حافظه تنش خشکی و ارتباط آن با تغییرات مورفو-فیزیولوژیک، بیوشیمیایی و مولکولی در گیاهان زراعی

توزیع غیریکنواخت بارندگی ناشی از گرم شدن کره زمین، باعث وقوع تنش‌های غیرزیستی نامنظم و متعددی مانند تنش گرما، کم‌آبی، سرما یا ترکیبی از آنها در گیاهان خواهد شد. اصلاح گیاهان متحمل به تنش به‌دلیل عملکردهای واقعی و پایدار آنها، هدف اصلی به‌نژادگران گیاهی است. پاسخ‌های گیاهان به تنش خشکی در بسیاری از گونه‌های گیاهی مورد مطالعه قرار گرفته است، اما وقوع حافظه تنش و همچنین سازوکارهای بالقوه برای تنظیم حافظه تنش هنوز به‌خوبی شرح داده نشده است. مشاهده شده است که گیاهان به نحوی به رویدادهای گذشته پای‌بند هستند که این موضوع بدون تغییر ساختار ژنتیکی‌شان، آنها را با چالش‌های جدید سازگار می‌کند. این توانایی به گیاهان این امکان را می‌دهد تا با چالش‌های جدیدی که تعداد و شدت آنها افزایش می‌یابد، مقابله کنند. درک بهتر سازوکار‌های مرتبط با حافظه تنش که باعث تغییر در بیان ژن‌ها می‌شوند و چگونگی ارتباط آنها با تغییرات فیزیولوژیک، بیوشیمیایی، متابولیک و مورفولوژیک، فرصت‌های جدیدی را برای اصلاح ژنوتیپ‌های متحمل به تنش از طریق رویکردهای به‌نژادی مولکولی و زیست‌فناوری فراهم خواهد آورد. در این مقاله انواع مختلف حافظه تنش گیاهان مورد بررسی قرار گرفته و با ارائه مثال‌هایی، نمایی کلی از حافظه تنش مرور شده است. در این نوشتار با تمرکز بر تنش خشکی و سازوکار‌های مولکولی کنترل بیان ژن، پاسخ‌های حافظه رونویسی در سطح ژنوم و تغییرات هماهنگ اپی‌ژنتیکی و مولکولی در بیان شبکه‌های ژنی مرتبط با پاسخ‌های بیوشیمیایی و فیزیولوژیک گیاه پس از قرار گرفتن در معرض تنش خشکی مداوم، شرح داده شده است. 

drought stress memory and its relationship with morpho-physiological, biochemical and molecular changes in crop plants

the uneven distribution of rainfall caused by global warming will lead to more irregular and multiple abiotic stresses such as heat, drought, cold stresses or the combination of them. developing stress-tolerant plants is the purpose of most plant breeders to develop cultivars that are high yielding with yield stability. plant responses to drought stress have been evaluated in many different species, but the occurrence of stress memory as well as the potential mechanisms for memory regulation have not yet been well described. it has been observed that plants are able to memorize past events in a way that adjusts their response to new challenges without changing their genetic constitution. this ability could enable the plants to face upcoming challenges. a better understanding of the mechanisms associated with the stress memory leading to change in gene expression and how they link to physiological, biochemical, metabolic and morphological changes would initiate diverse opportunities to plant breeders to develop stress-tolerant genotypes through molecular breeding or biotechnological methods. in this perspective, this review discusses different types of stress memory in crop plants and gives an overall view using general examples. moreover, with focusing on drought stress, we demonstrate coordinated changes in epigenetic and molecular gene expression control mechanisms, the associated transcription memory responses at the genome level and integrated biochemical and physiological responses at cellular level following recurrent drought stress exposures. indeed, coordinated epigenetic and molecular changes of expression of gene networks link to biochemical and physiological responses that facilitate acclimation and survival of crop plants during repeated drought stress.