Старение растений - Plant senescence
эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка.Сентябрь 2011 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) ( |
Старение растений это процесс старения растений. У растений наблюдается старение как в результате стресса, так и в связи с возрастом.[1] Деградация хлорофилла во время старения листьев выявляет каротиноиды, таких как антоцианы и ксантофиллы, и является причиной Осенняя окраска листьев на лиственных деревьях. Старение листьев играет важную роль в рециркуляции питательных веществ, в основном азота, в органы роста и хранения растений. В отличие от животных, растения постоянно образуют новые органы, а старые органы подвергаются строго регулируемой программе старения, чтобы максимально увеличить экспорт питательных веществ.
Гормональная регуляция старения
Запрограммированное старение, похоже, находится под сильным влиянием гормоны растений. Гормоны абсцизовая кислота, Этилен как растительный гормон # этилен, жасмоновая кислота и салициловая кислота принимаются большинством ученых как стимуляторы старения, но, по крайней мере, один источник перечисляет гиббереллины, брассиностероиды и стриголактон как и участие.[2] Цитокинины помогают поддерживать растительную клетку, а экспрессия генов биосинтеза цитокининов на поздних этапах развития предотвращает старение листьев.[3] Изъятие или неспособность клетки воспринимать цитокинин может вызвать апоптоз или старение.[4] Кроме того, мутанты, которые не могут воспринимать этилен, демонстрируют замедленное старение. Полногеномное сравнение мРНК, экспрессируемых во время старения, вызванного темнотой, и мРНК, экспрессируемых во время старения, связанного с возрастом, демонстрирует, что жасмоновая кислота и этилен более важны для индуцированного темнотой (связанного со стрессом) старения, в то время как салициловая кислота более важна для старения в процессе развития.[5]
Годовые и многолетние выплаты
Некоторые растения превратились в однолетники которые отмирают в конце каждого сезона и оставляют семена для следующего, в то время как близкородственные растения в одном семействе эволюционировали, чтобы жить как многолетние растения. Это может быть запрограммированная «стратегия»[требуется разъяснение ] для растений.
Преимущество ежегодной стратегии может заключаться в генетическом разнообразии, поскольку один набор генов действительно сохраняется год за годом, но каждый год создается новый набор. Во-вторых, однолетие может дать растениям лучшую стратегию выживания, поскольку растение может вкладывать большую часть своей накопленной энергии и ресурсов в семя вместо того, чтобы откладывать часть растений на перезимовку, что ограничит производство семян.[нужна цитата ]
И наоборот, многолетняя стратегия иногда может быть более эффективной стратегией выживания, потому что растение имеет с начала каждую весну с точками роста, корнями и накопленной энергией, которые пережили зиму. Например, у деревьев структура может быть построена из года в год, так что дерево и корневая структура могут стать больше, сильнее и способны давать больше плодов и семян, чем годом ранее, превосходя другие растения по свету, воде и т.д. питательные вещества и пространство. Эта стратегия потерпит неудачу при быстром изменении условий окружающей среды. Если определенный жук быстро воспользуется преимуществом и убьет все почти идентичные многолетние растения, то вероятность того, что случайная мутация замедлит рост жука, будет гораздо меньше, чем у более разнообразных однолетних растений.[нужна цитата ]
Самостоятельная обрезка растений
Есть предположение гипотеза о том, как и почему растение заставляет часть себя отмирать.[2] Теория утверждает, что листья и корни обычно обрезают в течение вегетационного периода, будь то однолетние или многолетние. Это делается в основном для зрелых листьев и корней по одной из двух причин; либо обрезанные листья и корни перестают быть достаточно эффективными с точки зрения усвоения питательных веществ, либо энергия и ресурсы необходимы в другой части растения, потому что эта часть растения не может усвоить ресурсы.
- Причины низкой продуктивности при самостоятельной обрезке растений - растение редко обрезает молодняк. меристематический клетки, но если полностью выросшая зрелая клетка больше не получает питательных веществ, которые ей следовало бы получить, ее обрезают.
- Эффективность побега Причины самостоятельной обрезки - например, предположительно, зрелая клетка побега должна в среднем вырабатывать достаточно сахара и получать достаточно кислорода и углекислого газа, чтобы поддерживать как себя, так и корневую клетку аналогичного размера. На самом деле, поскольку растения явно заинтересованы в выращивании, можно утверждать, что «директива» средней побеговой клетки состоит в том, чтобы «показывать прибыль» и производить или приобретать более чем достаточно сахара и газов, чем необходимо для поддержания как ее, так и корневая клетка аналогичного размера. Если эта «прибыль» не отображается, побеговая ячейка уничтожается, а ресурсы перераспределяются между «перспективными» другими молодыми побегами или листьями в надежде, что они будут более продуктивными.
