Somatic drought stress memory affects leaf morpho-physiological traits of plants via epigenetic mechanisms and phytohormonal signalling

Resumo

A memória do estresse hídrico em plantas é um mecanismo adaptativo que aumenta a resiliência ao estresse hídrico futuro por meio de modificações fisiológicas e moleculares desencadeadas por eventos de seca anteriores. Esta revisão explora a memória somática do estresse hídrico ao longo da vida de uma planta, com foco específico na morfologia foliar e estomática, condutância foliar mínima, eficiência fotossintética, eficiência no uso da água, capacidade antioxidante e senescência foliar. Examinamos como mecanismos epigenéticos — como metilação do DNA, modificações de histonas e RNAs não codificantes — regulam a expressão gênica em coordenação com vias de sinalização hormonal. Fitormônios, incluindo ácido abscísico, ácido jasmônico, etileno, ácido salicílico, auxinas e citocininas, são centrais para esses processos, influenciando adaptações morfológicas e fisiológicas importantes, como regulação estomática, espessura da cutícula, retenção de água e melhoria da eficiência no uso da água. A revisão sintetiza o conhecimento atual sobre as redes moleculares e hormonais subjacentes a essas adaptações e seu impacto na arquitetura e no metabolismo foliar. Apesar dos avanços, ainda existem lacunas críticas na identificação dos genes e vias específicas envolvidas, na compreensão da longevidade das marcas epigenéticas e na elucidação da intrincada interação entre fitormônios durante a memória do estresse hídrico. Esta revisão enfatiza a necessidade de abordagens ômicas integradas para mapear modificações epigenéticas e revelar seus papéis no desenvolvimento de plantas resistentes à seca por meio de estratégias direcionadas de priming para o estresse.

Abstract

Drought stress memory in plants is an adaptive mechanism that enhances resilience to future water stress through physiological and molecular modifications triggered by previous drought events. This review explores somatic drought stress memory within a plant’s lifespan, with a specific focus on leaf and stomatal morphology, minimum leaf conductance, photosynthetic efficiency, water-use efficiency, antioxidant capacity, and leaf senescence. We examine how epigenetic mechanisms—such as DNA methylation, histone modifications, and non-coding RNAs—regulate gene expression in coordination with hormonal signalling pathways. Phytohormones, including abscisic acid, jasmonic acid, ethylene, salicylic acid, auxins and cytokinins, are central to these processes, influencing key morphological and physiological adaptations, such as stomatal regulation, cuticle thickness, water retention, and improved water-use efficiency. The review synthesizes current knowledge on the molecular and hormonal networks underlying these adaptations and their impact on leaf architecture and metabolism. Despite advancements, critical gaps remain in identifying the specific genes and pathways involved, understanding the longevity of epigenetic marks, and elucidating the intricate cross-talk between phytohormones during drought stress memory. This review emphasizes the need for integrated -omics approaches to map epigenetic modifications and uncover their roles in developing drought-resistant plants through targeted stress priming strategies.