식물 스트레스 생리학

가뭄, 염분, 홍수, 고온, 저온은 모두 식물 생존을 위협하며, 식물 스트레스 생리학은 식물이 이러한 비생물학적 난관을 어떻게 감지하고 이를 견디기 위한 보호 반응을 어떻게 일으키는지 연구합니다.

Definition

식물 스트레스 생리학은 식물이 정상적인 기능을 방해하는 불리한 비생물학적 조건에 어떻게 반응하고 적응하는지, 그리고 내성을 부여하는 메커니즘을 연구하는 학문입니다.

Scope

이 주제는 주요 비생물학적 스트레스(수분 부족, 염분, 극한 온도, 홍수, 산화 스트레스), 식물이 이를 인지하는 메커니즘, 그리고 삼투 조절, 앱시스산 신호 전달, 항산화 방어를 포함한 생리적 및 분자적 반응을 다룹니다.

Core questions

• 식물은 수분 부족, 염분 및 온도 스트레스를 어떻게 인지합니까?
• 어떤 생리적 및 분자적 메커니즘이 이러한 스트레스에 대한 내성을 부여합니까?
• 식물은 많은 스트레스에 수반되는 산화 손상으로부터 어떻게 보호합니까?

Key theories

앱시스산 매개 스트레스 반응

수분 관련 스트레스는 앱시스산을 증가시켜 기공을 닫고 스트레스 반응성 유전자를 활성화하여 탈수에 대한 식물의 방어를 조율합니다.

삼투 조절 및 보호

식물은 적합한 용질과 보호 단백질을 축적하여 세포 팽압을 유지하고 거대 분자를 안정화하며, 항산화 시스템은 스트레스 하에서 생성되는 활성 산소종을 제한합니다.

Mechanisms

수분 부족 또는 높은 염분 조건에서 식물은 앱시스산을 합성하며, 이는 PYR/PYL 수용체에 의해 인지되어 단백질 인산화효소를 억제하고 기공 폐쇄 및 스트레스 유전자 발현을 유도합니다. 세포는 대사 작용을 방해하지 않으면서 수분 포텐셜을 낮추기 위해 프롤린 및 글리신 베타인과 같은 적합한 삼투질을 축적하고, LEA 단백질 및 샤페론과 같은 보호 단백질을 생성합니다. 많은 스트레스가 활성 산소종을 증가시키기 때문에 효소적 및 비효소적 항산화 시스템이 이를 제거하며, 저온 및 고온은 또한 열충격 단백질과 같은 막 및 단백질 보호 반응을 유도합니다.

Clinical relevance

비생물학적 스트레스는 전 세계적으로 작물 수확량 손실의 주요 원인이므로, 스트레스 생리학에 대한 이해는 변화하는 기후에서 식량 안보에 필수적인 가뭄, 염분, 온도 내성 작물의 육종 및 공학을 추진합니다.

History

한때 주로 기술적이었던 식물 스트레스 생리학은 앱시스산 신호 전달 구성 요소, 스트레스 반응성 전사 인자 및 이온 수송체의 식별을 통해 기계론적으로 발전했으며, 이 중 많은 부분이 모델 식물의 분자 유전학을 통해 이루어졌습니다.

Key figures

• Hans Kende
• Jian-Kang Zhu

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

비생물학적 스트레스란 무엇입니까?

비생물학적 스트레스는 병원체와 초식동물에 의해 발생하는 생물학적 스트레스와 달리 가뭄, 염분, 극한 온도, 홍수와 같은 비생물학적 환경 요인에 의해 식물에 가해지는 해를 말합니다.

앱시스산은 식물이 가뭄에서 살아남는 데 어떻게 도움이 됩니까?

물이 부족할 때 앱시스산이 축적되어 공변세포에 신호를 보내 기공을 닫아 수분 손실을 줄이고, 동시에 세포를 탈수로부터 보호하는 유전자를 활성화합니다.