Különösen érdekes, hogy ha egy növényt korábban már ért egy enyhe, károsodást még nem okozó stresszhatás, egy későbbi hasonló stresszre sokszor gyorsabban és hatékonyabban reagál. Ezt a jelenséget nevezik stressz-primingnek, illetve az ezt követően fennmaradó állapotot stresszmemóriának. A memória esetükben természetesen nem tudatos emlékezést jelent. Arról van szó, hogy az első stresszhatás olyan molekuláris és élettani változásokat indít el, amelyek egy ideig a stressz megszűnése után is fennmaradhatnak. Amikor később újra bekövetkezik a stressz, a növény felkészültebb állapotból indul.

Nem az a cél, hogy a növény szenvedjen

Első hallásra furcsának tűnhet, hogy a növény ellenállóbbá tételéhez először szándékosan stresszhatásnak kell kitenni. Fontos azonban különbséget tenni az enyhe, kontrollált stressz és a károsító mértékű stressz között. Ha például egy növény rövid ideig mérsékelt vízhiányt tapasztal, aktiválhatja a szárazság elleni védekezés több elemét. Megváltozhat a sztómák (gázcserenyílások) működése, módosulhat a hormonális egyensúly, felhalmozódhatnak ozmoprotektáns anyagok, például prolin és cukrok, és aktiválódhatnak antioxidáns rendszerek. Egy későbbi vízhiánynál ezeknek a folyamatoknak egy része gyorsabban vagy erőteljesebben indulhat be. Hasonló jelenséget figyeltek meg hőstressz, hideg, só-stressz, erős fény, oxidatív stressz, valamint egyes kórokozók és növényevő szervezetek támadása után is. A priming egyik fontos tulajdonsága éppen az, hogy a második stresszre adott válasz nem egyszerűen ugyanolyan, mint az első alkalommal, hanem módosul, gyakran gyorsabb vagy erősebb lesz.

Mi történik a növényben?

A folyamat egyik első szereplője a hormonális jelátvitel. A szárazságra adott válaszban például kiemelt szerepe van az abszcizinsavnak (ABA), amely többek között a sztómák szabályozásában vesz részt. Más stresszeknél a szalicilsav, az etilén és más jelátviteli molekulák is szerepet kaphatnak. Fontosak a reaktív oxigénformák, vagyis a ROS-molekulák is. Ezeket korábban elsősorban károsító oxidáló anyagokként kezelték, ma azonban tudjuk, hogy megfelelő mennyiségben fontos jelzőmolekulák. Egy enyhe stressz olyan ROS-jelzést válthat ki, amely felkészíti a sejt védekező rendszerét egy későbbi megterhelésre. A folyamat közben megváltozik a génműködés is. Bizonyos stresszválaszban részt vevő gének aktiválódnak, majd a stressz megszűnése után sem feltétlenül tér vissza minden folyamat azonnal a kiindulási állapotba. Ez teremti meg a későbbi gyorsabb válasz egyik alapját.

A „memória” egyik kulcsa az epigenetika

A jelenség talán legizgalmasabb része az epigenetikai szabályozás. Ilyenkor nem maga a DNS genetikai kódja változik meg, hanem az változik, hogy egyes gének mennyire könnyen hozzáférhetők és kapcsolhatók be. Ebben szerepet játszhat a DNS metilációja, a hisztonfehérjék módosítása, a kromatin szerkezetének átrendeződése és bizonyos kis RNS-ek működése. Ezek a változások egyfajta molekuláris „előbeállítást” hozhatnak létre. A stresszre reagáló gének így bizonyos esetekben könnyebben aktiválhatók egy újabb stresszhatás során. A memória azonban nem feltétlenül tartós – sajnos. Egyes változások csak néhány napig vagy hétig maradnak fenn, mások hosszabb ideig. A növénynek ugyanis az is érdeke, hogy kedvező körülmények között elfelejtse a korábbi stresszt, és ne fordítson folyamatosan energiát a védekezésre. A növekedés és a védekezés között ugyanis állandó erőforrás-kompromisszum áll fenn.

