ความทรงจำความเครียดจากภัยแล้งในระดับวัฏจักรพืช: บททบทวนส่วนที่ 1

เชิงนามธรรม:

พืชเป็นสิ่งมีชีวิตที่อยู่นิ่งซึ่งการอยู่รอดขึ้นอยู่กับกลยุทธ์ในการรับมือกับสภาวะที่เปลี่ยนแปลงและตึงเครียด เป็นเรื่องเร่งด่วนที่จะต้องปรับปรุงความสามารถของพืชผลในการปรับตัวให้เข้ากับความเครียดที่เกิดซ้ำเพื่อบรรเทาผลกระทบด้านลบต่อผลผลิตของพวกเขา

ความสัมพันธ์ระหว่างสภาวะตึงเครียดและความทรงจำนั้นใกล้กันมาก ความเครียดในปริมาณที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงความจำของเรา ในขณะที่ความเครียดที่มากเกินไปอาจทำให้ความจำของเราอ่อนแอลง

ประการแรก ความเครียดในปริมาณที่เหมาะสมสามารถกระตุ้นความจำของเราได้ เมื่อเราอยู่ภายใต้ความเครียดในระดับหนึ่ง เราจะมีสมาธิมากขึ้นและคิดเชิงบวกมากขึ้นเพื่อรับมือกับความท้าทายและความกดดันต่างๆ ในกรณีนี้ความทรงจำของเราจะถูกฝึกและปรับปรุง

ประการที่สอง ความเครียดที่มากเกินไปอาจส่งผลต่อความจำของเราอย่างมาก เมื่อเราอยู่ภายใต้ความเครียดจนทนไม่ไหว ร่างกายของเราจะหลั่งฮอร์โมนที่เรียกว่าคอร์ติซอล ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพสมอง ชะลอการเผาผลาญของเซลล์สมอง และยับยั้งการสร้างความจำ ทำให้เราไม่สามารถจดจำสิ่งต่าง ๆ ได้เป็นอย่างดีในสถานการณ์เช่นนี้

ดังนั้น เพื่อรักษาความทรงจำที่ดี เราจึงต้องใส่ใจกับการควบคุมความเครียดในระดับปานกลาง และเพิ่มความต้านทานต่อความเครียด เราสามารถใช้วิธีคลายเครียดที่มีประสิทธิภาพได้ เช่น ออกกำลังกายปานกลาง ฟังเพลง ปรับสภาพจิตใจ ฯลฯ ด้วยวิธีเหล่านี้ เราจะทำให้ตัวเองมีความเครียดปานกลางและใช้ความจำได้ดีขึ้น จะเห็นได้ว่าเราต้องปรับปรุงความจำ และ Cistanche Deserticola สามารถปรับปรุงความจำได้อย่างมาก เนื่องจาก Cistanche Deserticola เป็นยาจีนโบราณที่มีลักษณะพิเศษมากมาย หนึ่งในนั้นคือการปรับปรุงความจำ ประสิทธิภาพของ Cistanche Deserticola มาจากส่วนผสมออกฤทธิ์หลายชนิดใน Cistanche Deserticola รวมถึงกรดแทนนิก โพลีแซ็กคาไรด์ ฟลาโวนอยด์ไกลโคไซด์ ฯลฯ ส่วนผสมเหล่านี้สามารถส่งเสริมสุขภาพสมองผ่านวิถีทางที่หลากหลาย

คลิกรู้ 10 วิธีปรับปรุงความจำ

แม้ว่าความรู้ของเราเกี่ยวกับการปรับตัวของพืชต่อความแห้งแล้งได้รับการปรับปรุงอย่างกว้างขวางในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา แต่การศึกษาล่าสุดได้จัดการกับการตอบสนองของพืชต่อความเครียดที่เกิดซ้ำ การทบทวนนี้สังเคราะห์การค้นพบที่สำคัญจากการศึกษาเกี่ยวกับการตอบสนองของพืชต่อเหตุการณ์ภัยแล้งหลายครั้ง และแสดงให้เห็นถึงความสามารถของพืชในการจดจำความเครียดจากภัยแล้ง