- Причины самостоятельной обрезки корней - аналогично зрелая клетка корня должна усваивать в среднем более чем достаточно минералов и воды, необходимых для поддержания как ее, так и побеговой клетки аналогичного размера, которая не усваивает воду и минералы. Если этого не происходит, корень удаляется и ресурсы отправляются новым молодым кандидатам на корень.
- Причина нехватки / необходимости самостоятельной обрезки растений - это обратная сторона проблемы эффективности.
- Недостаток побегов - если побеги не получают достаточно минералов и воды, полученных из корней, идея состоит в том, что они убивают часть себя и направляют ресурсы к корням, чтобы образовалось больше корней.
- Нехватка корней - идея заключается в том, что если корень не получает достаточно сахара и газов, полученных из побегов, он убьет часть себя и отправит ресурсы на побеги, чтобы позволить большему росту побегов.
Это чрезмерное упрощение, поскольку можно утверждать, что некоторые клетки побегов и корней выполняют другие функции, нежели приобретение питательных веществ. В этих случаях, будут ли они обрезаны или нет, растение будет «рассчитывать» с использованием других критериев. Также можно утверждать, что, например, зрелые усваивающие питательные вещества клетки побегов должны были бы получать более чем достаточно питательных веществ для роста, чтобы поддерживать как их, так и свою долю как клеток побегов, так и корней, которые не усваивают сахар и газы, независимо от того, имеют ли они структурную структуру. , репродуктивной, незрелой или просто простой, корневой природы.
Идея о том, что растение не предъявляет требований к эффективности незрелым клеткам, заключается в том, что большинство незрелых клеток являются частью так называемых спящих почек у растений. Они сохраняются небольшими и неразлучными, пока они не понадобятся растению. Они находятся в бутонах, например, в основании каждого бокового стебля.
Теория гормональной индукции старения
Существует мало теории о том, как растения вызывают старение, хотя широко распространено мнение, что часть этого происходит за счет гормонов. Ученые-растениеводы обычно концентрируют внимание на этилене и абсцизовой кислоте как на виновниках старения, но пренебрегают гиббереллином и брассиностероидом, которые подавляют рост корней, если не вызывают фактическую обрезку корней. Возможно, это связано с тем, что корни находятся под землей и поэтому их труднее изучать.
- Обрезка побегов - теперь известно, что этилен вызывает опадение листьев в гораздо большей степени, чем абсцизовая кислота. Первоначально ABA получила свое название, потому что было обнаружено, что она играет роль в опадении листьев. В настоящее время считается, что его роль незначительна и проявляется только в особых случаях.
- Теория гормональной обрезки побегов - новая простая теория гласит, что даже несмотря на то, что этилен может быть ответственным за заключительный акт опадения листьев, именно АБК и стриголактоны вызывают старение листьев из-за разбегания. положительный отзыв механизм.[2] Предположительно происходит то, что АБК и стриголактоны выделяются в основном зрелыми листьями при недостатке воды или минералов. Однако АБК и стриголактоны действуют в зрелых клетках листьев, выталкивая минералы, воду, сахар, газы и даже гормоны роста ауксин и цитокинин (и, возможно, дополнительно жасмоновую и салициловую кислоты). Это приводит к тому, что вырабатывается еще больше АБК и стриголактонов, пока из листьев не будут вытеснены все питательные вещества. Когда условия в опорожненной зрелой клетке листа становятся особенно плохими, возникает дефицит сахара и кислорода, что приводит к гиббереллину и, наконец, к выделению этилена. Когда лист чувствует этилен, он знает, что пора обрезать.
- Обрезка корней - концепция, согласно которой растения обрезают корни таким же образом, как опадают листья, не является широко обсуждаемой темой среди ученых-растениеводов, хотя этот феномен, несомненно, существует. Если известно, что гиббереллин, брассиностероид и этилен подавляют рост корней, достаточно немного воображения, чтобы предположить, что они выполняют ту же роль, что и этилен в побегах, то есть также подрезают корни.
- Теория гормональной обрезки корней - в новой теории, как и этилен, GA, BA и Eth, как считается, вызваны нехваткой сахара (GA / BA) и кислорода (ETH) (а также, возможно, избыточными уровнями углекислого газа для Eth) в корнях и выталкивать сахар и кислород, а также минералы, воду и гормоны роста из корневой клетки, вызывая петлю положительной обратной связи, приводящую к опустошению и гибели корневой клетки. Последним похоронным звеном для корня может быть стриголактон или, скорее всего, АБК, поскольку это индикаторы веществ, которых должно быть в изобилии в корне, и если они даже не могут поддерживать себя этими питательными веществами, их следует стареть.