Ez a mezőgazdaságban rendkívül érdekes lehet

A stresszpriming egyik legfontosabb gyakorlati alkalmazási lehetősége a vetőmag előkezelése, vagyis a seed priming. A vetőmagokat a vetés előtt meghatározott körülmények között kezelik, például vízzel, ozmotikus oldattal vagy egyes biológiai és kémiai jelzőanyagokkal. A cél nem feltétlenül az, hogy a növény már ekkor komoly stresszt szenvedjen, hanem hogy bizonyos élettani folyamatokat előkészítsenek. A hidropriming például vízzel történő előkezelés, míg az ozmopriming során szabályozott ozmotikus környezetet alkalmaznak. Kutatásokban más priminganyagokat is vizsgálnak, köztük kalciumvegyületeket, kitozánt, szalicilsavat, melatonint és más jelzőanyagokat. A módszer különösen a csírázás, a kezdeti fejlődés és a szárazsággal szembeni ellenálló képesség javítása szempontjából érdekes.

A technológia jelentősége azért nőhet, mert a mezőgazdaságban egyre gyakrabban kell ugyanannak a növénynek hőhullámokkal, időszakos szárazsággal vagy más szélsőséges körülményekkel szembenéznie. Ha egy vetőmag vagy palánta előzetes kezeléssel felkészíthető arra, hogy később hatékonyabban reagáljon, az csökkentheti a terméskiesés kockázatát.

Nemcsak vetőmagot lehet edzeni

A priming más fejlődési szakaszokban is vizsgálható. Lehetséges például a palánták kontrollált hő-, víz- vagy só-stresszel történő edzése. Bizonyos esetekben egy rövid, enyhe stresszhatás később nagyobb stressztűrést eredményezhet. Ezt az elvet a kertészetben is érdekes lehet alkalmazni. A palánták kiültetés előtti fokozatos edzése tulajdonképpen részben hasonló logikán alapul: a növényt nem egyik pillanatról a másikra tesszük ki a szabadföldi körülményeknek, hanem fokozatosan hozzászoktatjuk az erősebb fényhez, a szélhez és a változó hőmérséklethez. A jövőben ennél célzottabb technológiák is megjelenhetnek, amelyek nem egyszerűen megterhelik a növényt, hanem pontosan meghatározott biológiai jelzéssel készítik fel egy várható stresszre.

A növényvédelemben is működhet

A jelenség nemcsak az aszály vagy a hőmérséklet szempontjából érdekes. A növényeknek a kórokozók és növényevő állatok támadására adott védekezése is kialakítható. Ha egy növény bizonyos jelzőanyagokkal vagy enyhe biotikus ingerrel találkozik, később gyorsabban aktiválhat egyes védekezési folyamatokat. Ilyenkor a növény nem feltétlenül tartja állandóan magas szinten a védekezést, hanem készenléti állapotba kerül. Ez energetikailag kedvezőbb lehet, mint a folyamatos, teljes intenzitású védekezés. Ez a növényvédelmi technológiákban azért érdekes, mert a jövőben a növény saját immunrendszerének aktiválása a kémiai növényvédelem egyik kiegészítője lehet.

Stressz szemléletből új termesztéstechnológia?

A priming hatása erősen függ a növényfajtól, genotípustól, a stressz típusától, intenzitásától, időtartamától és attól is, hogy a növény milyen fejlődési szakaszban találkozik vele. A túl erős stressz ugyanis éppen ellenkező hatású lehet, mert növekedés-visszamaradást, terméscsökkenést vagy maradandó károsodást okozhat. Nem lehet tehát egyszerűen azt mondani, hogy „minél jobban megkínozzuk a növényt, annál ellenállóbb lesz”. A technológiai cél inkább a precíz stresszedzés lehet, olyan enyhe ingert adni, amely aktiválja a védekezési rendszereket, de még nem okoz jelentős növekedési vagy termésveszteséget.

A következő lépés: előre felkészíteni a növényt

A stresszmemória kutatása azért különösen izgalmas a mezőgazdaság számára, mert a klímaváltozás miatt egyre fontosabbá válik a növények alkalmazkodóképessége. A hagyományos nemesítés természetesen továbbra is alapvető, de mellette olyan technológiák is kialakulhatnak, amelyek egy adott növény élettani állapotát módosítják. A jövő termesztéstechnológiája ezért elképzelhető, hogy a fajtaválasztás mellett kitér majd arra is, hogy hogyan készítsük fel a növényt arra a környezetre, amelybe majd kerülni fog? A „növényi emlékezés” ebben az értelemben nem misztikus tulajdonság, hanem rendkívül összetett biológiai alkalmazkodási rendszer. A növény a korábbi tapasztalatokból molekuláris szinten tanul. A kutatások egyre pontosabban tárják fel ezt a rendszert, és a cél már nem csupán annak megértése, hogyan működik, hanem annak feltérképezése is, hogyan használható fel biztonságosan a klímatűrőbb, takarékosabb és kiszámíthatóbban termelő növénytermesztésben.