noturības atbalstīšanā.

Atslēgvārdi: ūdens stress; noturība; augu un mikrobu mijiedarbība; gruntēšana; atmiņas gēni; augsnes mantojums.

1. Ievads

2050. gadā pasaules iedzīvotāju skaitam vajadzētu sasniegt aptuveni 9,1 miljardu. Jau tagad ir vērojams būtisks pārtikas pieprasījuma pieaugums [1]. Tajā pašā laikā lauksaimnieciskā ražošana ir pakļauta klimata pārmaiņu draudiem, kam raksturīgi smagāki un biežāki saspringtāki apstākļi, kas kavē augu augšanu.

Iedzīvotāju skaita pieaugums un klimata pārmaiņas rada vēl nebijušu izaicinājumu vaislas augiem, kas ir izturīgāki pret klimata svārstībām, lai pabarotu pasaules iedzīvotājus. Šajā kontekstā sausums ir identificēts kā vissvarīgākais un kaitīgākais stress augu audzēšanai visā pasaulē, kas ietekmē ražu vairākos izšķirošos ražas cikla brīžos.

Lai gan daudzi pētījumi ir raksturojuši dažādu sausuma intensitātes ietekmi, kas notiek dažādos augu attīstības posmos [2, 3], retāk ir pētīta atkārtotu sausuma periodu ietekme uz augu attīstību un augšanu [4–6].

Augi var "atcerēties" stresa notikumu un mainīt savu uzvedību, reaģējot uz turpmāko stresu [6]. Šī tā sauktā atmiņa ir definēta kā "spēja piekļūt pieredzei, lai jaunās atbildes ietvertu būtisku informāciju no pagātnes" un "iepriekšējo signālu informācijas glabāšana ar iespēju izgūt informāciju daudz vēlāk." [7].

Lämke un Bäurle [8] definēja trīs dažādus stresa atmiņas veidus: (i) somatiskā stresa atmiņa, mitotiski pārmantojama, kas ilgst tikai organisma dzīves laikā; (ii) starppaaudžu stresa atmiņa, kas ir novērojama tikai pirmajā bezstresa pēcnācēju paaudzē un (iii) transpaaudžu atmiņa, kas ir meiotiski pārmantojama un novērojama pēc vairāk nekā divām bez stresa pēcnācēju paaudzēm.

Somatiskā stresa atmiņa ļauj augiem, kas ir piedzīvojuši stresa notikumu, gūt labumu no dienām, nedēļām vai mēnešiem saglabātās informācijas un pielāgot savu reakciju, saskaroties ar turpmāku stresu. Piemēram, šis mehānisms ir labi raksturots aukstuma sacietēšanā [9].

Turklāt informāciju, kas iegūta no iepriekšējā stresa, var nodot no vecākiem uz pēcnācējiem, izmantojot starppaaudžu un transpaaudžu stresa atmiņu [10, 11]. Šis aspekts nav apspriests pašreizējā pārskatā, kas koncentrējas tikai uz atmiņu augu dzīves ciklā.
Augu stresa atmiņa pirmo reizi tika novērota 1990. gados, kad pētnieki atzīmēja, ka dažiem augiem pēc patogēna uzbrukuma tika iegūta sistēmiska rezistence pret turpmākām infekcijām [12–14].

Kopš tā laika ir atklāts, ka augu atmiņa ļauj augiem ātrāk vai spēcīgāk reaģēt uz turpmāko stresu un var nodrošināt labāku aizsardzību, salīdzinot ar naiviem augiem, kuri nekad nav saskārušies ar stresu. Pirmie pētījumi, kas pēta šo tēmu, noveda pie ievērojamiem panākumiem, uzlabojot izpratni par onabiotisko ierobežojumu sākšanu, dokumentējot fizioloģiskās, proteomiskās, transkripcijas un epiģenētiskās modifikācijas, kas noveda pie stresa nospieduma, kas ir būtisks augu atmiņas veidošanai [6].

Šajā pārskatā mēs ilustrējam, kā šie mehānismi ir savstarpēji saistīti atkārtotu sausuma notikumu laikā un var palīdzēt augam būt izturīgākam.

Turklāt, tā kā augi spēcīgi mijiedarbojas ar augsni un tās sastāvdaļām, mēs uzskatām, ka mijiedarbība starp augu un augsnes mikroorganismiem ir vēl viens iespējamais mīklas elements, kas noved pie augu sausuma.