ความจำความเครียดได้รับการอธิบายว่าเป็นเอฟเฟกต์เบื้องต้นที่ช่วยให้สามารถตอบสนองต่อความเครียดที่เกิดซ้ำได้แตกต่างกันเมื่อเปรียบเทียบกับเหตุการณ์ความเครียดครั้งเดียว ในที่นี้ โดยการเน้นไปที่ความทรงจำของแรงดันน้ำในระดับวัฏจักรพืชโดยเฉพาะ เราจะอธิบายกระบวนการพื้นฐานที่แตกต่างกันในระดับโมเลกุล สรีรวิทยา และสัณฐานวิทยาในพืชผล เช่นเดียวกับในแบบจำลองสายพันธุ์ Arabidopsis thaliana

นอกจากนี้ ยังได้เสนอกรอบการวิเคราะห์แนวคิดเพื่อศึกษาความจำความเครียดจากภัยแล้ง ในที่สุด บทบาทสำคัญของปฏิสัมพันธ์ระหว่างพืชกับจุลินทรีย์ในดินจะถูกเน้นย้ำในระหว่างการย้ำย้ำ เนื่องจากความเป็นพลาสติกของพวกมันสามารถมีบทบาทสำคัญในการสนับสนุนความยืดหยุ่นของพืชโดยรวม

คำสำคัญ: ความเครียดจากน้ำ; ความยืดหยุ่น; การทำงานร่วมกันระหว่างพืชและจุลินทรีย์ รองพื้น; ยีนความจำ มรดกทางดิน

1. บทนำ

ประชากรโลกน่าจะสูงถึงประมาณ 9.1 พันล้านคนในปี พ.ศ. 2593 ความต้องการอาหารที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญกำลังถูกสังเกตเห็นแล้ว [1] ในเวลาเดียวกัน การผลิตทางการเกษตรกำลังเผชิญกับภัยคุกคามจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ซึ่งมีเงื่อนไขที่รุนแรงและบ่อยครั้งซึ่งขัดขวางการเจริญเติบโตของพืช

การเพิ่มขึ้นของจำนวนประชากรและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศกำลังสร้างความท้าทายที่ไม่เคยมีมาก่อนในการปรับปรุงพันธุ์พืชที่มีความยืดหยุ่นต่อความผันผวนของสภาพภูมิอากาศเพื่อเลี้ยงประชากรโลก ในบริบทนี้ ความแห้งแล้งได้รับการระบุว่าเป็นความเครียดที่สำคัญและเป็นอันตรายต่อการผลิตพืชทั่วโลก ซึ่งส่งผลต่อผลผลิตในช่วงเวลาสำคัญต่างๆ ในระหว่างวงจรการเพาะปลูก

ในขณะที่การศึกษาจำนวนมากได้ระบุลักษณะของผลกระทบของความรุนแรงของความแห้งแล้งที่เกิดขึ้นในระยะการพัฒนาพืชที่แตกต่างกัน [2,3] แต่มีเพียงไม่กี่คนที่ได้ตรวจสอบผลกระทบของช่วงความแห้งแล้งที่เกิดซ้ำต่อการพัฒนาและการเจริญเติบโตของพืช [4–6]

พืชสามารถ "จดจำ" เหตุการณ์ความเครียดและปรับเปลี่ยนพฤติกรรมเพื่อตอบสนองต่อความเครียดที่ตามมา [6] หน่วยความจำที่เรียกว่านี้ถูกกำหนดให้เป็น "ความสามารถในการเข้าถึงประสบการณ์เพื่อให้การตอบสนองใหม่รวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องจากอดีต" และ "การจัดเก็บข้อมูลของการส่งสัญญาณครั้งก่อน พร้อมด้วยความสามารถในการดึงข้อมูลในภายหลังจำนวนมาก" [7].

Lämke และ Bäurle [8] ให้คำจำกัดความของความทรงจำความเครียดสามประเภทที่แตกต่างกัน: (i) หน่วยความจำความเครียดทางร่างกาย ถ่ายทอดแบบไมโตแทคซึ่งคงอยู่เฉพาะในช่วงอายุขัยของสิ่งมีชีวิตเท่านั้น (ii) ความทรงจำความเครียดระหว่างรุ่นที่จะสังเกตได้เฉพาะในรุ่นลูกหลานที่ปราศจากความเครียดรุ่นแรกและ (iii) ความทรงจำข้ามรุ่นที่สามารถถ่ายทอดทางพันธุกรรมและสังเกตได้หลังจากลูกหลานที่ปราศจากความเครียดมากกว่าสองรุ่น

ความจำความเครียดทางร่างกายช่วยให้พืชที่เคยประสบกับเหตุการณ์ความเครียดได้รับประโยชน์จากข้อมูลที่เก็บไว้เป็นเวลาหลายวัน สัปดาห์ หรือเดือน และปรับการตอบสนองเมื่อเผชิญกับความเครียดเพิ่มเติม ตัวอย่างเช่น กลไกนี้มีลักษณะพิเศษในการชุบแข็งด้วยความเย็น [9]

