Ký ức căng thẳng do hạn hán ở cấp độ chu kỳ thực vật: Đánh giá Phần 1

Trừu tượng:

Thực vật là những sinh vật không có cuống mà sự sống sót của chúng phụ thuộc vào chiến lược của chúng để đối phó với các điều kiện năng động và căng thẳng. Điều cấp thiết là phải cải thiện khả năng thích ứng của cây trồng với những căng thẳng thường xuyên để giảm bớt những tác động tiêu cực đến năng suất của chúng.

Mối quan hệ giữa tình trạng căng thẳng và trí nhớ rất chặt chẽ. Mức độ căng thẳng phù hợp có thể cải thiện trí nhớ của chúng ta, trong khi căng thẳng quá mức có thể làm suy yếu trí nhớ của chúng ta.

Đầu tiên, mức độ căng thẳng phù hợp có thể kích thích trí nhớ của chúng ta. Khi gặp một mức độ căng thẳng nhất định, chúng ta sẽ tập trung hơn và suy nghĩ tích cực hơn để đương đầu với những thử thách và áp lực khác nhau. Trong trường hợp này, trí nhớ của chúng ta sẽ được rèn luyện và cải thiện.

Thứ hai, căng thẳng quá mức có thể ảnh hưởng lớn đến trí nhớ của chúng ta. Khi chúng ta bị căng thẳng không thể chịu nổi, cơ thể chúng ta tiết ra một loại hormone gọi là cortisol, có thể gây hại cho sức khỏe não bộ, làm chậm quá trình trao đổi chất của tế bào não và ức chế sự hình thành trí nhớ. Điều này khiến chúng ta không thể nhớ rõ mọi thứ trong tình huống này.

Vì vậy, để duy trì trí nhớ tốt, chúng ta cần chú ý điều tiết căng thẳng vừa phải và tăng cường khả năng chống lại căng thẳng. Chúng ta có thể sử dụng các phương pháp hiệu quả để giảm bớt căng thẳng, chẳng hạn như tập thể dục vừa phải, nghe nhạc, điều chỉnh tâm lý, v.v. Thông qua những phương pháp này, chúng ta có thể đặt mình vào trạng thái căng thẳng vừa phải và sử dụng trí nhớ tốt hơn. Có thể thấy, chúng ta cần cải thiện trí nhớ, và Cistanche Deserticola có thể cải thiện trí nhớ đáng kể vì Cistanche Deserticola là một dược liệu cổ truyền của Trung Quốc có nhiều tác dụng độc đáo, một trong số đó là cải thiện trí nhớ. Hiệu quả của Cistanche Deserticola đến từ nhiều hoạt chất chứa trong đó, bao gồm axit tannic, polysaccharides, flavonoid glycoside, v.v. Những thành phần này có thể tăng cường sức khỏe não bộ thông qua nhiều con đường khác nhau.

Bấm biết 10 cách cải thiện trí nhớ

Mặc dù kiến ​​thức của chúng ta về khả năng thích ứng của thực vật với hạn hán đã được nâng cao đáng kể trong những thập kỷ qua, nhưng các nghiên cứu gần đây đã giải quyết các phản ứng của thực vật trước những căng thẳng thường xuyên. Tổng quan hiện tại tổng hợp những phát hiện chính từ các nghiên cứu giải quyết các phản ứng của thực vật đối với nhiều đợt hạn hán và chứng minh khả năng của thực vật ghi nhớ căng thẳng do hạn hán.

Trí nhớ căng thẳng được mô tả như một hiệu ứng mồi cho phép phản ứng khác với căng thẳng lặp đi lặp lại khi so sánh với một sự kiện căng thẳng đơn lẻ. Ở đây, bằng cách đặc biệt tập trung vào trí nhớ căng thẳng nước ở cấp độ chu kỳ thực vật, chúng tôi mô tả các quá trình cơ bản khác nhau ở cấp độ phân tử, sinh lý và hình thái ở cây trồng cũng như ở loài mô hình Arabidopsis thaliana.

Hơn nữa, một khung phân tích khái niệm được đề xuất để nghiên cứu ký ức về stress hạn hán. Cuối cùng, vai trò thiết yếu của sự tương tác giữa thực vật và vi sinh vật trong đất được nhấn mạnh trong thời kỳ căng thẳng tái diễn vì tính dẻo của chúng có thể đóng vai trò chính trong việc hỗ trợ khả năng phục hồi tổng thể của thực vật.

Từ khóa: căng thẳng về nước; khả năng phục hồi; tương tác thực vật-vi khuẩn; mồi; gen trí nhớ; di sản đất đai

1. Giới thiệu

Dân số thế giới sẽ đạt khoảng 9,1 tỷ người vào năm 2050. Người ta đã nhận thấy nhu cầu lương thực tăng lên đáng kể [1]. Đồng thời, sản xuất nông nghiệp đang phải đối mặt với mối đe dọa của biến đổi khí hậu, đặc trưng bởi các điều kiện căng thẳng ngày càng nghiêm trọng và thường xuyên hơn, cản trở sự phát triển của cây trồng.