Patiešām, augsnes mikrobu kopienas sastāvu un aktivitāti, kā arī augsnes fizikāli ķīmiskās īpašības nosaka augsnes mantotie efekti, un tie var ietekmēt augu reakciju uz turpmāko stresu [15, 16].

2. Ūdens stresa atmiņa: no augu puses

Ūdens stresa atmiņa ir pētīta dažādās kultūraugu sugās ar specifiskiem fokusiem, sākot no molekulāriem līdz fizioloģiskiem pamatprocesiem (1. tabula). Tā kā ūdens stresa notikumi, visticamāk, notiks biežāk ar klimata pārmaiņām, augi var mobilizēt ūdens stresa atmiņu jau agrīnā dzīves cikla stadijā, lai samazinātu vai mazinātu turpmākā stresa negatīvo ietekmi uz augšanu un ražošanu.

Dažos gadījumos augu gruntēšana izraisīja lielāku un ātrāku reakciju uz turpmāko stresu (1. tabula). Līdz šim vispārējā izpratne par mehānismu ir šāda. Pirmkārt, stresa nospiedums tika izveidots pirmā stresa notikuma laikā, kas ietver dažādus fizioloģiskus un molekulārus mehānismus, piemēram, uz stresu reaģējošu osmoregulējošu metabolītu uzkrāšanos vai aizsargājošu proteīnu sintēzi [9].

Otrkārt, pēcstresa atjaunošanās periodā šī saglabātā informācija ļauj augam pāriet uz pieļaujamo stāvokli, kas ļauj ātrāk vai spēcīgāk reaģēt uz nākamo stresu. Šī informācijas glabāšana nozīmē (i) proteīnu uzkrāšanos neaktīvā konformācijā [17, 18] un metabolītu un fitohormonu uzkrāšanos, un (ii) epiģenētiskās modifikācijas ar DNS metilēšanu, histonu modifikāciju vai hromatīna pārveidošanu [9, 17, 19–21] . Hromatīna plastiskumam, neatkarīgi no tā, vai tā ir meiotiski iedzimta vai nē, ir izšķiroša nozīme gan tūlītējas stresa reakcijas laikā, gan ilgtermiņa adaptācijā [22, 23].

Treškārt, sekojošā stresa laikā iepriekšēja šo dažādo savienojumu piesaiste samazina laiku to sintēzei lielos daudzumos, tādējādi ļaujot ātrāk reaģēt [24,25].Pioniera darbs ar Arabidopsis thaliana un Zea mays [25–27] parādīja, ka augi parāda transkripcijas stresa atmiņa, reaģējot uz vairākkārtēju sausuma iedarbību, atklājot atmiņas gēnu esamību. Šie gēni ir definēti kā tādi, kas rada dažādus transkriptu līmeņus, reaģējot uz pirmo un otro stresu, bet transkriptu bāzes līmeņi ir līdzīgi tiem, kas nav sagatavoti augiem atveseļošanās periodā [25].

Saskaņā ar šo koncepciju 1. attēlā ir apkopota "atmiņas gēnu" un "neatmiņas gēnu" klasifikācija četrās kategorijās atbilstoši to ekspresijas regulējumam otrā stresa periodā, salīdzinot ar pirmo periodu. Atmiņas gēnu [+/+] (vai [−/−]) ekspresija (1.a attēls) tiek inducēta (vai nomākta) gan pirmajā, gan otrajā spriedzē, salīdzinot ar kontroli, palielinot diferenciālo ekspresiju nākamajā stresā. . Daži atmiņas gēni var arī parādīt pretēju regulējumu, reaģējot uz pirmo un otro stresu.

Tas attiecas uz (i) [−/+] atmiņas gēniem (1.b attēls), kuru ekspresija ir pazemināta pirmā stresa laikā, bet tiek regulēta otrā stresa laikā, un (ii) [+/−]. ] atmiņas gēni, kuru izpausme pirmā stresa laikā tiek regulēta augšā, bet nākamā stresa laikā pazemināta.

No otras puses, gēni, kas rada līdzīgus transkriptu līmeņus, reaģējot uz katru stresu, tiek uzskatīti par "neatmiņas gēniem" un tiek anotēti kā [+/=] vai [−/=] gēni (1.d attēls). ) [26]. Šī transkripcijas notikumu virkne tiek pārvērsta fizioloģiskās izmaiņās [18], kas ir sīkāk aprakstītas tālāk un apkopotas 2.

For more information:1950477648nn@gmail.com