มันอาจฟังดูแปลก แต่พืชสามารถจำความเครียดได้ นักวิทยาศาสตร์ยังคงเรียนรู้ว่าพืชทำสิ่งนี้ได้อย่างไรโดยไม่มีสมอง แต่มีการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศการคุกคามพืชผลทั่วโลกการทำความเข้าใจความจำความเครียดของพืชสามารถช่วยให้พืชอาหารมีความยืดหยุ่นมากขึ้น
ตั้งแต่การล่าอาณานิคมของแผ่นดิน500 ล้านปีก่อนพืชมีการพัฒนาวิธีการป้องกันตัวเองจากศัตรูพืชและโรค หนึ่งในความสามารถที่น่าสนใจที่สุดของพวกเขาคือการ“ จดจำ” การเผชิญหน้าที่เครียดและใช้ความทรงจำนี้เพื่อปกป้องตัวเอง
ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการให้กำเนิดภูมิคุ้มกันคล้ายกับวิธีที่วัคซีนช่วยให้มนุษย์สร้างภูมิคุ้มกัน แต่ขึ้นอยู่กับกลไกที่แตกต่างกัน
แล้วพวกเขาจะทำอย่างไรโดยไม่มีสมอง?
หลายคนคิดว่าพืชเป็นสีเขียวที่ดูดี จำเป็นสำหรับอากาศที่สะอาดใช่ แต่สิ่งมีชีวิตที่เรียบง่าย การเปลี่ยนแปลงขั้นตอนในการวิจัยคือการเขย่าตามที่นักวิทยาศาสตร์คิดเกี่ยวกับพืช: พวกเขามีความซับซ้อนและเหมือนเรามากกว่าที่คุณคิด สาขาวิทยาศาสตร์ที่บานสะพรั่งนี้มีความสุขเกินกว่าที่จะทำให้ความยุติธรรมในหนึ่งหรือสองเรื่อง
เรื่องนี้เป็นส่วนหนึ่งของซีรีส์ Plant Curious, สำรวจการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ที่ท้าทายวิธีที่คุณดู Plantlife
พืชมีความต้านทานทางพันธุกรรมต่อจุลินทรีย์ส่วนใหญ่ที่อาจเป็นอันตราย อย่างไรก็ตามจุลินทรีย์จำนวนน้อยได้พัฒนาความสามารถในการยับยั้งภูมิคุ้มกันโดยธรรมชาติทำให้พวกเขาสามารถติดเชื้อสิ่งมีชีวิตและทำให้เกิดโรคได้
นี่คือเหตุผลที่สัตว์มีกระดูกสันหลังรวมถึงมนุษย์ได้พัฒนาระบบภูมิคุ้มกันมือถือที่อาศัยอยู่เซลล์หน่วยความจำ B และ T- เซลล์หน่วยความจำเหล่านี้ถูกเปิดใช้งานโดยการสัมผัสกับโรคหรือการฉีดวัคซีนซึ่งช่วยให้เราทนต่อการติดเชื้อซ้ำได้มากขึ้น
พืชไม่มีเซลล์พิเศษที่จะได้รับหน่วยความจำภูมิคุ้มกัน แต่พวกเขาพึ่งพาสิ่งที่เรียกว่า "epigenetic" การเปลี่ยนแปลงภายในเซลล์ของพวกเขาเพื่อจัดเก็บข้อมูลเกี่ยวกับการโจมตีที่ผ่านมาและระบบภูมิคุ้มกันโดยธรรมชาติของพวกเขา เมื่อเตรียมไว้แล้วพืชสามารถต้านทานศัตรูพืชและโรคได้ดีขึ้น - แม้ว่าพวกเขาจะมีความอ่อนไหวทางพันธุกรรมที่จะเริ่มต้นด้วย
วิจัยในช่วงสิบถึง 15 ปีที่ผ่านมาได้แสดงให้เห็นว่าการสัมผัสกับศัตรูพืชหรือโรคที่เกิดขึ้นซ้ำ ๆ และเป็นเวลานานอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง epigenetic ที่ยั่งยืนไปยัง DNA ของพืชโดยไม่ต้องเปลี่ยนลำดับพื้นฐานของ DNA สิ่งนี้ช่วยให้พืชอยู่ในสถานะป้องกันเบื้องต้น
มีการรายงานการรองรับภูมิคุ้มกันในพืชชนิดต่าง ๆตั้งแต่ปีที่มีอายุสั้นเช่น thale cressArabidopsis thalianaที่ใช้ชีวิตหลายสัปดาห์ไปยังสายพันธุ์ต้นไม้ที่มีชีวิตยาวนานเช่นนอร์เวย์โก้เก๋ที่สามารถมีชีวิตอยู่ได้มากถึง 400 ปี
การรองรับภูมิคุ้มกันมาในราคาสำหรับพืชแม้ว่าจะลดการเจริญเติบโต ดังนั้นหน่วยความจำเบื้องต้นจึงสามารถย้อนกลับได้และลดลงในระยะเวลานานขึ้นโดยไม่มีความเครียด
อย่างไรก็ตามขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของการกระตุ้นความเครียดรองพื้นสามารถใช้ชีวิตได้ตลอดชีวิตและแม้กระทั่งส่งไปยังรุ่นต่อไปนี้- ยิ่งความเครียดมากขึ้นพืชที่ยาวขึ้นก็จำได้
