Імунно-метаболічне управління врожаєм через фазово-часові антистресові втручання

  • С. Г. Хаблак Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України, Україна, 04123, м. Київ, вул. Байди-Вишневецького, 2А https://orcid.org/0000-0003-4027-317X
  • В. М. Спичак Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України, Україна, 04123, м. Київ, вул. Байди-Вишневецького, 2А https://orcid.org/0009-0001-3734-5606
  • Я. А. Абдуллаєва ТОВ «РОЗКОМ», Україна, 08298, смт Коцюбинське, вул. Пономарьова, 17 https://orcid.org/0009-0009-3996-5794
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v39.1841
Ключові слова: фазово-часове управління, вікна чутливості, антистресові регулятори

Анотація

Мета. Розробити концепцію фазово-часового управління (ФЧУ/PTM) як системної агрономічної рамки, що пов’язує ефективність антистресових втручань із фазовим станом рослин, та сформулювати фазоспецифічні протоколи і верифіковані польові передбачення. Методи. Використано системний аналіз літератури з молекулярної фізіології рослин, концептуальне моделювання мультистабільної сигнальної мережі SA–JA/ET–ABA–TOR, а також порівняльний аналіз ефективності регуляторів залежно від фазового стану рослин із формуванням експериментально перевірюваних гіпотез. Результати. Запропоновано концепцію PTM, що базується на мультистабільності імунно-метаболічної мережі з п’ятьма атракторними станами (S₁–S₅), гістерезисі сигнальних переходів та існуванні вікон чутливості (PSW, RSW, BSW). Описано три фазоспецифічні протоколи: (А) застосування цитокінінів у фазі відновлення після ABA-стресу (+ 15% урожайності зерна); (Б) гліцин-бетаїну за 72 год до стресу (збереження ≥ 40% активності інвертази клітинної стінки); (В) мелатонін + нітрат після гербіцидного стресу (скорочення SnRK1-активного стану на 2–3 доби). Запропоновано польові маркери вікон втручання: Fv/Fm, водний потенціал листка, продихова провідність і температура листка. Висновки. PTM є новою системною агрономічною концепцією, що інтегрує фазовий стан рослин у вибір часу та типу антистресових обробок. Поєднання правильної речовини, дози та фазового вікна забезпечує підвищення економічної ефективності (ROI 9:1–15:1) порівняно з реактивними підходами.

Посилання

Conrath U., Beckers G. J. M., Langenbach C. J. G., Jaskiewicz M. R. Priming for enhanced defense. Annual Review of Phytopathology. 2015. Vol. 53. P. 97–119. https://doi.org/10.1146/annurev-phyto-080614-120132.

Cortleven A., Schmülling T. Regulation of chloroplast development and function by cytokinin. Journal of Experimental Botany. 2015. Vol. 66, No. 16. P. 4999–5013. https://doi.org/10.1093/jxb/erv132.

FAO. World Food and Agriculture – Statistical Yearbook 2023. Rome : FAO, 2023. 368 p. https://doi.org/10.4060/cc8166en.

Ferrell J. E., Jr., Ha S. H. Ultrasensitivity part III: cascades, bistable switches, and oscillators. Trends in Biochemical Sciences. 2014. Vol. 39, No. 12. P. 612–618. https://doi.org/10.1016/j.tibs.2014.10.002.

González A., Hall M. N. Nutrient sensing and TOR signaling in yeast and mammals. EMBO Journal. 2017. Vol. 36, No. 4. P. 397–408. https://doi.org/10.15252/embj.201696010.

Gupta A., Rico-Medina A., Caño-Delgado A. I. The physiology of plant responses to drought. Science. 2020. Vol. 368, No. 6488. P. 266–269. https://doi.org/10.1126/science.aaz7614.

Hartwell L. H., Hopfield J. J., Leibler S., Murray A. W. From molecular to modular cell biology. Nature. 1999. Vol. 402, No. 6761 (Suppl.). P. C47–C52. https://doi.org/10.1038/35011540.

Khablak S. G., Spivak S. I., Pastukhova N. L., Yemets A. I., Blume Y. B. Cytokinin oxidase/dehydrogenase as an important target for increasing plant productivity. Cytology and Genetics. 2024. Vol. 58, No. 2. P. 115–125. https://doi.org/10.3103/S0095452724020051.

Khablak S. H., Bondareva L. M., Dolia M. M., Spychak V. M., Lykholat T. Y., Sklyar T. V., Lykholat Y. V. Integrative model of plant immunity to pathogens and stresses: A multilevel signal-metabolic network. Regulatory Mechanisms in Biosystems. 2025. Vol. 16 (4). P. e25175. https://doi.org/10.15421/0225175.

Rivero R. M., Mittler R., Blumwald E., Zandalinas S. I. Developing climate-resilient crops: improving plant tolerance to stress combination. Plant Journal. 2022. Vol. 109, No. 2. P. 373–389. https://doi.org/10.1111/tpj.15483.

Roitsch T., González M.-C. Function and regulation of plant invertases: sweet sensations. Trends in Biochemical Sciences. 2004. Vol. 9, No. 12. P. 606–613. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2004.10.009.

Ruan Y.-L., Jin Y., Yang Y.-J., Li G.-J., Boyer J. S. Sugar input, metabolism, and signaling mediated by invertase: roles in development, yield potential, and response to drought and heat. Molecular Plant. 2010. Vol. 3, No. 6. P. 942–955. https://doi.org/10.1093/mp/ssq044.

Wang P., Zhao Y., Li Z., Hsu C.-C., Liu X., Fu L., Zhu J.-K., Xiong Y. Reciprocal regulation of the TOR kinase and ABA receptor balances plant growth and stress response. Molecular Cell. 2018. Vol. 69, No. 1. P. 100–112.e6. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2017.12.002.

Yasuda M., Ishikawa A., Jikumaru Y., Seki M., Umezawa T., Asami T., Nakashita H. Antagonistic interaction between systemic acquired resistance and the abscisic acid-mediated abiotic stress response in Arabidopsis. Plant Cell. 2008. Vol. 20, No. 6. P. 1678–1692. https://doi.org/10.1105/tpc.107.054296.

Zandalinas S. I., Fichman Y., Devireddy A. R., Sengupta S., Azad R. K., Mittler R. Systemic signaling during abiotic stress combination in plants. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2020. Vol. 117, No. 24. P. 13810–13820. https://doi.org/10.1073/pnas.2005077117.