- Параллели с делением клеток - теория, возможно, даже более спорная, утверждает, что так же, как и ауксин, и цитокинин, по-видимому, необходимы до деления растительной клетки, точно так же, возможно, этилен и GA / BA (а также ABA и стриголактоны) необходимы до клетка устареет.
Старение семян
Семя прорастание производительность - главный фактор, определяющий урожайность. Ухудшение качества семян с возрастом связано с накоплением Повреждение ДНК.[6] В сухом старении рожь семена, повреждения ДНК происходят с потерей жизнеспособности зародышей.[7] Сухие семена Vicia faba накапливают повреждения ДНК с течением времени при хранении и подвергаются Ремонт ДНК при прорастании.[8] В Арабидопсис, а ДНК-лигаза используется для восстановления одно- и двухцепочечных разрывов ДНК во время прорастания семян, и эта лигаза является важным фактором, определяющим долголетие семян.[9] В эукариоты, реакция восстановления клеток на повреждение ДНК частично регулируется контрольной точкой повреждения ДНК. киназа банкомат. ATM играет важную роль в контроле прорастания старых семян путем интеграции прорастания через прорастание с реакцией восстановления на повреждения ДНК, накопленные во время состояния сухого покоя.[10]
Смотрите также
использованная литература
- ^ Schippers, Jos H.M .; Шмидт, Роми; Вагстафф, Кэрол; Цзин, Хай-Чун (01.10.2015). «Жизнь, чтобы умереть, и умереть, чтобы жить: стратегия выживания, лежащая в основе Leaf Senescence». Физиология растений. 169 (2): 914–930. Дои:10.1104 / стр.15.00498. ISSN 1532-2548. ЧВК 4587445. PMID 26276844.
- ^ а б c "Набросок теории гормонов растений из 8 частей". Planthormones.info. 2004-07-01. Получено 2011-10-06.
- ^ Ган, Сушенг; Амасино, Ричард М. (1995-12-22). «Ингибирование старения листьев за счет ауторегулируемой продукции цитокинина». Наука. 270 (5244): 1986–1988. Bibcode:1995Научный ... 270.1986G. Дои:10.1126 / science.270.5244.1986. ISSN 0036-8075. PMID 8592746. S2CID 25817143.
- ^ Иванова М., Рост Т. Л. (1998). «Цитокинины и клеточный цикл растений: проблемы и подводные камни доказательства их функции». Пролиферация растительных клеток в росте и развитии. Эд. Дж. А. Брайант и Д. Чиатанте. Johon Wiley & Sons Ltd.
- ^ Бьюкенен-Волластон, Вики; Пейдж, Таня; Харрисон, Элизабет; Бриз, Эмили; Лим, Пьюнг Ок; Нам, Хонг Гиль; Линь, Цзи-Фэн; Ву, Шу-Син; Свидзински, Джоди (01.05.2005). «Сравнительный анализ транскриптома выявляет значительные различия в экспрессии генов и сигнальных путях между онтогенетическим старением и старением, вызванным темнотой / голоданием у Arabidopsis». Журнал растений. 42 (4): 567–585. Дои:10.1111 / j.1365-313X.2005.02399.x. ISSN 1365-313X. PMID 15860015.
- ^ Уотеруорт WM, Брей CM, Западный CE (2015). «Важность защиты целостности генома для прорастания и долголетия семян». J. Exp. Бот. 66 (12): 3549–58. Дои:10.1093 / jxb / erv080. PMID 25750428.
- ^ Cheah KS, Осборн DJ (1978). «Повреждения ДНК происходят с потерей жизнеспособности у зародышей стареющих семян ржи». Природа. 272 (5654): 593–9. Bibcode:1978Натура.272..593C. Дои:10.1038 / 272593a0. PMID 19213149. S2CID 4208828.
- ^ Коппен G, Вершаев L (2001). «Щелочной одноклеточный гель-электрофорез / анализ комет: способ изучения восстановления ДНК в корешковых клетках прорастающих Vicia faba». Folia Biol. (Прага). 47 (2): 50–4. PMID 11321247.
- ^ Уотеруорт В.М., Маснави Г., Бхардвадж Р.М., Цзян Кью, Брей С.М., Западная Европа (2010). «Растительная ДНК-лигаза является важным фактором, определяющим долголетие семян». Завод J. 63 (5): 848–60. Дои:10.1111 / j.1365-313X.2010.04285.x. PMID 20584150.
- ^ Уотеруорт WM, Footitt S, Брей CM, Finch-Savage WE, West CE (2016). «Киназа контрольной точки повреждения ДНК АТМ регулирует прорастание и поддерживает стабильность генома в семенах» (PDF). Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 113 (34): 9647–52. Дои:10.1073 / pnas.1608829113. ЧВК 5003248. PMID 27503884.
- Спецвыпуск о старении растений в Биология растений, том 10, выпуск s1