Mechanical stress acclimation in plants: Linking hormones and somatic memory to thigmomorphogenesis

表观遗传学 生物 细胞生物学 体细胞 基因表达 非生物胁迫 拟南芥 基因表达调控 神经科学 基因 遗传学 突变体
作者
Eric Brenya,Mahfuza Pervin,Zhong‐Hua Chen,David T. Tissue,Scott N. Johnson,Janet Braam,Christopher I. Cazzonelli
出处
期刊:Plant Cell and Environment [Wiley]
卷期号:45 (4): 989-1010 被引量:15
标识
DOI:10.1111/pce.14252
摘要

A single event of mechanical stimulation is perceived by mechanoreceptors that transduce rapid transient signalling to regulate gene expression. Prolonged mechanical stress for days to weeks culminates in cellular changes that strengthen the plant architecture leading to thigmomorphogenesis. The convergence of multiple signalling pathways regulates mechanically induced tolerance to numerous biotic and abiotic stresses. Emerging evidence showed prolonged mechanical stimulation can modify the baseline level of gene expression in naive tissues, heighten gene expression, and prime disease resistance upon a subsequent pathogen encounter. The phenotypes of thigmomorphogenesis can persist throughout growth without continued stimulation, revealing somatic-stress memory. Epigenetic processes regulate TOUCH gene expression and could program transcriptional memory in differentiating cells to program thigmomorphogenesis. We discuss the early perception, gene regulatory and phytohormone pathways that facilitate thigmomorphogenesis and mechanical stress acclimation in Arabidopsis and other plant species. We provide insights regarding: (1) the regulatory mechanisms induced by single or prolonged events of mechanical stress, (2) how mechanical stress confers transcriptional memory to induce cross-acclimation to future stress, and (3) why thigmomorphogenesis might resemble an epigenetic phenomenon. Deeper knowledge of how prolonged mechanical stimulation programs somatic memory and primes defence acclimation could transform solutions to improve agricultural sustainability in stressful environments.
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