Явище «праймінг»: як використати унікальний природній механізм рослин в агротехнологіях

Що таке праймінг і як він працює?

Праймінг — це стан, під час якого рослина ефективніше реагує на стресові умови, завдяки чому має підвищену стійкість до стресових факторів. Під час впливу стресового чинника в рослинному організмі змінюються концентрації фітогормонів, накопичуються стрес-асоційовані сполуки, відбувається переналаштування всього обміну речовин на «стресовий режим». Це відбувається завдяки тому, що змінюється активність роботи певних генів: одні починають працювати, інші — припиняють, для якихось інтенсивність їхньої експресії буде гальмуватися чи активуватися.

Така перебудова щоразу вимагає залучення неабияких рослинних ресурсів, тож щоб бути напоготові, у рослинних клітинах ще надовго після стресу зберігаються регулятори транскрипції — спеціальні білки, що вмикають чи вимикають роботу генів. Їх наявність дозволяє оперативно реагувати на повторний вплив стресорів.

Цікаво, що оскільки в загальному стресові реакції рослин доволі універсальні, праймінг одним стресовим чинником автоматично робить рослину стійкішою до інших видів: наприклад, праймування рослин високими температурами підвищувало їхню стійкість до засолення, а низькими температурами — до посухи ¹. У цьому немає нічого дивного, адже всі ці стресори загалом викликають у рослин водний стрес, тому реакції будуть аналогічними.

Крім цього, праймінг слабкою чи помірною дією стресового фактора робить рослину стійкою до його ж більш інтенсивного впливу в майбутньому. Більш стійкі зміни можуть зберігатися завдяки змінам ДНК, під час яких деякі гени отримують стійкі специфічні мітки, завдяки яким вони залишаються в постійно активованому чи, навпаки — пригніченому стані. Оскільки структура ДНК при цьому не змінюється (тобто мутацій не відбувається), всі модифікації відбуваються за рахунок зовнішніх змін, а не змін в генетичному коді, наприклад, ДНК метилюється, або ж змінюються білки, що упаковують ДНК, такі зміни називають епігенетичними, тобто такими, що відбуваються над генетикою. При цьому вони можуть передаватися нащадкам, щоб ті отримували перевагу у вигляді пристосувань до найбільш поширених у цій місцевості стресових умов. У цьому полягає один із секретів районованих сортів, найкраще адаптованих до умов певної місцевості завдяки тривалому культивуванню.

Унікальність феномену праймінгу в тому, що його можуть викликати не лише пережиті в минулому стреси, а й деякі біологічно активні речовини, що виділяються ризосферними та ендофітними мікроорганізмами, що живуть у постійному тісному контакті з рослинами. З цими представниками корисної мікрофлори рослини спільно еволюціонували багато мільйонів років, завдяки чому в них виникла здатність обмінюватися хімічними сигналами для взаємовигідної підтримки. Ці мікроорганізми синтезують сигнальні сполуки, що активізують перепрограмування рослинного метаболізму, впливаючи на процеси синтезу цукрів, органічних та амінокислот, стимулюють роботу антиоксидантних систем, змінюють архітектуру кореневої системи для більш інтенсивного поглинання води та елементів живлення.

На сьогодні точний склад більшості цих сполук є невідомим науці, адже тема взаємодії рослин та мікроорганізмів залишається недостатньо вивченою. Проте є дослідженим явище підвищення посухостійкості рослин після праймінгу рослин бактеріями, що продукують екзополісахариди та власне очищеними екзополісахаридами. Механізм полягає в тому, що бактерії синтезують ці речовини для захисту від висихання, адже вони мають високу вологоутримувальну здатність. Рослини, у свою чергу, навчилися сприймати бактеріальні полісахариди як сигнал про можливе наближення посухи, отримавши який, вони активізують власні адаптивні механізми, такі як накопичення проліну, робота антиоксидантних систем, зміни фітогормонального балансу для пристосування до посушливих умов і підтримки оптимального росту та обміну речовин ².

Цікаво, що завдяки праймінгу може зростати стійкість не лише до абіотичних, а й до біотичних стресорів, тобто до ураження фітопатогенними організмами та навіть шкідниками. Це відбувається через феномен індукованої системної резистентності, яка активізується при взаємодії рослин з PGPM (plant growth-promoting microorganisms — мікроорганізми, що стимулюють ріст рослин). Останні сприяють активізації імунних механізмів у рослинному організмі. Рослина переходить у стан праймінгу, під час якого захисні реакції не активуються, але залишаються «підвищено настороженими».

