Bitki Döngüsü Düzeyinde Kuraklık Stres Belleği: Bir İnceleme Bölüm 1

Soyut:

Bitkiler, hayatta kalmaları dinamik ve stresli koşullarla başa çıkma stratejilerine bağlı olan sapsız organizmalardır. Verimlilik üzerindeki olumsuz etkileri hafifletmek için mahsullerin tekrarlayan streslere uyum sağlama yeteneğini geliştirmek acil bir ihtiyaçtır.

Stresli koşullar ile hafıza arasındaki ilişki çok yakındır. Doğru miktarda stres hafızamızı geliştirebilirken, aşırı stres hafızamızı zayıflatabilir.

İlk olarak, doğru miktarda stres hafızamızı harekete geçirebilir. Belli bir dereceye kadar stres altında olduğumuzda, çeşitli zorluklar ve baskılarla başa çıkabilmek için daha fazla odaklanacağız ve olumlu düşüneceğiz. Bu durumda hafızamız kullanılacak ve geliştirilecektir.

İkincisi, aşırı stres hafızamızı büyük ölçüde etkileyebilir. Dayanılmaz stres altında olduğumuzda vücudumuz kortizol adı verilen ve beyin sağlığımıza zarar veren, beyin hücrelerimizin metabolizmasını yavaşlatan ve hafıza oluşumunu engelleyen bir hormon salgılar. Bu durum bizim bu durumda bazı şeyleri çok iyi hatırlayamamamıza neden olur.

Bu nedenle iyi bir hafızaya sahip olmak için orta düzeyde stres düzenlemesine dikkat etmeli ve stres direncimizi arttırmalıyız. Stresi azaltmak için orta düzeyde egzersiz yapmak, müzik dinlemek, zihniyetimizi ayarlamak gibi etkili yöntemler kullanabiliriz. Bu yöntemler sayesinde kendimizi orta düzeyde bir stres durumuna sokabilir ve hafızamızı daha iyi kullanabiliriz. Hafızayı geliştirmemiz gerektiği görülebilir ve Cistanche Deserticola hafızayı önemli ölçüde geliştirebilir çünkü Cistanche Deserticola, hafızayı geliştirmek de dahil olmak üzere birçok benzersiz etkiye sahip geleneksel bir Çin tıbbi malzemesidir. Cistanche Deserticola'nın etkinliği, tanik asit, polisakkaritler, flavonoid glikozitler vb. dahil olmak üzere içerdiği birçok aktif bileşenden gelir. Bu bileşenler, çeşitli yollarla beyin sağlığını geliştirebilir.

Belleği geliştirmenin 10 yolunu bilin'e tıklayın

Bitkilerin kuraklığa adaptasyonu hakkındaki bilgilerimiz son yıllarda büyük oranda artmasına rağmen, son araştırmalar bitkilerin tekrarlayan streslere verdiği tepkileri ele almıştır. Mevcut inceleme, bitkilerin çoklu kuraklık olaylarına verdiği tepkileri ele alan çalışmalardan elde edilen önemli bulguları sentezlemekte ve bitkilerin kuraklık stresini ezberleme yeteneğini göstermektedir.

Stres hafızası, tek bir stres olayıyla karşılaştırıldığında tekrarlanan strese farklı bir tepki verilmesine olanak tanıyan bir hazırlama etkisi olarak tanımlanır. Burada, özellikle bitki döngüsü seviyesinde su stresi hafızasına odaklanarak, hem mahsullerde hem de Arabidopsis thaliana model türünde moleküler, fizyolojik ve morfolojik seviyelerde altta yatan farklı süreçleri tanımlıyoruz.

Ayrıca kuraklık stres hafızasını incelemek için kavramsal bir analiz çerçevesi önerilmiştir. Son olarak, tekrarlanan stresler sırasında bitkiler ve toprak mikroorganizmaları arasındaki etkileşimlerin temel rolü vurgulanmaktadır çünkü bunların esnekliği genel bitki dayanıklılığını desteklemede anahtar bir rol oynayabilir.

Anahtar Kelimeler: su stresi; Dayanıklılık; bitki-mikrop etkileşimi; astarlama; hafıza genleri; toprak mirası.

1. Giriş

Dünya nüfusunun 2050 yılında 9,1 milyar civarına ulaşması bekleniyor. Halihazırda gıda talebinde önemli bir artış gözleniyor [1]. Aynı zamanda tarımsal üretim, bitki büyümesini engelleyen daha şiddetli ve sık görülen stresli koşullarla karakterize edilen iklim değişikliği tehdidiyle karşı karşıyadır.

