حافظه تنش خشکی در سطح چرخه گیاه: مروری قسمت 1

خلاصه:

گیاهان موجودات بی‌پایه‌ای هستند که بقای آنها به استراتژی آنها برای مقابله با شرایط پویا و استرس‌زا بستگی دارد. بهبود توانایی محصولات کشاورزی برای سازگاری با تنش های مکرر برای کاهش اثرات منفی بر بهره وری آنها ضروری است.

رابطه بین شرایط استرس زا و حافظه بسیار نزدیک است. مقدار مناسب استرس می تواند حافظه ما را بهبود بخشد، در حالی که استرس بیش از حد می تواند حافظه ما را ضعیف کند.

اول اینکه مقدار مناسب استرس می تواند حافظه ما را تحریک کند. زمانی که تحت درجه خاصی از استرس قرار می گیریم، بیشتر تمرکز می کنیم و برای مقابله با چالش ها و فشارهای مختلف مثبت فکر می کنیم. در این صورت حافظه ما ورزش و بهبود می یابد.

دوم، استرس بیش از حد می تواند حافظه ما را به شدت تحت تاثیر قرار دهد. هنگامی که تحت استرس غیرقابل تحمل هستیم، بدن ما هورمونی به نام کورتیزول ترشح می کند که می تواند به سلامت مغز ما آسیب برساند، متابولیسم سلول های مغز ما را کند کرده و از تشکیل حافظه جلوگیری می کند. این باعث می شود در این شرایط نتوانیم چیزها را به خوبی به خاطر بسپاریم.

بنابراین، برای حفظ یک حافظه خوب، باید به تنظیم استرس متوسط ​​توجه کنیم و مقاومت خود را در برابر استرس افزایش دهیم. برای رهایی از استرس می توانیم از روش های موثری مانند ورزش متوسط، گوش دادن به موسیقی، تنظیم ذهنیت و ... استفاده کنیم که از طریق این روش ها می توانیم خود را در حالت استرس متوسط ​​قرار دهیم و بهتر از حافظه خود استفاده کنیم. مشاهده می شود که ما نیاز به بهبود حافظه داریم و سیستانچ دسرتیکولا می تواند حافظه را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد زیرا سیستانچ دسرتیکولا یک ماده دارویی سنتی چینی است که اثرات منحصر به فرد زیادی دارد که یکی از آنها بهبود حافظه است. اثربخشی سیستانش دسرتیکولا از بسیاری از مواد فعال موجود در آن ناشی می شود، از جمله اسید تانیک، پلی ساکاریدها، گلیکوزیدهای فلاونوئید و غیره. این مواد می توانند سلامت مغز را از طریق مسیرهای مختلف ارتقا دهند.

روی 10 روش برای بهبود حافظه کلیک کنید

اگرچه دانش ما در مورد سازگاری گیاهان با خشکی در دهه های گذشته به طور گسترده ای افزایش یافته است، مطالعات اخیر پاسخ گیاه به تنش های مکرر را بررسی کرده اند. بررسی حاضر، یافته‌های عمده حاصل از مطالعات مربوط به پاسخ‌های گیاهی به رویدادهای متعدد خشکسالی را ترکیب می‌کند و توانایی گیاهان را در حفظ تنش خشکی نشان می‌دهد.

حافظه استرس به عنوان یک اثر آغازگر توصیف می‌شود که در مقایسه با یک رویداد استرس منفرد، پاسخ متفاوتی به استرس تکراری می‌دهد. در اینجا، با تمرکز ویژه بر حافظه تنش آبی در سطح چرخه گیاه، فرآیندهای زیربنایی مختلف را در سطوح مولکولی، فیزیولوژیکی و مورفولوژیکی در محصولات و همچنین در گونه مدل Arabidopsis thaliana توصیف می‌کنیم.

علاوه بر این، یک چارچوب تحلیل مفهومی برای مطالعه حافظه تنش خشکی پیشنهاد شده است. در نهایت، نقش اساسی برهمکنش بین گیاهان و میکروارگانیسم‌های خاک در طول تنش‌های مکرر تاکید می‌شود، زیرا انعطاف‌پذیری آنها می‌تواند نقش کلیدی در حمایت از انعطاف‌پذیری کلی گیاه داشته باشد.

کلمات کلیدی: تنش آبی تاب آوری؛ تعامل گیاه و میکروب؛ بتونه کاری ژن های حافظه؛ میراث خاک

1. معرفی

جمعیت جهان باید در سال 2050 به حدود 9.1 میلیارد نفر برسد. افزایش مهمی در تقاضای غذا در حال حاضر مشاهده شده است [1]. در عین حال، تولیدات کشاورزی با تهدید تغییرات آب و هوایی مواجه است، که با شرایط شدیدتر و مکرر تنش مشخص می شود که مانع رشد گیاهان می شود.

