Sausros streso atmintis gamyklos ciklo lygiu: apžvalga 1 dalis

Santrauka:

Augalai yra sėslūs organizmai, kurių išlikimas priklauso nuo jų strategijos susidoroti su dinamiškomis, stresinėmis sąlygomis. Būtina skubiai pagerinti pasėlių gebėjimą prisitaikyti prie pasikartojančių stresų, kad būtų sumažintas neigiamas poveikis jų produktyvumui.

Ryšys tarp stresinių sąlygų ir atminties yra labai glaudus. Tinkamas stresas gali pagerinti mūsų atmintį, o per didelis stresas gali susilpninti atmintį.

Pirma, tinkamas stresas gali paskatinti mūsų atmintį. Kai patiriame tam tikrą stresą, daugiau dėmesio skirsime ir mąstome pozityviai, kad susidorotume su įvairiais iššūkiais ir spaudimu. Tokiu atveju mūsų atmintis bus ištreniruota ir pagerinta.

Antra, per didelis stresas gali labai paveikti mūsų atmintį. Kai patiriame nepakeliamą stresą, mūsų kūnas išskiria hormoną kortizolį, kuris gali pakenkti mūsų smegenų sveikatai, sulėtindamas smegenų ląstelių metabolizmą ir slopindamas atminties formavimąsi. Dėl to negalime labai gerai atsiminti dalykų šioje situacijoje.

Todėl norėdami išlaikyti gerą atmintį, turime atkreipti dėmesį į vidutinį streso reguliavimą ir stiprinti atsparumą stresui. Galime naudoti veiksmingus streso mažinimo metodus, tokius kaip saikingai mankštintis, klausytis muzikos, koreguoti savo mentalitetą ir tt Taikydami šiuos metodus galime įtempti save į vidutinio sunkumo stresą ir geriau panaudoti savo atmintį. Matyti, kad turime gerinti atmintį, o Cistanche deserticola gali žymiai pagerinti atmintį, nes Cistanche deserticola yra tradicinė kinų vaistinė medžiaga, turinti daug unikalių poveikių, vienas iš jų – gerinti atmintį. Cistanche deserticola veiksmingumą lemia daugybė joje esančių veikliųjų medžiagų, įskaitant tanino rūgštį, polisacharidus, flavonoidinius glikozidus ir kt. Šie ingredientai įvairiais būdais gali skatinti smegenų sveikatą.

Spustelėkite žinoti 10 būdų, kaip pagerinti atmintį

Nors per pastaruosius dešimtmečius mūsų žinios apie augalų prisitaikymą prie sausros buvo labai patobulintos, naujausi tyrimai nagrinėjo augalų reakciją į pasikartojančius stresus. Šioje apžvalgoje apibendrinami pagrindiniai tyrimų, kuriuose nagrinėjamas augalų reakcija į daugybę sausrų, išvados ir parodomas augalų gebėjimas įsiminti sausros stresą.

Streso atmintis apibūdinama kaip pirminis efektas, leidžiantis kitaip reaguoti į pasikartojantį stresą, palyginti su vienu streso įvykiu. Čia, ypač sutelkdami dėmesį į vandens streso atmintį augalų ciklo lygmenyje, aprašome skirtingus pagrindinius procesus molekuliniu, fiziologiniu ir morfologiniu lygiu pasėliuose, taip pat pavyzdinėse Arabidopsis thaliana rūšyse.

Be to, siūloma konceptuali analizės sistema, skirta tirti sausros streso atmintį. Galiausiai, esminis augalų ir dirvožemio mikroorganizmų sąveikos vaidmuo pabrėžiamas pasikartojančių stresų metu, nes jų plastiškumas gali atlikti pagrindinį vaidmenį palaikant bendrą augalų atsparumą.

Raktažodžiai: vandens įtampa; atsparumas; augalų ir mikrobų sąveika; gruntavimas; atminties genai; dirvožemio palikimas.