Sự gia tăng dân số và biến đổi khí hậu đang tạo ra một thách thức chưa từng có trong việc tạo ra các loại cây trồng có khả năng chống chịu tốt hơn trước những biến động của khí hậu để nuôi sống dân số thế giới. Trong bối cảnh này, hạn hán được xác định là căng thẳng quan trọng và có hại nhất đối với sản xuất cây trồng trên toàn thế giới, ảnh hưởng đến năng suất tại một số thời điểm quan trọng trong chu kỳ cây trồng.

Trong khi nhiều nghiên cứu đã mô tả tác động của các cường độ hạn hán khác nhau xảy ra ở các giai đoạn phát triển khác nhau của cây trồng [2,3], thì có ít nghiên cứu nghiên cứu về tác động của các giai đoạn hạn hán tái diễn lên sự phát triển và sinh trưởng của cây trồng [4–6].

Thực vật có thể “ghi nhớ” một sự kiện căng thẳng và sửa đổi hành vi của chúng để phản ứng với những căng thẳng tiếp theo [6]. Cái gọi là bộ nhớ này được định nghĩa là "khả năng tiếp cận trải nghiệm để các phản hồi mới kết hợp thông tin liên quan từ quá khứ" và "lưu trữ thông tin về tín hiệu trước đó, với khả năng truy xuất thông tin vào thời gian sau đó." [7].

Lämke và Bäurle [8] đã xác định ba loại trí nhớ căng thẳng khác nhau: (i) trí nhớ căng thẳng soma, có thể di truyền theo phương pháp phân bào và chỉ tồn tại trong suốt vòng đời của sinh vật; (ii) trí nhớ căng thẳng giữa các thế hệ chỉ có thể quan sát được ở thế hệ con cháu đầu tiên không bị căng thẳng và (iii) trí nhớ xuyên thế hệ có thể di truyền được về mặt phân bào và có thể quan sát được sau hơn hai thế hệ con cái không bị căng thẳng.

Trí nhớ căng thẳng cơ thể cho phép thực vật đã trải qua một sự kiện căng thẳng được hưởng lợi từ thông tin được lưu trữ trong nhiều ngày, tuần hoặc tháng và điều chỉnh phản ứng của chúng khi phải đối mặt với căng thẳng hơn nữa. Ví dụ, cơ chế này được đặc trưng rõ ràng trong quá trình đông cứng lạnh [9].

Hơn nữa, thông tin thu được từ căng thẳng trước đó có thể được truyền từ cha mẹ sang con cái thông qua trí nhớ căng thẳng xuyên thế hệ và xuyên thế hệ [10,11]. Khía cạnh này không được thảo luận trong phần tổng quan hiện tại mà chỉ tập trung vào trí nhớ trong vòng đời của thực vật.
Trí nhớ căng thẳng ở thực vật lần đầu tiên được quan sát thấy vào những năm 1990 khi các nhà nghiên cứu lưu ý rằng một số thực vật đã phát triển khả năng kháng bệnh toàn thân mắc phải đối với các bệnh nhiễm trùng tiếp theo sau khi tiếp xúc với sự tấn công của mầm bệnh [12–14].

Kể từ đó, người ta phát hiện ra rằng trí nhớ của thực vật cho phép thực vật phản ứng nhanh hơn hoặc mạnh hơn trước những căng thẳng tiếp theo và có thể tăng cường khả năng bảo vệ khi so sánh với những cây chưa từng gặp phải bất kỳ căng thẳng nào. Các nghiên cứu đầu tiên khám phá chủ đề này đã dẫn đến những tiến bộ lớn trong việc cải thiện sự hiểu biết về các hạn chế mồi phi sinh học bằng cách ghi lại các biến đổi sinh lý, protein, phiên mã và biểu sinh dẫn đến dấu ấn căng thẳng rất quan trọng đối với việc thiết lập trí nhớ thực vật [6].

Trong bài đánh giá hiện tại, chúng tôi minh họa cách các cơ chế này được kết nối với nhau trong các đợt hạn hán tái diễn và có thể giúp cây trồng có khả năng phục hồi tốt hơn.

Hơn nữa, vì thực vật tương tác mạnh mẽ với đất và các thành phần của nó, nên chúng tôi coi sự tương tác giữa thực vật và vi sinh vật trong đất có thể là một mảnh ghép khác dẫn đến trí nhớ hạn hán của thực vật.

Thật vậy, thành phần và hoạt động của cộng đồng vi sinh vật đất, cũng như các đặc tính hóa lý của đất, được hình thành bởi các hiệu ứng di sản của đất và có thể ảnh hưởng đến phản ứng của thực vật trước những căng thẳng tiếp theo [15,16].

