From hormones to harvests: a pathway to strengthening plant resilience for achieving sustainable development goals
- D. Das
- H. Kashtoh
- J. Panda
- S. Rustagi
- Y. K. Mohanta
- N. Singh
- K.-H. Baek
Resumo
A indústria agrícola mundial enfrenta desafios crescentes devido ao rápido aumento populacional e a padrões climáticos cada vez mais desfavoráveis. Para atingir as metas projetadas de produção de alimentos, essenciais para garantir a segurança alimentar global, métodos agrícolas inovadores e sustentáveis devem ser adotados. Abordagens convencionais, incluindo procedimentos de melhoramento genético tradicional, muitas vezes não conseguem lidar com os efeitos complexos e simultâneos de pressões bióticas, como infestações de pragas, ataques de doenças e desequilíbrios nutricionais, bem como estresses abióticos, incluindo calor, salinidade, seca e toxicidade por metais pesados. A aplicação de abordagens fitohormonais, particularmente aquelas que envolvem o comunicação cruzada hormonal, apresenta uma maneira viável de aumentar a resiliência das culturas nesse contexto. O ácido abscísico (ABA), as giberelinas (GAs), a auxina, as citocininas, o ácido salicílico (AS), o ácido jasmônico (AJ), o etileno e a GA estão entre os hormônios vegetais que controlam as respostas das plantas ao estresse. Para responder precisamente a uma gama de estímulos ambientais, esses hormônios permitem que as plantas controlem a expressão gênica, a transdução de sinal e a adaptação fisiológica por meio de redes intrincadas de interações antagonistas e construtivas. Esta revisão enfoca como as principais vias de sinalização hormonal (em particular, ABA‑ET, ABA‑AJ, AJ‑AS e ABA‑auxina) interagem de forma complexa e como elas afetam a resposta da planta ao estresse. Por exemplo, a tolerância à seca impulsionada pelo ABA controla as respostas imunológicas e o comportamento estomático por meio de interações antagonistas com ET e AS, enquanto usa quinases SnRK2 para ativar genes que reagem ao estresse. Da mesma forma, o fator de transcrição MYC2 é um nó essencial no crosstalk ABA‑AJ e medeia a integração de sinais de defesa e seca. As complexas redes de crosstalk hormonal das plantas são um exemplo de um sistema regulatório precisamente calibrado que equilibra o crescimento e a adaptação ao estresse abiótico. ABA, AJ, AS, etileno, auxina, citocinina, GA e brassinosteróides (BR) são exemplos de nós centrais que interagem dinamicamente e de maneira específica ao contexto para modificar a transdução de sinal, reconfigurar a expressão gênica e alterar os resultados fisiológicos. Para projetar culturas resistentes ao estresse face às mudanças nos desafios ambientais, uma visão em nível de sistema dessas vias é fornecida por uma combinação de análises de enriquecimento e mapeamento de interações baseado em STRING. Essas interações hormonais estão diretamente relacionadas aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) das Nações Unidas, particularmente ODS 2 (Fome Zero), 12 (Consumo e Produção Responsáveis) e 13 (Ação Climática). Esta revisão enfatiza o potencial das biotecnologias para usar a sinalização hormonal para melhorar o desempenho e a sustentabilidade agrícola, revelando as fundações moleculares do crosstalk hormonal. Aumentar nossa compreensão dessas vias apresenta uma oportunidade estratégica para aumentar a resiliência das culturas, reduzir a degradação ambiental e garantir sistemas alimentares diante do aumento da imprevisibilidade climática.
Abstract
The worldwide agriculture industry is facing increasing problems due to rapid population increase and increasingly unfavorable weather patterns. In order to reach the projected food production targets, which are essential for guaranteeing global food security, innovative and sustainable agricultural methods must be adopted. Conventional approaches, including traditional breeding procedures, often cannot handle the complex and simultaneous effects of biotic pressures such as pest infestations, disease attacks, and nutritional imbalances, as well as abiotic stresses including heat, salt, drought, and heavy metal toxicity. Applying phytohormonal approaches, particularly those involving hormonal crosstalk, presents a viable way to increase crop resilience in this context. Abscisic acid (ABA), gibberellins (GAs), auxin, cytokinins, salicylic acid (SA), jasmonic acid (JA), ethylene, and GA are among the plant hormones that control plant stress responses. In order to precisely respond to a range of environmental stimuli, these hormones allow plants to control gene expression, signal transduction, and physiological adaptation through intricate networks of antagonistic and constructive interactions. This review focuses on how the principal hormonal signaling pathways (in particular, ABA-ET, ABA-JA, JA-SA, and ABA-auxin) intricately interact and how they affect the plant stress response. For example, ABA-driven drought tolerance controls immunological responses and stomatal behavior through antagonistic interactions with ET and SA, while using SnRK2 kinases to activate genes that react to stress. Similarly, the transcription factor MYC2 is an essential node in ABA–JA crosstalk and mediates the integration of defense and drought signals. Plants’ complex hormonal crosstalk networks are an example of a precisely calibrated regulatory system that strikes a balance between growth and abiotic stress adaptation. ABA, JA, SA, ethylene, auxin, cytokinin, GA, and BR are examples of central nodes that interact dynamically and context-specifically to modify signal transduction, rewire gene expression, and change physiological outcomes. To engineer stress-resilient crops in the face of shifting environmental challenges, a systems-level view of these pathways is provided by a combination of enrichment analyses and STRING-based interaction mapping. These hormonal interactions are directly related to the United Nations Sustainable Development Goals (SDGs), particularly SDGs 2 (Zero Hunger), 12 (Responsible Consumption and Production), and 13 (Climate Action). This review emphasizes the potential of biotechnologies to use hormone signaling to improve agricultural performance and sustainability by uncovering the molecular foundations of hormonal crosstalk. Increasing our understanding of these pathways presents a strategic opportunity to increase crop resilience, reduce environmental degradation, and secure food systems in the face of increasing climate unpredictability.
