Magnesium-mediated stress adaptation in plants: from physio-biochemical insights to climate-resilient agriculture

Resumo

O magnésio (Mg) é um macronutriente vital que sustenta múltiplos processos essenciais ao crescimento, ao desenvolvimento e à sobrevivência das plantas. Como átomo central da clorofila, o Mg é indispensável para a fotossíntese, base da produtividade das culturas. Além da captação de luz, o Mg atua como íon estrutural, enzimático e regulador, o que o torna um mediador crítico da tolerância das plantas aos estresses abióticos. Seca, salinidade, temperaturas extremas e deficiências nutricionais continuam a limitar a produtividade agrícola, mas as vias mediadas pelo Mg podem mitigar significativamente seus efeitos. Ao influenciar a fotossíntese, a homeostase iônica, o ajuste osmótico, as defesas antioxidantes e a transdução de sinais, o Mg reforça múltiplas camadas de adaptação das plantas ao estresse. Esta revisão consolida o conhecimento atual sobre os papéis do Mg no aumento da tolerância das plantas a condições adversas, com ênfase particular nos mecanismos moleculares, fisiológicos e bioquímicos subjacentes. Ao integrar resultados em diferentes escalas, avança na compreensão da adaptação ao estresse mediada pelo Mg e destaca seu potencial como fator-chave no desenvolvimento de sistemas de produção agrícola resilientes ao clima. Diferentemente de trabalhos anteriores, que se concentraram de forma restrita na nutrição com Mg e na fotossíntese, esta revisão oferece uma estrutura holística que relaciona os conhecimentos moleculares às aplicações agronômicas. Além disso, apresenta perspectivas futuras e direções de pesquisa para suprir lacunas de conhecimento e orientar a inovação no melhoramento de culturas, no manejo de nutrientes e em sistemas de produção sustentáveis.

Abstract

Magnesium (Mg) is a vital macronutrient that underpins multiple processes essential for plant growth, development, and survival. As the central atom in chlorophyll, Mg is indispensable for photosynthesis, the foundation of crop productivity. Beyond light capture, Mg functions as a structural, enzymatic, and regulatory ion, making it a critical mediator of plant tolerance to abiotic stresses. Drought, salinity, extreme temperatures, and nutrient deficiencies continue to limit agricultural yields, yet Mg-mediated pathways can significantly mitigate their effects. By influencing photosynthesis, ion homeostasis, osmotic adjustment, antioxidative defenses, and signal transduction, Mg reinforces multiple layers of plant stress adaptation. This review consolidates current knowledge of Mg’s roles in enhancing plant tolerance to adverse conditions, with particular emphasis on the molecular, physiological, and biochemical mechanisms underlying these roles. By integrating findings across different scales, it advances understanding of Mg-mediated stress adaptation and highlights its potential as a key factor in developing climate-resilient crop production systems. Unlike earlier works that have focused narrowly on Mg nutrition and photosynthesis, this review offers a holistic framework linking molecular insights to agronomic applications. Additionally, it provides future perspectives and research directions to bridge current knowledge gaps and guide innovation in crop breeding, nutrient management, and sustainable production systems.