นอกจากนี้ ข้อมูลที่ได้จากความเครียดครั้งก่อนสามารถส่งผ่านจากพ่อแม่สู่ลูกหลานผ่านหน่วยความจำความเครียดข้ามรุ่น [10,11] ประเด็นนี้ไม่ได้กล่าวถึงในการทบทวนปัจจุบันซึ่งเน้นเฉพาะเรื่องความจำภายในวงจรชีวิตของพืชเท่านั้น
ความทรงจำเกี่ยวกับความเครียดของพืชถูกพบครั้งแรกในคริสต์ทศวรรษ 1990 เมื่อนักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าพืชบางชนิดพัฒนาความต้านทานต่อการติดเชื้ออย่างเป็นระบบต่อการติดเชื้อเพิ่มเติมหลังจากสัมผัสกับการโจมตีของเชื้อโรค [12–14]

ตั้งแต่นั้นมา เราพบว่าหน่วยความจำของพืชช่วยให้พืชตอบสนองต่อความเครียดที่ตามมาได้เร็วหรือแรงขึ้น และอาจให้การป้องกันที่ดีขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับพืชไร้เดียงสาที่ไม่เคยเผชิญกับความเครียดใดๆ การศึกษาครั้งแรกที่สำรวจหัวข้อนี้นำไปสู่ความก้าวหน้าที่สำคัญในการปรับปรุงความเข้าใจในการเตรียมข้อจำกัดด้านชีวะโดยการบันทึกการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยา โปรตีโอมิก การถอดรหัส และอีพีเจเนติกส์ ซึ่งนำไปสู่ความเครียดที่สำคัญสำหรับการสร้างความทรงจำของพืช [6]

ในการทบทวนนี้ เราแสดงให้เห็นว่ากลไกเหล่านี้เชื่อมโยงกันอย่างไรในระหว่างเหตุการณ์ภัยแล้งที่เกิดขึ้นซ้ำๆ และสามารถช่วยให้โรงงานมีความยืดหยุ่นมากขึ้น

นอกจากนี้ เนื่องจากพืชมีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรงกับดินและส่วนประกอบของมัน เราจึงถือว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างพืชกับจุลินทรีย์ในดินเป็นปริศนาที่เป็นไปได้อีกชิ้นหนึ่งที่นำไปสู่ความทรงจำเกี่ยวกับความแห้งแล้ง

อันที่จริงองค์ประกอบและกิจกรรมของชุมชนจุลินทรีย์ในดินตลอดจนคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของดินนั้นถูกกำหนดโดยผลกระทบของมรดกของดินและอาจมีอิทธิพลต่อการตอบสนองของพืชต่อความเครียดที่ตามมา [15,16]

2. ความทรงจำความเครียดจากน้ำ: จากฝั่งต้นไม้

มีการสำรวจหน่วยความจำความเครียดของน้ำในพืชหลายชนิดโดยมีการมุ่งเน้นเฉพาะตั้งแต่กระบวนการพื้นฐานระดับโมเลกุลไปจนถึงทางสรีรวิทยา (ตารางที่ 1) เนื่องจากเหตุการณ์แรงดันน้ำมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นบ่อยครั้งมากขึ้นเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ พืชอาจระดมความทรงจำเกี่ยวกับความเครียดจากน้ำตั้งแต่ช่วงแรกๆ ในวงจรชีวิตเพื่อลดหรือบรรเทาผลกระทบเชิงลบของความเครียดที่ตามมาต่อการเจริญเติบโตและการผลิต

ในบางกรณี การเตรียมพืชส่งผลให้มีการตอบสนองต่อความเครียดที่ตามมาได้สูงขึ้นและเร็วขึ้น (ตารางที่ 1) จนถึงปัจจุบันความเข้าใจทั่วไปเกี่ยวกับกลไกมีดังนี้ ประการแรก รอยประทับความเครียดจะเกิดขึ้นในระหว่างเหตุการณ์ความเครียดครั้งแรก ซึ่งเกี่ยวข้องกับกลไกทางสรีรวิทยาและโมเลกุลที่แตกต่างกัน เช่น การสะสมของสาร osmoregulating metabolites ที่ตอบสนองต่อความเครียด หรือการสังเคราะห์โปรตีนป้องกัน [9]