افزایش جمعیت و تغییرات آب و هوایی چالشی بی‌سابقه در پرورش گیاهانی ایجاد می‌کند که برای تغذیه جمعیت جهان در برابر نوسانات آب و هوایی انعطاف‌پذیرتر هستند. در این زمینه، خشکسالی به‌عنوان مهم‌ترین و مضرترین تنش برای تولید گیاه در سراسر جهان شناخته شده است که عملکرد را در چند لحظه حیاتی در طول چرخه محصول تحت تأثیر قرار می‌دهد.

در حالی که مطالعات متعددی اثرات شدت‌های مختلف خشکسالی را که در مراحل مختلف رشد گیاه رخ می‌دهد مشخص کرده‌اند [2،3]، تعداد کمتری تأثیر دوره‌های خشکسالی مکرر بر رشد و نمو گیاه را بررسی کرده‌اند [4-6].

گیاهان می توانند یک رویداد تنش را "به خاطر بیاورند" و رفتار خود را در پاسخ به تنش های بعدی اصلاح کنند [6]. این به اصطلاح حافظه به عنوان "توانایی دسترسی به تجربه به طوری که پاسخ های جدید اطلاعات مرتبط از گذشته را در خود جای دهد" و "ذخیره اطلاعات سیگنال های قبلی، با قابلیت بازیابی اطلاعات در زمان بسیار بعدی" تعریف می شود. [7].

Lämke و Bäurle [8] سه نوع مختلف حافظه استرس را تعریف کردند: (1) حافظه استرس جسمانی، از نظر میتوزی ارثی که فقط در طول عمر یک موجود زنده باقی می ماند؛ (2) حافظه استرس بین نسلی که فقط در اولین نسل بدون استرس قابل مشاهده است و (iii) حافظه بین نسلی که از نظر میوتیک قابل وراثت است و پس از بیش از دو نسل فرزندان بدون استرس قابل مشاهده است.

حافظه تنش جسمی به گیاهانی که یک رویداد استرسی را تجربه کرده‌اند این امکان را می‌دهد تا از اطلاعات ذخیره‌شده برای روزها، هفته‌ها، یا ماه‌ها بهره ببرند و در مواجهه با استرس بیشتر پاسخ خود را تطبیق دهند. به عنوان مثال، این مکانیسم در سخت شدن سرد به خوبی مشخص شده است [9].

علاوه بر این، اطلاعات به دست آمده از استرس قبلی را می توان از طریق حافظه استرس بین نسلی و بین نسلی از والدین به فرزندان منتقل کرد [10،11]. این جنبه در بررسی حاضر که فقط بر حافظه در چرخه زندگی گیاه تمرکز دارد، بحث نشده است.
حافظه تنش گیاهی برای اولین بار در دهه 1990 مشاهده شد، زمانی که محققان متوجه شدند که برخی از گیاهان پس از قرار گرفتن در معرض یک حمله پاتوژن، مقاومت سیستمیک اکتسابی در برابر عفونت های بیشتر ایجاد کردند [12-14].

از آن زمان، مشخص شد که حافظه گیاهی به گیاهان اجازه می‌دهد تا سریع‌تر یا قوی‌تر به تنش‌های بعدی واکنش نشان دهند و ممکن است در مقایسه با گیاهان ساده‌ای که هرگز با تنش مواجه نشده‌اند، محافظت بیشتری ارائه دهند. اولین مطالعات کاوش در این موضوع منجر به پیشرفت‌های عمده‌ای در بهبود درک محدودیت‌های آنابیوتیک اولیه از طریق مستندسازی اصلاحات فیزیولوژیکی، پروتئومی، رونویسی و اپی ژنتیکی شد که منجر به اثر استرسی که برای استقرار حافظه گیاهی حیاتی است [6].

در بررسی حاضر، نشان می‌دهیم که چگونه این مکانیسم‌ها در طول رویدادهای خشکسالی مکرر به هم متصل می‌شوند و می‌توانند به انعطاف‌پذیری گیاه کمک کنند.

علاوه بر این، از آنجایی که گیاهان به شدت با خاک و اجزای آن تعامل دارند، ما تعاملات بین گیاه و میکروارگانیسم‌های خاک را به عنوان یکی دیگر از بخش‌های احتمالی پازل در نظر می‌گیریم که منجر به حافظه خشکسالی گیاه می‌شود.