Nüfus artışı ve iklim değişikliği, dünya nüfusunu beslemek için iklim dalgalanmalarına daha dayanıklı bitkilerin yetiştirilmesinde benzeri görülmemiş bir zorluk yaratıyor. Bu bağlamda, kuraklığın dünya çapında bitki üretimine yönelik en önemli ve zararlı stres olduğu ve ürün döngüsü boyunca birkaç önemli anda verimi etkilediği tespit edilmiştir.

Çok sayıda çalışma, farklı bitki gelişim aşamalarında meydana gelen çeşitli kuraklık yoğunluklarının etkilerini karakterize ederken [2,3], daha az sayıda çalışma, tekrarlayan kuraklık dönemlerinin bitki gelişimi ve büyümesi üzerindeki etkisini araştırmıştır [4-6].

Bitkiler bir stres olayını "hatırlayabilir" ve sonraki strese yanıt olarak davranışlarını değiştirebilir [6]. Bu sözde hafıza, "yeni tepkilerin geçmişten gelen ilgili bilgileri içermesi için deneyime erişme yeteneği" ve "bilgiyi çok daha sonra geri alma yeteneği ile birlikte önceki sinyallemenin bilgi depolanması" olarak tanımlanır. [7].

Lämke ve Bäurle [8] üç farklı stres hafızası türü tanımladılar: (i) mitotik olarak kalıtsal olan ve yalnızca bir organizmanın ömrü boyunca süren somatik stres hafızası; (ii) yalnızca ilk stressiz yavru nesilde gözlemlenebilen nesiller arası stres hafızası ve (iii) mayotik olarak kalıtsal olan ve ikiden fazla stressiz yavru nesilden sonra gözlemlenebilen nesiller arası hafıza.

Somatik stres hafızası, bir stres olayı yaşayan bitkilerin günlerce, haftalarca veya aylarca depolanan bilgilerden faydalanmasına ve daha fazla stresle karşılaştıklarında tepkilerini uyarlamalarına olanak tanır. Örneğin, bu mekanizma soğuk sertleşmede iyi bir şekilde karakterize edilmiştir [9].

Dahası, önceki stresten elde edilen bilgiler nesiller arası ve nesiller arası stres hafızası yoluyla ebeveynlerden yavrulara aktarılabilir [10,11]. Bitki yaşam döngüsü içerisinde yalnızca belleğe odaklanan bu incelemede bu husus tartışılmamıştır.
Bitki stres hafızası ilk kez 1990'larda araştırmacıların bazı bitkilerin bir patojen saldırısına maruz kaldıktan sonra başka enfeksiyonlara karşı edinilmiş sistemik bir direnç geliştirdiğini fark etmesiyle gözlemlendi [12-14].

O zamandan bu yana, bitki hafızasının, bitkilerin sonraki strese daha hızlı veya daha güçlü tepki vermesine olanak tanıdığı ve herhangi bir stresle karşılaşmamış saf bitkilerle karşılaştırıldığında daha fazla koruma sağlayabildiği keşfedildi. Konuyu araştıran ilk çalışmalar, bitki hafızasının oluşumu için hayati öneme sahip bir stres damgasına yol açan fizyolojik, proteomik, transkripsiyonel ve epigenetik değişiklikleri belgeleyerek onabiyotik kısıtlamaların hazırlanmasına ilişkin anlayışın geliştirilmesinde büyük ilerlemelere yol açmıştır [6].

Bu incelemede, bu mekanizmaların tekrarlayan kuraklık olayları sırasında nasıl birbiriyle bağlantılı olduğunu ve bitkinin daha dayanıklı olmasına nasıl yardımcı olabileceğini gösteriyoruz.

Dahası, bitkiler toprak ve bileşenleriyle güçlü bir etkileşime girdiğinden, bitki ve toprak mikroorganizmaları arasındaki etkileşimleri, bitkinin kuraklık hafızasına yol açan bulmacanın bir başka olası parçası olarak görüyoruz.

Gerçekten de toprağın mikrobiyal topluluk bileşimi ve aktivitesinin yanı sıra toprağın fizikokimyasal özellikleri de toprağın mirasının etkileriyle şekillenir ve bitkilerin sonraki strese verdiği tepkileri etkileyebilir [15,16].