พืชเปลี่ยนกิจกรรมของยีนอย่างต่อเนื่องเพื่อพัฒนาและปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมของพวกเขา ยีนสามารถปิดได้เป็นระยะเวลานานโดยการเปลี่ยนแปลง epigenetic
ในพืชการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มักเกิดขึ้นที่ transposons (หรือที่เรียกว่า "ยีนกระโดด") - ชิ้นส่วนของ DNA ที่สามารถเคลื่อนที่ภายในจีโนม Transposons มักจะไม่ได้ใช้งานเพราะสามารถทำให้เกิดการกลายพันธุ์ แต่ความเครียดเปลี่ยนกิจกรรม epigenetic ในเซลล์พืชที่สามารถ“ ปลุกพวกเขา” บางส่วน
สิ่งนี้ผลักดันการจัดตั้งและการบำรุงรักษาของความทรงจำที่ยาวนานในพืช-
ในพืชที่ยังไม่ได้สัมผัสกับความเครียดยีนป้องกันส่วนใหญ่ไม่ได้ใช้งานเพื่อป้องกันกิจกรรมภูมิคุ้มกันที่ไม่จำเป็นและมีราคาแพง การเปลี่ยนแปลง epigenetic ที่ยั่งยืนต่อ transposons หลังจากการฟื้นตัวจากโรคสามารถป้องกันยีนป้องกันที่สำคัญสำหรับการเปิดใช้งานที่เร็วขึ้นและแข็งแกร่งขึ้นเมื่อเกิดความเครียดกำเริบ-
แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะยังคงเปิดเผยวิธีการทำงานนี้อย่างชัดเจน แต่ก็เป็นที่ชัดเจนว่าการเปลี่ยนแปลง epigenetic ในยีนกระโดดเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการช่วยให้พืชปรับตัวเข้ากับภัยคุกคาม
ดินเป็นธนาคารหน่วยความจำ
พืชไม่เพียง แต่พึ่งพาความทรงจำภายใน epigenetic เพื่อปรับปรุงความยืดหยุ่นต่อศัตรูพืชและโรค พวกเขายังสามารถใช้สภาพแวดล้อมของพวกเขาเพื่อจัดเก็บหน่วยความจำความเครียด
เมื่ออยู่ระหว่างการโจมตีพืชสารเคมีที่ปลดปล่อยจากรากของพวกเขาดึงดูดจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์ที่สามารถยับยั้งโรคได้ หากการปรับสภาพดินนี้แข็งแรงพอก็สามารถทิ้งไว้ได้“ มรดกดิน” ที่ยืนยาวที่สามารถเป็นประโยชน์ต่อพืชของรุ่นต่อไป-
เมื่อดินถูกปรับสภาพจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์เหล่านี้จะอยู่ใกล้กับรากพืชเพื่อช่วยให้พืชต่อสู้กับโรค
ในพืชบางชนิดเช่นข้าวโพดนักวิทยาศาสตร์ได้ระบุไฟล์สารทุติยภูมิการขับรถนี้หน่วยความจำความเครียดภายนอก- สิ่งเหล่านี้เป็นเมตาโบไลต์เฉพาะที่ไม่จำเป็นสำหรับการเผาผลาญหลักของเซลล์ พวกเขามักจะมีบทบาทในการป้องกันหรือการส่งสัญญาณด้านสิ่งแวดล้อมในรูปแบบอื่น ๆ เช่นการดึงดูดจุลินทรีย์หรือแมลงที่เป็นประโยชน์
บางส่วนของการควบคุมยีนสารเคมีรากเหล่านี้ได้รับการควบคุมโดยกลไก epigenetic ที่ตอบสนองต่อความเครียด- สิ่งนี้บ่งชี้ว่ากลไกการขับเคลื่อนหน่วยความจำภายในและภายนอกนั้นเชื่อมต่อกัน
ทำความเข้าใจว่าพืชเก็บและใช้ความทรงจำความเครียดสามารถปฏิวัติการป้องกันการเพาะปลูกได้อย่างไร การควบคุมความสามารถตามธรรมชาติของพืชในการรับมือกับศัตรูพืชและโรคอาจช่วยให้เราลดการพึ่งพาสารกำจัดศัตรูพืชเคมีและสร้างพืชที่ดีกว่าในการจัดการกับความเครียดจากสิ่งแวดล้อม
ในขณะที่เราเผชิญกับความท้าทายที่เพิ่มขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่มนุษย์สร้างขึ้นและความต้องการอาหารที่เพิ่มขึ้นการวิจัยนี้สามารถเสนอเครื่องมือที่มีแนวโน้มในการพัฒนาแผนการป้องกันพืชที่ยั่งยืนมากขึ้น
Jurriaan ตันศาสตราจารย์ด้านการส่งสัญญาณสิ่งแวดล้อมของพืชมหาวิทยาลัยเชฟฟิลด์
บทความนี้ถูกตีพิมพ์ซ้ำจากบทสนทนาภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่านบทความต้นฉบับ-