در واقع، ترکیب و فعالیت جامعه میکروبی خاک، و همچنین خواص فیزیکوشیمیایی خاک، توسط اثرات میراث خاک شکل می‌گیرد و می‌تواند بر پاسخ‌های گیاه به تنش‌های بعدی تأثیر بگذارد [15،16].

2. حافظه استرس آب: از سمت گیاه

حافظه تنش آب در گونه های مختلف زراعی با تمرکزهای خاص از فرآیندهای مولکولی تا فیزیولوژیکی زیربنایی مورد بررسی قرار گرفته است (جدول 1). از آنجا که رویدادهای تنش آبی احتمالاً با تغییرات آب و هوایی بیشتر رخ می دهد، گیاهان ممکن است حافظه تنش آبی را از مراحل اولیه چرخه زندگی خود بسیج کنند تا تأثیر منفی تنش های بعدی بر رشد و تولید را به حداقل برسانند یا کاهش دهند.

در برخی موارد، پرایمینگ گیاه منجر به پاسخ بالاتر و سریع‌تر به تنش‌های بعدی می‌شود (جدول 1). تا به امروز، درک کلی از مکانیسم به شرح زیر است. اول، یک اثر استرس در طول اولین رویداد استرس ایجاد می‌شود، که شامل مکانیسم‌های فیزیولوژیکی و مولکولی مختلفی مانند تجمع متابولیت‌های تنظیم‌کننده اسمزی پاسخ‌دهنده به استرس یا سنتز پروتئین‌های محافظ می‌شود [9].

دوم، در طول دوره بازیابی پس از تنش، این اطلاعات ذخیره شده به گیاه اجازه می دهد تا به حالت مجاز تبدیل شود، که امکان پاسخ سریع یا قوی تر به تنش بعدی را فراهم می کند. این ذخیره سازی اطلاعات به معنی (i) تجمع پروتئین ها در یک ترکیب غیرفعال [17،18] و متابولیت ها و هورمون های گیاهی، و (2) تغییرات اپی ژنتیکی از طریق متیلاسیون DNA، اصلاح هیستون، یا بازسازی کروماتین است [9،17،19-21] . پلاستیسیته کروماتین، چه از نظر میوتیک به ارث رسیده باشد و چه نباشد، نقش مهمی در پاسخ استرس فوری و سازگاری طولانی مدت دارد [22،23].

سوم، در طول تنش بعدی، استفاده قبلی از این ترکیبات مختلف زمان سنتز آنها را در مقادیر زیاد کاهش می‌دهد، بنابراین پاسخ سریع‌تر را ممکن می‌سازد [24،25]. کار پایونیر در Arabidopsis thaliana و Zea mays [25-27] نشان داد که گیاهان نشان می‌دهند. حافظه استرس رونویسی در پاسخ به مواجهه های متعدد با خشکسالی، وجود ژن های حافظه را آشکار می کند. این ژن‌ها به‌عنوان تولید سطوح مختلف رونوشت‌ها در پاسخ به تنش اول و دوم تعریف می‌شوند، اما سطوح پایه رونوشت‌ها مشابه گیاهان غیرپرایم شده در طول دوره بهبود است [25].

به دنبال این مفهوم، شکل 1 طبقه بندی "ژن های حافظه" و "غیرحافظه ژن ها" را به چهار دسته بر اساس تنظیم بیان آنها در طول دوره استرس ثانویه، در مقایسه با دوره اول، خلاصه می کند. بیان ژن‌های حافظه [+/+] (یا [-/-]) (شکل 1a) در هر دو تنش اول و دوم در مقایسه با کنترل القا می‌شود (یا سرکوب می‌شود)، با افزایش بیان دیفرانسیل در تنش بعدی. . برخی از ژن‌های حافظه نیز می‌توانند در پاسخ به تنش‌های اول و دوم واکنش تنظیمی مخالف را نشان دهند.

این مورد (i) برای ژن‌های حافظه [-/+] است (شکل 1b)، که بیان آن در طول تنش اول تنظیم می‌شود و در طول تنش دوم (ii) برای [+/- تنظیم می‌شود. ] ژن های حافظه، که بیان آنها در اولین استرس تنظیم می شود اما در استرس بعدی کاهش می یابد.

از سوی دیگر، ژن‌هایی که سطوح مشابهی از رونوشت‌ها را در پاسخ به هر استرس تولید می‌کنند «ژن‌های غیرحافظه‌ای» در نظر گرفته می‌شوند و به عنوان ژن‌های [+/=] یا [−/{3}}] مشروح می‌شوند (شکل 1d) ) [26]. این توالی رویدادهای رونویسی به تغییرات فیزیولوژیکی [18] ترجمه شده است که در زیر به تفصیل و در شکل 2 خلاصه شده است.

For more information:1950477648nn@gmail.com