2. Su Stresi Hafızası: Bitki Tarafından

Su stresi hafızası, farklı bitki türlerinde, molekülerden fizyolojik temel süreçlere kadar spesifik odaklarla araştırılmıştır (Tablo 1). Su stresi olaylarının iklim değişikliğiyle daha sık meydana gelmesi muhtemel olduğundan bitkiler, daha sonraki streslerin büyüme ve üretim üzerindeki olumsuz etkilerini en aza indirmek veya hafifletmek için yaşam döngülerinin erken aşamalarından itibaren su stresi hafızasını harekete geçirebilir.

Bazı durumlarda bitki hazırlama, sonraki strese daha yüksek ve daha hızlı tepki verilmesiyle sonuçlandı (Tablo 1). Bugüne kadar mekanizmanın genel anlayışı aşağıdaki gibidir. İlk olarak, ilk stres olayı sırasında, strese duyarlı osmoregülasyon metabolitlerinin birikmesi veya koruyucu proteinlerin sentezi gibi farklı fizyolojik ve moleküler mekanizmaları içeren bir stres damgası oluşturulur [9].

İkincisi, stres sonrası toparlanma döneminde depolanan bu bilgi, bitkinin daha sonraki bir strese daha hızlı veya daha güçlü tepki vermesine izin veren izin verilen bir duruma geçmesine olanak tanır. Bu bilgi depolama, (i) aktif olmayan bir konformasyonda proteinlerin [17,18] ve metabolitlerin ve fitohormonların birikmesini ve (ii) DNA metilasyonu, histon modifikasyonu veya kromatin yeniden yapılanması [9,17,19-21] yoluyla epigenetik modifikasyonları ifade eder. . Kromatin plastisitesi, mayotik olarak kalıtsal olsun veya olmasın, hem acil stres tepkisi sırasında hem de uzun vadeli adaptasyonda çok önemli bir role sahiptir [22,23].

Üçüncüsü, sonraki stres sırasında, bu farklı bileşiklerin önceden toplanması, büyük miktarlarda sentezlenme süresini kısaltır, böylece daha hızlı bir tepkiye olanak tanır [24,25]. Pioneer'in Arabidopsis thaliana ve Zea mays [25-27] üzerindeki çalışması, bitkilerin aşağıdakileri gösterdiğini göstermiştir: Kuraklığa çoklu maruziyete yanıt olarak transkripsiyonel stres hafızası, hafıza genlerinin varlığını ortaya koyuyor. Bu genler, birinci ve ikinci strese yanıt olarak farklı seviyelerde transkriptler üreten olarak tanımlanır, ancak transkriptlerin bazal seviyeleri, iyileşme periyodu sırasında hazırlanmamış bitkilerinkine benzer [25].

Bu kavramı takip eden Şekil 1, birinci dönemle karşılaştırıldığında ikinci stres dönemindeki ifadelerinin düzenlenmesine göre "hafıza genleri" ve "hafıza genleri olmayanlar"ın dört kategoriye sınıflandırılmasını özetlemektedir. [+/+] (veya [−/−]) bellek genlerinin ifadesi (Şekil 1a), kontrolle karşılaştırıldığında hem birinci hem de ikinci stres sırasında indüklenir (veya bastırılır), sonraki streste artan diferansiyel ekspresyonun hazırlanmasıyla . Bazı hafıza genleri, birinci ve ikinci strese yanıt olarak zıt düzenlemeleri de gösterebilir.

Bu, (i) ifadesi ilk stres sırasında aşağı doğru düzenlenen ancak ikinci stres sırasında yukarı doğru düzenlenen [−/+] hafıza genleri (Şekil 1b) için ve (ii) [+/− için geçerlidir. ] hafıza genleri, bunların ifadesi ilk stres sırasında yukarı doğru düzenlenirken sonraki stres sırasında aşağı doğru düzenlenir.

Öte yandan, her strese yanıt olarak benzer seviyelerde transkript üreten genler, "bellek dışı genler" olarak kabul edilir ve [+/=] veya [−/=] genler olarak açıklanır (Şekil 1d). ) [26]. Bu transkripsiyonel olaylar dizisi, aşağıda ayrıntıları verilen ve Şekil 2'de özetlenen fizyolojik değişikliklere [18] dönüştürülür.

For more information:1950477648nn@gmail.com