При стресовому впливі, тобто під час контакту з патогеном, відбувається швидша та сильніша індукція захисту, ніж у контрольних рослин. Коли стрес припиняється, рослина повертається в стан підвищеної стійкості. Ланцюжок реакції зберігається в «транскрипційній пам'яті» рослини, яка розрізняє одноразові та повторні стреси та може модулювати експресію генів відповіді на майбутній стрес ³.

Праймована рослина може швидше та сильніше реагувати на дію стресових чинників. Завдяки зменшеному часовому проміжку між початком дії стресора та виникненням реакції в рослині, вдається знизити негативний вплив стресу

Біопрепарати для індукції праймінгу

Під час фоліарної обробки та інокуляції ґрунту біопрепаратами з живими корисними мікроорганізмами, вони самі та синтезовані ними біологічно активні речовини проникають у рослинні тканини і забезпечують стимуляцію росту та підвищення стресостійкості. 

Основні роди біологічних агентів та речовини, що здатні праймувати рослини:

• Agrobacterium
• Azotobacter
• Bacillus
• Enterobacter
• Paenibacillus
• Pseudomonas
• Rhizophagus
• Streptomyces
• Trichoderma
• Гумінові кислоти
• Мікробні полісахариди

Стан праймінгу, індукований мікроорганізмами, може тривати від кількох тижнів до кількох місяців, тому обробку біопрепаратами з метою підвищення стійкості рослин необхідно проводити завчасно, коли вони ще не перебувають під впливом стресових факторів, і мають ресурси для перебудови метаболізму та активізації систем протидії стресу. До складу продуктів Біотехнологічної компанії BTU входять вищенаведені мікроорганізми та біологічно активні речовини, що забезпечує додатковий компонент їхньої комплексної дії як біологічних засобів захисту рослин. Для дослідження механізму їх дії було проведене дослідження експресії маркерних генів посухового стресу в рослин кукурудзи після обробки препаратами Азотохелп, Липосам та Органік-Баланс. В оброблених рослин знижувався рівень експресії генів ZmNHL1, ZmVPP1, ZmNAC111, що свідчить про підвищення їхнього порогу толерантності до впливу стресора [4].

Отже, праймінг — це унікальний природний механізм, що дозволяє рослинам не лише зберігати пам’ять про реакції боротьби та адаптації до стресових факторів, а й набувати стану підвищеної готовності до майбутніх стресів.

Головними чинниками цього явища є корисні мікроорганізми — бактерії та гриби, що здатні регулювати фітогормональний баланс, активізувати антиоксидантний захист, забезпечувати перебудову метаболізму для накопичення цукрів, білків, осмотично активних речовин, фотосинтетичних пігментів, що допомагають рослинам підтримувати життєдіяльність у скрутні періоди. Ця дивовижна рослинна пам’ять дозволяє їм ефективніше реагувати на різноманітні несприятливі умови і навіть передавати інформацію про них до наступних поколінь. Поки що про цей феномен нам відомо набагато менше, ніж хотілося б, але цей природний інструмент вже заслуговує на використання в агротехнологіях. 

Ярослава Бухонська, фізіолог рослин BTU

1. Aswathi KPR, Ul-Allah S, Puthur JT, Siddique KHM, Frei M, Farooq M. The Plant Mind: Unraveling Abiotic Stress Priming, Memory, and Adaptation. Physiol Plant. 2025 Jul-Aug;177(4):e70372. doi: 10.1111/ppl.70372. PMID: 40616400; PMCID: PMC12228110.

2. Bhagat N, Raghav M, Dubey S, Bedi N. Bacterial Exopolysaccharides: Insight into Their Role in Plant Abiotic Stress Tolerance. J Microbiol Biotechnol. 2021 Aug 28;31(8):1045-1059. doi: 10.4014/jmb.2105.05009. PMID: 34226402; PMCID: PMC9706007.

3. Woo, S.L., Hermosa, R., Lorito, M. et al. Trichoderma: a multipurpose, plant-beneficial microorganism for eco-sustainable agriculture. Nat Rev Microbiol 21, 312–326 (2023). 

4. Bolokhovskyi, V., Nagorna, O., Bolokhovska, V., Yakovenko, D., Boroday, V., Zelena, L., Likhanov, A., & Bukhonska, Y. (2025). The Role of Biologicals Azotohelp®, Liposam®, and Organic-Balance® as Mitigators of Abiotic Stress in Maize Plants. In L. Kuzmych (Ed.), Sustainable Soil and Water Management Practices for Agricultural Security (pp. 495-526). IGI Global Scientific Publishing.