Dürrestress-Gedächtnis auf der Ebene des Pflanzenzyklus: Ein Rückblick Teil 2

2.1. Photosynthese und energiebezogene Mechanismen

In mehreren Studien, die sich mit dem Wasserstressgedächtnis befassen, wurden Veränderungen in den Mechanismen der Photosynthese und im Energiegleichgewicht hervorgehoben.

Unter Zwangsgedächtnis versteht man die Auswirkung negativer Einflüsse auf das Gedächtnis im Laufe des Lebens einer Person. Zwangserinnerungen entstehen oft durch Stress und Angst, was zu Gedächtnisverlust führen kann, was zu einer unzureichenden Gedächtnisleistung und negativen Auswirkungen auf Sie selbst und Ihre Mitmenschen führt.

Es gibt jedoch immer noch Möglichkeiten, unser Gedächtnis zu verbessern, auch wenn wir unter Zwang stehen. Wissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass die Plastizität des Gehirns sehr stark ist und wir unsere Gehirnleistung durch einige gute Gewohnheiten verbessern können.

Wenn Sie beispielsweise Ihren Körper durch guten Schlaf, ausreichend Bewegung und eine gesunde Ernährung gesund halten, verbessern Sie Ihr Gedächtnis. Darüber hinaus kann kontinuierliches Lernen und Denken das Gehirn aktiv halten und zur Entwicklung des Gedächtnisses beitragen.

Wir können auch das soziale Gedächtnis trainieren, indem wir mit Familie und Freunden kommunizieren und an sozialen Aktivitäten teilnehmen, was dazu beiträgt, die soziale Anpassungsfähigkeit und die Kommunikationsfähigkeiten zu verbessern.

Kurz gesagt: Gedächtniszwang kann dem Gedächtnis schaden, aber wir können unsere Gehirnleistung durch einen aktiven Lebensstil und Lernmethoden verbessern und uns dadurch aktiver, positiver und glücklicher machen. Es ist ersichtlich, dass wir das Gedächtnis verbessern müssen, und Cistanche deserticola kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche deserticola antioxidative, entzündungshemmende und Anti-Aging-Wirkungen hat, die dazu beitragen können, Oxidations- und Entzündungsreaktionen im Gehirn zu reduzieren und so das Gehirn zu schützen Gesundheit des Nervensystems. Darüber hinaus kann Cistanche deserticola auch das Wachstum und die Reparatur von Nervenzellen fördern und so die Konnektivität und Funktion neuronaler Netzwerke verbessern. Diese Effekte können dazu beitragen, das Gedächtnis, das Lernen und die Denkgeschwindigkeit zu verbessern und können auch die Entwicklung kognitiver Dysfunktionen und neurodegenerativer Erkrankungen verhindern.

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Die Reaktionen unterscheiden sich je nachdem, ob die Pflanzen über vegetative Speicherorgane verfügen (z. B. Beta vulgaris) oder nicht, was bedeutet, dass abhängig von den Senken-Quellen-Beziehungen während des Stresses physiologische und biochemische Pflanzenparameter unterschiedlich beeinflusst werden könnten [37].

Bei Triticum aestivum erhöhte das Pflanzenpriming (d. h. die Einwirkung des ersten Stresses) den Gehalt an Chlorophyll und Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase sowie die Photosyntheseeffizienz während eines zweiten Stresses.

Somit induziert das Priming eine höhere Aufrechterhaltung des Photosyntheseapparats während des nachfolgenden Stresses [28–30]. Diese gegensätzlichen physiologischen Reaktionen nach dem Priming können mit unterschiedlichen molekularen Reaktionen über das Transkriptionsgedächtnis in Zusammenhang gebracht werden [18,25,26,43]. Tatsächlich standen bei Zea mays und Arabidopsis thaliana von den 556 gemeinsamen Gedächtnisgenen beider Arten 18 % mit der Photosyntheseaktivität und dem Energiehaushalt in Zusammenhang.

In Mais kodieren die Gedächtnisgene [=/−] und [=/+] (Abbildung 1c) für Proteine, die an der Lichtgewinnung, dem Energietransport, der nichtphotochemischen Löschung und der gesamten Photosynthese beteiligt sind, einschließlich Enzymen des CalvinBenson- Bassham-Zyklus [18].

Darüber hinaus deutet die Herunterregulierung eines Gedächtnisgens, das für eine chloroplastische ATP-Synthase während des zweiten Stresses kodiert, auf die Rolle einer Transkriptionskomponente bei der Veränderung der energieabhängigen Löschempfindlichkeit hin, was letztendlich zum Schutz des Photosyntheseapparats vor Dürre führt [18].
Ähnliche Ergebnisse wurden bei Glycine max beobachtet, bei dem einige dürreunterdrückte Gedächtnisgene auch mit der Photosyntheseaktivität in Zusammenhang standen [35].

Abhängig von der Verteilung der Pflanzenbiomasse auf die verschiedenen Organe können physiologische und biochemische Pflanzenparameter während Stress unterschiedlich beeinflusst werden [37].

