Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Завод Старение является процесс старения растений. У растений наблюдается старение как в результате стресса, так и в связи с возрастом. [1] Распад хлорофилла во время старения листьев выявляет каротиноиды , такие как антоцианы и ксантофиллы, и является причиной осеннего цвета листьев лиственных деревьев. 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.

Осеннее старение листьев винограда Орегон является примером запрограммированного старения растений.

Гормональная регуляция старения [ править ]

На запрограммированное старение, по-видимому, сильно влияют 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, в одном источнике упоминаются гиббереллины , брассиностероиды и стриголактон . [2] Цитокинины помогают поддерживать растительную клетку, а экспрессия генов биосинтеза цитокининов на поздних стадиях 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 [ править ]

Некоторые растения превратились в однолетники, которые отмирают в конце каждого сезона и оставляют семена для следующего, тогда как близкородственные растения одного семейства эволюционировали, чтобы жить как многолетники . Это может быть запрограммированная «стратегия» [ требуется пояснение ] 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, так как растение может направить большую часть своей накопленной энергии и ресурсов на производство семян, а не откладывать часть для перезимовки, что ограничит производство семян. [ необходима цитата ]

И наоборот, многолетняя стратегия иногда может быть более эффективной стратегией выживания, потому что каждую весну растение имеет преимущество в виде точек роста, корней и накопленной энергии, 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, 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 его развитие, будет намного меньше, чем у более разнообразных однолетних растений. [ необходима цитата ]

Самостоятельная обрезка растений [ править ]

Существует предположительная 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 для самостоятельной обрезки растения - растение редко обрезает молодые делящиеся меристематические клетки, но если полностью выросшая зрелая клетка больше не получает питательные вещества, которые она должна усвоить, ее обрезают.
    • Эффективность побегов 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 / потребности в самостоятельной обрезке растений - это обратная сторона проблем 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 в 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 будут получать более чем достаточно питательных веществ для роста, чтобы поддерживать как их, так и свою долю клеток побегов и корней, которые не усваивают сахар и газы, независимо от того, являются ли они структурными. , 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 [ править ]

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.

  1. 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 окончательный акт опадения листьев, именно АБК и стриголактоны вызывают старение листьев из-за механизма положительной обратной связи . [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.
  2. 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.
  3. 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 [ править ]

Семя прорастание производительность является основным фактором , определяющим урожайность. Ухудшение качества семян с возрастом связано с накоплением повреждений ДНК . [6] В сухих стареющих семенах ржи повреждения ДНК происходят с потерей жизнеспособности эмбрионов. [7] Сухие семена Vicia faba со временем накапливают повреждения ДНК и подвергаются восстановлению ДНК при прорастании. [8] В арабидопсиса , A - лигазы ДНК используют в ремонте ДНК , одно- и двунитевых разрывов во время прорастания семян и это лигазы является важным фактором , определяющим долговечность семян. [9] У эукариот, реакция репарации клеток на повреждение ДНК частично регулируется киназой контрольной точки повреждения ДНК ATM . 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]

См. Также [ править ]

  • Старение
  • Старение
  • Теория повреждений ДНК старения

Ссылки [ править ]

  1. ^ Schippers, Jos HM; Шмидт, Роми; Вагстафф, Кэрол; Цзин, Хай-Чун (01.10.2015). «Жизнь, чтобы умереть, и умереть, чтобы жить: стратегия выживания, стоящая за Leaf Senescence» . Физиология растений . 169 (2): 914–930. DOI : 10.1104 / pp.15.00498 . ISSN  1532-2548 . PMC  4587445 . PMID  26276844 .
  2. ^ a b c «Набросок теории гормонов растений из 8 частей» . Planthormones.info. 2004-07-01 . Проверено 6 октября 2011 .
  3. ^ Ган, Сушенг; Амасино, Ричард М. (1995-12-22). «Ингибирование старения листьев за счет ауторегулируемой продукции цитокинина». Наука . 270 (5244): 1986–1988. Bibcode : 1995Sci ... 270.1986G . DOI : 10.1126 / science.270.5244.1986 . ISSN 0036-8075 . PMID 8592746 . S2CID 25817143 .   
  4. ↑ 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.
  5. ^ Бьюкенен-Волластон, Вики; Пейдж, Таня; Харрисон, Элизабет; Бриз, Эмили; Лим, Пьюнг Ок; Нам, Хонг Гиль; Линь, Цзи-Фэн; Ву, Шу-Син; Свидзинский, 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» . Заводской журнал . 42 (4): 567–585. DOI : 10.1111 / j.1365-313X.2005.02399.x . ISSN 1365-313X . PMID 15860015 .  
  6. ^ Уотеруорт WM, Bray CM, West CE (2015). «Важность сохранения целостности генома для прорастания и долголетия семян» . J. Exp. Бот . 66 (12): 3549–58. DOI : 10.1093 / JXB / erv080 . PMID 25750428 . 
  7. ^ Cheah KS, Osborne DJ (1978). «Повреждения ДНК происходят с потерей жизнеспособности у зародышей стареющих семян ржи». Природа . 272 (5654): 593–9. Bibcode : 1978Natur.272..593C . DOI : 10.1038 / 272593a0 . PMID 19213149 . S2CID 4208828 .  
  8. ^ Кеппен G, Verschaeve L (2001). «Щелочной одноклеточный гель-электрофорез / анализ комет: способ изучения восстановления ДНК в клетках корешка прорастающих Vicia faba». Folia Biol. (Прага) . 47 (2): 50–4. PMID 11321247 . 
  9. ^ Уотеруорт WM, Маснави G, Bhardwaj RM, Jiang Q, Bray CM, West CE (2010). «ДНК-лигаза растений - важный фактор, определяющий долголетие семян» . Завод Дж . 63 (5): 848–60. DOI : 10.1111 / j.1365-313X.2010.04285.x . PMID 20584150 . 
  10. ^ Уотеруорт WM, Footitt S, Bray CM, Финч-Savage WE, West CE (2016). «Киназа контрольной точки повреждения ДНК АТМ регулирует прорастание и поддерживает стабильность генома в семенах» (PDF) . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 113 (34): 9647–52. DOI : 10.1073 / pnas.1608829113 . PMC 5003248 . PMID 27503884 .   
  • Специальный выпуск о старении растений в биологии растений, том 10, выпуск s1

Внешние ссылки [ править ]

  • Адаптивные причины и физиологические причины старения однолетних растений
  • Начало общей теории старения растений