1. Įvadas

2050 m. pasaulio gyventojų skaičius turėtų siekti apie 9,1 milijardo. Jau dabar pastebimas didelis maisto paklausos augimas [1]. Tuo pačiu metu žemės ūkio gamybai gresia klimato kaita, kuriai būdingos sunkesnės ir dažnesnės įtemptos sąlygos, stabdančios augalų augimą.

Populiacijos padidėjimas ir klimato kaita sukuria precedento neturintį iššūkį auginant augalus, kurie yra atsparesni klimato svyravimams, kad būtų galima išmaitinti pasaulio gyventojus. Šiame kontekste sausra buvo nustatyta kaip svarbiausias ir žalingiausias augalų auginimo stresas visame pasaulyje, paveikiantis derlių keliais svarbiais pasėlių ciklo momentais.

Nors daugybė tyrimų apibūdino įvairaus intensyvumo sausros, atsirandančios skirtinguose augalų vystymosi etapuose, poveikį [2, 3], mažiau tyrimų ištyrė pasikartojančių sausrų laikotarpių poveikį augalų vystymuisi ir augimui [4–6].

Augalai gali „atsiminti“ streso įvykį ir pakeisti savo elgesį reaguodami į vėlesnį stresą [6]. Ši vadinamoji atmintis apibrėžiama kaip „gebėjimas pasiekti patirtį, kad nauji atsakymai apimtų svarbią informaciją iš praeities“ ir „ankstesnių signalų informacijos saugojimas su galimybe gauti informaciją daug vėliau“. [7].

Lämke ir Bäurle [8] apibrėžė tris skirtingus streso atminties tipus: (i) somatinio streso atmintis, mitotiškai paveldima, kuri išlieka tik per visą organizmo gyvavimo laikotarpį; (ii) kartų streso atmintis, kuri stebima tik pirmoje be streso palikuonių kartoje ir iii) transgeneracinė atmintis, kuri yra meiotiškai paveldima ir stebima po daugiau nei dviejų palikuonių kartų be streso.

Somatinė streso atmintis leidžia augalams, patyrusiems stresą, gauti naudos iš dienų, savaičių ar mėnesių saugomos informacijos ir pritaikyti savo reakciją, kai susiduria su tolesniu stresu. Pavyzdžiui, šis mechanizmas buvo gerai apibūdintas kietinant šaltai [9].

Be to, informacija, gauta iš ankstesnio streso, gali būti perduodama iš tėvų palikuonims per kartų ir kartos streso atmintį [10, 11]. Šis aspektas neaptariamas šioje apžvalgoje, kurioje dėmesys sutelkiamas tik į atmintį augalo gyvavimo ciklo metu.
Augalų streso atmintis pirmą kartą buvo pastebėta praėjusio amžiaus dešimtajame dešimtmetyje, kai mokslininkai pastebėjo, kad kai kurie augalai įgijo sisteminį atsparumą tolesnėms infekcijoms po patogeno atakos [12–14].

Nuo tada buvo nustatyta, kad augalų atmintis leidžia augalams greičiau arba stipriau reaguoti į vėlesnį stresą ir gali suteikti geresnę apsaugą, palyginti su naiviais augalais, kurie niekada nepatyrė jokio streso. Pirmieji tyrimai, nagrinėjantys šią temą, padarė didelę pažangą gerinant supratimą apie onabiotinius apribojimus, dokumentuojant fiziologines, proteomines, transkripcijos ir epigenetines modifikacijas, dėl kurių atsirado streso įspaudas, būtinas augalų atminčiai sukurti [6].

Šioje apžvalgoje iliustruojame, kaip šie mechanizmai yra tarpusavyje susiję pasikartojančių sausrų metu ir gali padėti augalui būti atsparesniam.

Be to, kadangi augalai stipriai sąveikauja su dirvožemiu ir jo komponentais, augalų ir dirvožemio mikroorganizmų sąveiką laikome dar viena galima galvosūkio dalimi, vedančia į augalų sausros atmintį.

Iš tiesų, dirvožemio mikrobų bendruomenės sudėtį ir aktyvumą, taip pat dirvožemio fizikines ir chemines savybes formuoja dirvožemio palikimas ir gali turėti įtakos augalų reakcijai į vėlesnį stresą [15, 16].