Bei Beta vulgaris, die drei Wasserstressereignissen ausgesetzt war, reduzierten alle Stressfaktoren den Chlorophyllgehalt der Pflanze, aber das Ausmaß des Effekts war beim zweiten Stress geringer und beim dritten Stress sogar noch geringer [37].

Unterdessen reduzierten alle drei Belastungen die Nettophotosynthese und Transpiration im gleichen Ausmaß. Obwohl sich dieser Prozess nicht auf alle Situationen übertragen lässt, kann erster Wasserstress die Reaktion der Pflanzen auf nachfolgenden Stress verbessern, indem er die Auswirkungen des zweiten Stresses auf die Photosynthese und die Energiemechanismen der Pflanzen dämpft und so einen besseren Kohlenstoffstatus aufrechterhält.

2.2. Osmotische Anpassung und Pflanzenwasserstatus

Bei Wassermangel induziert die pflanzliche ABA-Synthese durch die Regulierung von Ca2+ in den Schließzellen den Stomataverschluss und verhindert so den Wasserverlust. Die Regulierung der Stomatapertur in Schließzellen hängt auch weitgehend von der Expression von Mitgliedern der SnRK2-Genfamilie ab, die sowohl ABA-abhängige als auch unabhängige Reaktionen vermitteln [43,46].

Parallel dazu kompensiert die Anhäufung von gelösten Stoffen, die häufig bei Wasserstress auftreten, wie z. B. Prolin [47], den Abfall des Wasserpotentials, der mit einem verringerten Wassergehalt im Pflanzengewebe einhergeht. Die osmotische Anpassung zur Aufrechterhaltung des Wasserstatus ist am Pflanzengedächtnis bei Wasserstress beteiligt.

Bei vorbereiteten Arabidopsis thaliana-Pflanzen wurde ein Anstieg des Ausmaßes der zytosolischen freien Ca2+-Reaktion auf nachfolgenden osmotischen Stress beobachtet, was zu einer besseren Toleranz gegenüber nachfolgendem abiotischem Stress führen könnte [36].

Virvoulet und Fromm [43]zeigten, dass in den Schließzellen von Arabidopsisthaliana als Reaktion auf wiederholte Dehydrationsbelastungen sowohl physiologische als auch transkriptionelle Erinnerungen auftraten. Darüber hinaus ergaben Transkriptomanalysen bei wiederholter Stressbelastung bei Zea mays, dass ein großer Teil der [−/−]- und [+/+]-Gedächtnisgene Proteine ​​mit membranassoziierten Funktionen wie Dehydrine [+/+], Transmembrantransporter für anorganisches Phosphat und Saccharose, kodierten [−/−] und Regulatoren der Wasser- und Kaliumaufnahme und des Transports [26].

In ähnlicher Weise wurden Enzyme, die an der Osmolytsynthese und Prolinbiosynthese beteiligt sind, sowohl in Arabidopsis thaliana als auch in Zea mays durch [+/+]-, [−/+]- und [+/−]-Gedächtnisgene kodiert [25,26].

Bei präparierten Oryza sativa-Pflanzen war die Prolin-Akkumulation im Vergleich zu naiven Pflanzen erhöht [31], was zur Steigerung des Blattwasserpotenzials und zur Aufrechterhaltung des Pflanzenwasserstatus während der anschließenden Dürre beitragen könnte.

2.3. Zelluläre Schutzfunktionen: Entgiftungssysteme und Chaperone

Schutz- und Entgiftungsfunktionen sind für das Stressgedächtnis von Pflanzen von entscheidender Bedeutung, da sie die Auswirkungen von dürrebedingtem oxidativem Stress minimieren, indem sie den Zellstoffwechsel aufrechterhalten.

Studien von Abid und Mitarbeitern [28–30] zeigten bei Triticum aestivum-Pflanzen, dass die Grundierung den Lichtschutz während des zweiten Stresses über ein besseres Entgiftungssystem verbesserte. Dazu gehörten eine geringere Akkumulation reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) und Lipidperoxidation sowie eine höhere Aktivität antioxidativer Enzyme wie Katalase, Ascorbatperoxidase, Glutathionreduktase und Superoxiddismutase.

Darüber hinaus ist in vorbereiteten Silene dioica-Pflanzen das Chlorophyll-a/b-Verhältnis nach wiederholtem Stress höher als nach einem einzelnen Stress, was auf einen Rückgang der ROS-Produktion und des photooxidativen Stresses hindeutet, wenn ein nachfolgender Stress auftritt [48].

In Arabidopsis thaliana, Zea mays und Glycine max kodierten [+/+] Gedächtnisgene Proteine, die mit Schutzfunktionen (Dehydrine, HSP, an der Proteinfaltung beteiligte Chaperone) und Stoffwechselenzymen für die Synthese von Schutzmolekülen (z. B. Osmolyten) zusammenhängen [25,26 ].

Das Wasserstressgedächtnis der Pflanzen beinhaltet daher die Verbesserung des Entgiftungssystems dank erhöhter antioxidativer Enzymaktivitäten und besserer Schutzfunktionen über Chaperonproteine, wodurch Pflanzen ihre Reaktionen auf oxidativen Stress verbessern und die Proteinaktivität aufrechterhalten können.

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