Melatonin as a biostimulant to alleviate combined drought and high temperature stresses in crops

Resumo

Globalmente, a baixa precipitação e as ondas de calor intensas causaram impacto destrutivo no crescimento e na reprodução das plantas. O estresse combinado de calor e umidade exibiu efeito intenso sobre as funções morfofisiológicas, de água relativa da folha e enzimáticas das plantas cultivadas, especialmente seu efeito de interação durante o estágio reprodutivo, revelando mudança drástica nas características de produtividade. Portanto, mais atenção tem sido direcionada para explorar o efeito do estresse combinado em plantas cultivadas. Assim, melhoristas e empresas de biotecnologia estão melhorando variedades tolerantes contra combinações de seca e calor. Atualmente, o uso de moléculas funcionais como a melatonina (MT) é uma molécula bioativa emergente para mitigar o efeito antagonístico do estresse abiótico no setor agrícola. A MT é uma molécula sinalizadora multifatorial que funciona provavelmente como o composto indolamina e promove a função e o crescimento de muitas espécies vegetais. No entanto, uma perspectiva detalhada da MT na direção de funções fisiológicas sob estresse combinado ainda não foi mais explorada. Assim, esta revisão tem como objetivo desvendar a principal função da MT no crescimento e produtividade das plantas, também seu envolvimento na regulação do processo fisiológico de plantas cultivadas sob seca combinada e alta temperatura (AT). Além disso, esta revisão sugeriu que a aplicação exógena de MT e sua interação com antioxidantes tiveram efeito positivo no crescimento e produtividade das plantas sob estresse isolado e interação de seca e AT. Adicionalmente, investigações adicionais são necessárias para entender completamente como a MT afeta a resistência ao estresse combinado de seca e AT.

Abstract

Globally, low precipitation and intense heat waves caused destructive impact on plant growth and reproduction. Combined heat and moisture stress exhibited intense effect on morpho-physiological, relative leaf water and enzymatic functions of crop plants especially their interaction effect meets during reproductive stage revealed drastic change on yield characteristics. Therefore, more attention has been directed towards exploring the combined stress effect on crop plants. Hence, breeders and biotech companies are improving tolerance varieties against drought and heat combinations. Currently, using functional molecules like melatonin (MT) is an emerging bioactive molecule to mitigate the antagonistic effect of abiotic stress in the agriculture sector. MT is a multifactorial signaling molecule that functions likely to the indoleamine compound and promotes the plant function and growth of many plant species. However, a detailed perspective of MT on directing physiological functions under combined stress is not yet explored more. Hence, this review aims to unveil the major function of MT on plant growth and yield, also its involvement in the regulation of physiological process of plants grown under combined drought and high temperature (HT). Moreover, this review suggested that the exogenous application of MT and its interaction with antioxidants had a positive effect on plant growth and yield under sole and interaction of drought and HT. In further, additional investigations are required to fully understand how MT affects resistance to combined drought and HT stress.