2. Vandens streso atmintis: iš augalo pusės

Vandens streso atmintis buvo ištirta įvairiose pasėlių rūšyse, kurių specifinis dėmesys svyruoja nuo molekulinių iki fiziologinių pagrindinių procesų (1 lentelė). Kadangi dėl klimato kaitos vandens streso įvykiai greičiausiai įvyks dažniau, augalai gali mobilizuoti vandens streso atmintį nuo ankstyvųjų savo gyvavimo ciklo etapų, kad sumažintų arba sumažintų neigiamą vėlesnių stresų poveikį augimui ir gamybai.

Kai kuriais atvejais augalų gruntavimas padidino ir greitesnį atsaką į vėlesnį stresą (1 lentelė). Iki šiol bendras mechanizmo supratimas yra toks. Pirma, streso įspaudas atsirado per pirmąjį streso įvykį, kuris apima skirtingus fiziologinius ir molekulinius mechanizmus, tokius kaip į stresą reaguojančių osmoreguliuojančių metabolitų kaupimasis arba apsauginių baltymų sintezė [9].

Antra, atsigavimo po streso laikotarpiu ši saugoma informacija leidžia augalui pereiti į leistiną būseną, kuri leidžia greičiau ar stipriau reaguoti į vėlesnį stresą. Šis informacijos saugojimas reiškia (i) baltymų kaupimąsi neaktyvioje konformacijoje [17, 18] ir metabolitų bei fitohormonų kaupimąsi ir (ii) epigenetines modifikacijas per DNR metilinimą, histono modifikaciją arba chromatino remodeliavimą [9, 17, 19–21] . Chromatino plastiškumas, nesvarbu, ar jis paveldimas meiotiškai, ar ne, turi lemiamą vaidmenį tiek reaguojant į stresą, tiek ilgalaikėje adaptacijoje [22, 23].

Trečia, vėlesnio streso metu išankstinis šių skirtingų junginių įdarbinimas sumažina jų sintezės laiką dideliais kiekiais, todėl reaguoti galima greičiau [24,25].Pionieriaus darbai Arabidopsis thaliana ir Zea mays [25–27] parodė, kad augalai demonstruoja transkripcijos streso atmintis, reaguojant į daugybę sausros, atskleidžiančių atminties genų egzistavimą. Šie genai apibrėžiami kaip gaminantys skirtingus transkriptų lygius, reaguodami į pirmąjį ir antrąjį stresą, tačiau baziniai transkriptų lygiai yra panašūs į negruntuotų augalų atkūrimo laikotarpiu [25].

Vadovaujantis šia koncepcija, 1 paveiksle apibendrinamas „atminties genų“ ir „neatminties genų“ klasifikavimas į keturias kategorijas pagal jų raiškos reguliavimą antrojo streso laikotarpiu, palyginti su pirmuoju periodu. Atminties genų [+/+] (arba [−/−]) ekspresija (1a pav.) yra indukuojama (arba slopinama) tiek pirmojo, tiek antrojo streso metu, lyginant su kontroliniu, pradėjus didinti skirtingą ekspresiją vėlesniame įtempime. . Kai kurie atminties genai taip pat gali rodyti priešingą reguliavimą, reaguodami į pirmąjį ir antrąjį įtempius.

Taip yra (i) [−/+] atminties genų atveju (1b pav.), kurių ekspresija yra sumažinta pirmojo įtempimo metu, tačiau reguliuojama antrojo įtempimo metu, ir (ii) [+/− ] atminties genai, kurių raiška yra reguliuojama pirmojo streso metu, bet sumažinama vėlesnio streso metu.

Kita vertus, genai, gaminantys panašų transkriptų lygį, reaguodami į kiekvieną stresą, yra laikomi „ne atminties genais“ ir anotuojami kaip [+/=] arba [−/=] genai (1d pav. ) [26]. Ši transkripcijos įvykių seka paverčiama fiziologiniais pokyčiais [18], kurie išsamiai aprašyti toliau ir apibendrinti 2 paveiksle.

For more information:1950477648nn@gmail.com