ประการที่สอง ในระหว่างช่วงการฟื้นฟูหลังความเครียด ข้อมูลที่เก็บไว้นี้จะช่วยให้โรงงานเปลี่ยนไปสู่สถานะที่อนุญาต ซึ่งช่วยให้ตอบสนองต่อความเครียดที่ตามมาได้เร็วขึ้นหรือแข็งแกร่งขึ้น การจัดเก็บข้อมูลนี้แสดงถึง (i) การสะสมของโปรตีนในรูปแบบที่ไม่ใช้งาน [17,18] และของสารเมตาโบไลต์และไฟโตฮอร์โมน และ (ii) การดัดแปลงอีพิเจเนติกส์ผ่าน DNA methylation การดัดแปลงฮิสโตน หรือการเปลี่ยนแปลงโครมาติน [9,17,19–21] . ความเป็นพลาสติกของโครมาทีนไม่ว่าจะได้รับการถ่ายทอดทางพันธุกรรมหรือไม่ก็ตาม มีบทบาทสำคัญในทั้งในระหว่างการตอบสนองต่อความเครียดทันทีและในการปรับตัวในระยะยาว [22,23]

ประการที่สาม ในระหว่างความเครียดที่ตามมา การคัดเลือกสารประกอบต่างๆ เหล่านี้ก่อนหน้านี้จะช่วยลดเวลาในการสังเคราะห์ในปริมาณมาก จึงช่วยให้ตอบสนองเร็วขึ้น [24,25] งานของผู้บุกเบิกใน Arabidopsis thaliana และ Zea mays [25–27] แสดงให้เห็นว่าพืชแสดง หน่วยความจำความเครียดจากการถอดเสียงเพื่อตอบสนองต่อการสัมผัสภัยแล้งหลายครั้ง ซึ่งเผยให้เห็นการมีอยู่ของยีนความทรงจำ ยีนเหล่านี้ถูกกำหนดให้สร้างระดับที่แตกต่างกันของการถอดเสียงเพื่อตอบสนองต่อความเครียดครั้งแรกและครั้งที่สอง แต่ระดับพื้นฐานของการถอดเสียงจะคล้ายกับระดับของพืชที่ไม่ได้ลงสีรองพื้นในช่วงระยะเวลาพักฟื้น [25]

ตามแนวคิดนี้ ภาพที่ 1 จะสรุปการจำแนก "ยีนของหน่วยความจำ" และ "ยีนที่ไม่ใช่ยีนความทรงจำ" ออกเป็นสี่ประเภทตามกฎระเบียบในการแสดงออกระหว่างช่วงความเครียดวินาที เมื่อเปรียบเทียบกับช่วงแรก การแสดงออกของยีนหน่วยความจำ [+/+] (หรือ [−/−]) (รูปที่ 1a) ถูกเหนี่ยวนำ (หรืออดกลั้น) ในระหว่างทั้งความเครียดแรกและวินาทีเมื่อเปรียบเทียบกับการควบคุม ด้วยการรองพื้นเพิ่มการแสดงออกที่แตกต่างในความเครียดที่ตามมา . ยีนความจำบางตัวยังสามารถแสดงการควบคุมที่ตรงกันข้ามเพื่อตอบสนองต่อความเครียดครั้งแรกและครั้งที่สอง

นี่เป็นกรณี (i) สำหรับยีนหน่วยความจำ [-/+] (รูปที่ 1b) การแสดงออกซึ่งถูกควบคุมในช่วงความเครียดครั้งแรก แต่ถูกควบคุมในช่วงความเครียดครั้งที่สอง และ (ii) สำหรับ [+/− ] ยีนหน่วยความจำ การแสดงออกของยีนที่ได้รับการควบคุมในช่วงความเครียดครั้งแรก แต่ถูกควบคุมในช่วงความเครียดที่ตามมา

ในทางกลับกัน ยีนที่สร้างการถอดเสียงในระดับใกล้เคียงกันเพื่อตอบสนองต่อความเครียดแต่ละรายการถือเป็น "ยีนที่ไม่ใช่หน่วยความจำ" และมีการใส่คำอธิบายประกอบเป็นยีน [+/=] หรือ [−/=] (รูปที่ 1d ) [26]. การสืบทอดเหตุการณ์การถอดเสียงนี้ถูกแปลเป็นการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยา [18] ซึ่งมีรายละเอียดด้านล่างและสรุปไว้ในรูปที่ 2

For more information:1950477648nn@gmail.com