Versatile roles of polyamines in improving abiotic stress tolerance of plants

Resumo

Nos últimos anos, sinais ambientais extremos, como estresses abióticos — incluindo secas frequentes com precipitação irregular, salinidade, contaminação por metais e flutuações de temperatura —, têm agravado os danos à produtividade ideal das plantas em todo o mundo. Portanto, a manutenção da produtividade sob eventos extremos exige o aprimoramento de múltiplos mecanismos que possam minimizar a influência dos estresses abióticos. As poliaminas (PAs) são pivotalmente necessárias para fins defensivos sob condições abióticas adversas, mas sua interação molecular nesse contexto permanece especulativa. A acumulação de PAs é uma das respostas metabólicas mais notáveis das plantas sob desafios de estresse. Estudos recentes relataram os papéis benéficos das PAs no desenvolvimento vegetal, incluindo processos metabólicos e fisiológicos, revelando seu potencial para induzir tolerância contra condições adversas. Esta revisão apresenta uma visão geral da pesquisa sobre as conquistas mais ilustres e notáveis no fortalecimento da tolerância de plantas aos estresses por seca, sal e temperatura por meio da aplicação exógena de PAs. O conhecimento dos processos subjacentes associados à tolerância ao estresse e às vias de sinalização das PAs também foi sumarizado, com foco nas evidências mais atualizadas sobre o papel metabólico e fisiológico das PAs com aplicações exógenas que protegem as plantas sob condições climáticas desfavoráveis. Conclusivamente, a literatura propõe que as PAs desempenham um papel imperativo na tolerância a estresses abióticos em plantas. Isso implica um feedback potencialmente importante sobre as PAs e a tolerância das plantas ao estresse sob sinais desfavoráveis.

Abstract

In recent years, extreme environmental cues such as abiotic stresses, including frequent droughts with irregular precipitation, salinity, metal contamination, and temperature fluctuations, have been escalating the damage to plants’ optimal productivity worldwide. Therefore, yield maintenance under extreme events needs improvement in multiple mechanisms that can minimize the influence of abiotic stresses. Polyamines (PAs) are pivotally necessary for a defensive purpose under adverse abiotic conditions, but their molecular interplay in this remains speculative. The PAs’ accretion is one of the most notable metabolic responses of plants under stress challenges. Recent studies reported the beneficial roles of PAs in plant development, including metabolic and physiological processes, unveiling their potential for inducing tolerance against adverse conditions. This review presents an overview of research about the most illustrious and remarkable achievements in strengthening plant tolerance to drought, salt, and temperature stresses by the exogenous application of PAs. The knowledge of underlying processes associated with stress tolerance and PA signaling pathways was also summarized, focusing on up-to-date evidence regarding the metabolic and physiological role of PAs with exogenous applications that protect plants under unfavorable climatic conditions. Conclusively, the literature proposes that PAs impart an imperative role in abiotic stress tolerance in plants. This implies potentially important feedback on PAs and plants’ stress tolerance under unfavorable cues.