2. Ký ức căng thẳng về nước: Từ phía thực vật

Trí nhớ căng thẳng về nước đã được khám phá ở các loài cây trồng khác nhau với các trọng tâm cụ thể, từ các quá trình cơ bản về phân tử đến sinh lý (Bảng 1). Bởi vì các sự kiện căng thẳng về nước có thể xảy ra thường xuyên hơn cùng với biến đổi khí hậu, thực vật có thể huy động trí nhớ về căng thẳng về nước từ giai đoạn đầu trong vòng đời của chúng để giảm thiểu hoặc giảm bớt tác động tiêu cực của những căng thẳng tiếp theo đối với sự tăng trưởng và sản xuất.

Trong một số trường hợp, việc mồi cây mang lại phản ứng cao hơn và nhanh hơn trước những căng thẳng tiếp theo (Bảng 1). Cho đến nay, sự hiểu biết chung về cơ chế này như sau. Đầu tiên, dấu ấn căng thẳng được thiết lập trong sự kiện căng thẳng đầu tiên, bao gồm các cơ chế sinh lý và phân tử khác nhau như sự tích tụ các chất chuyển hóa điều hòa thẩm thấu phản ứng với căng thẳng hoặc tổng hợp các protein bảo vệ [9].

Thứ hai, trong giai đoạn phục hồi sau căng thẳng, thông tin được lưu trữ này cho phép thực vật chuyển sang trạng thái dễ dãi, cho phép phản ứng nhanh hơn hoặc mạnh hơn đối với căng thẳng tiếp theo. Việc lưu trữ thông tin này ngụ ý (i) sự tích lũy protein ở dạng không hoạt động [17,18] và các chất chuyển hóa và phytohormone, và (ii) sửa đổi biểu sinh thông qua quá trình methyl hóa DNA, sửa đổi histone hoặc tái cấu trúc nhiễm sắc thể [9,17,19–21] . Độ dẻo của chất nhiễm sắc, dù có được di truyền về mặt phân bào hay không, đều có một vai trò quan trọng cả trong quá trình phản ứng căng thẳng ngay lập tức và trong quá trình thích ứng lâu dài [22,23].

Thứ ba, trong thời kỳ căng thẳng tiếp theo, việc huy động trước các hợp chất khác nhau này làm giảm thời gian tổng hợp chúng với số lượng lớn, do đó cho phép phản ứng nhanh hơn [24,25]. Công trình của Pioneer ở Arabidopsis thaliana và Zea mays [25–27] cho thấy thực vật biểu hiện a trí nhớ căng thẳng phiên mã để đáp ứng với nhiều lần tiếp xúc với hạn hán, tiết lộ sự tồn tại của các gen trí nhớ. Những gen này được định nghĩa là tạo ra các mức độ phiên mã khác nhau để đáp ứng với stress thứ nhất và căng thẳng thứ hai, nhưng mức độ phiên mã cơ bản tương tự như ở những cây không được mồi trong giai đoạn phục hồi [25].

Theo khái niệm này, Hình 1 tóm tắt việc phân loại "gen ghi nhớ" và "gen không ghi nhớ" thành bốn loại theo quy định biểu hiện của chúng trong giai đoạn căng thẳng thứ hai, khi so sánh với giai đoạn đầu tiên. Sự biểu hiện của các gen trí nhớ (+/+] (hoặc [-/−]) (Hình 1a) được tạo ra (hoặc bị kìm nén) trong cả ứng suất thứ nhất và ứng suất thứ hai khi so sánh với đối chứng, với việc mồi làm tăng biểu hiện khác biệt ở ứng suất tiếp theo . Một số gen ghi nhớ cũng có thể thể hiện sự điều hòa ngược lại trong phản ứng với ứng suất thứ nhất và thứ hai.

Đây là trường hợp (i) đối với gen bộ nhớ [-/+] (Hình 1b), biểu hiện của gen này được điều chỉnh giảm trong lần căng thẳng đầu tiên nhưng được điều chỉnh tăng trong lần căng thẳng thứ hai và (ii) đối với (+/− ] các gen ghi nhớ, biểu hiện của nó được điều chỉnh tăng lên trong lần căng thẳng đầu tiên nhưng lại bị điều chỉnh giảm trong lần căng thẳng tiếp theo.

Mặt khác, các gen tạo ra mức độ phiên mã tương tự để phản ứng với từng stress được coi là "gen không có trí nhớ" và được chú thích là các gen [+/=] hoặc [-/=] (Hình 1d ) [26]. Sự kế tiếp của các sự kiện phiên mã này được chuyển thành những thay đổi sinh lý [18], được trình bày chi tiết dưới đây và được tóm tắt trong Hình 2.

For more information:1950477648nn@gmail.com