Nanomaterials for Wheat Stress Tolerance: Trade-Off on Underlying Mechanisms and Latest Breakthroughs Under Changing Climate

Resumo

O estresse abiótico e biótico é um confronto sério para nutrir os rendimentos da agricultura global e o suprimento de alimentos. As nanopartículas (NPs) são consideradas uma ferramenta chave para aumentar os rendimentos agrícolas nas presentes drásticas variações ambientais. A aplicação de NPs melhora a amalgamação dos hormônios, osmoprotetores, compostos bioativos, eficácia de sequestro de radicais livres e expressão de genes, assim auxiliando as plantas a se defenderem efetivamente sob vários estresses. Nanoprodutos como nanopesticidas, nanocarreadores e nanosensores detêm potencial considerável para a entrega inteligente e sustentada de agroquímicos, material genético e detecção rápida de doenças, além do monitoramento dinâmico e preciso da água das culturas. As NPs manifestam propriedades pesticidas e inseticidas alterando a porosidade das membranas celulares, desnaturando ácido nucleico, arrestando o ciclo celular e gerando estresse oxidativo. Além disso, as NPs fortalecem a resistência das plantas a estresses, impulsionando a captação de água e minerais, melhorando as enzimas sequestradoras de EROs, melhorando a taxa fotossintética e os parâmetros de troca de gases. As plantas usam processos intrincados para organizar a absorção e mobilizar as NPs. No entanto, há uma urgência aguda pela incorporação e uso da multiômica em plantas para obter insights mecanicistas em níveis moleculares para compreender as vias de sinalização iniciadas em resposta às NPs e para entender a fitotoxicidade. Em conclusão, este estudo não apenas enfatiza a relevância das técnicas nano-habilitadas na melhoria da saúde do trigo, mas também demonstra seu potencial para abordar questões de segurança alimentar global.

Abstract

Abiotic and biotic stress is a staid confront for nourishing global agriculture yields and food supply. Nanoparticles (NPs) are thought to be a key tool for raising agricultural yields in present drastic environmental variations. NPs’ application improves amalgamation of the hormones, osmoprotectants, bioactive compounds, free radical scavenging efficacy and expression of genes, thus assisting plants to effectively defend themselves under various stresses. Nanoproducts such as nanopesticides, nanocarriers and nanosensors hold considerable potential for smart and sustained delivery of agrochemicals, genetic material and rapid disease detection, in addition to dynamic and precise crop water monitoring. NPs manifest pesticidal and insecticidal properties by altering the porosity of cell membranes, denaturing nucleic acid, arresting the cell cycle and generating oxidative stress. Furthermore, NPs strengthen plant resistance to stresses by boosting water and mineral uptake, improving ROS-scavenging enzymes, improving the photosynthetic rate and gas exchange parameters. Plants use intricate processes to organise absorption and mobilise NPs. However, there is keen urgency for the incorporation and use of multiomics in plants to get mechanistic insights at molecular levels to comprehend the signalling pathways initiated in response to NPs and for understanding phytotoxicity. In conclusion, this study not only emphasises the relevance of nanoenabled techniques in enhancing wheat health, but it also demonstrates their potential to address global food security issues.