The controversies of silicon’s role in plant biology

Resumo

O silício (Si) não é classificado como um nutriente essencial para as plantas e, no entanto, numerosos relatos têm mostrado seus efeitos benéficos em uma variedade de espécies e circunstâncias ambientais. Isso criou muita confusão na comunidade científica em relação aos seus papéis biológicos. Aqui, vinculamos dados moleculares e fenotípicos para classificar melhor o transporte de Si, e resumimos criticamente o estado atual de compreensão dos papéis do Si em plantas superiores. Argumentamos que grande parte da evidência empírica, em particular a derivada da genômica funcional recente, está em desacordo com muitas das afirmações mecanicistas em torno do papel do Si. Em essência, esses dados não apoiam relatos de que o Si afeta uma ampla gama de processos molecular-genéticos, bioquímicos e fisiológicos. Uma grande reinterpretação do papel do Si é, portanto, necessária, o que é crítico para orientar estudos futuros e informar a prática agrícola. Propomos um modelo de trabalho, que denominamos “hipótese da obstrução apoplástica”, que tenta unificar as várias observações sobre as influências benéficas do Si no crescimento e rendimento das plantas. Este modelo defende um papel fundamental do Si como um agente profilático extracelular contra estresses bióticos e abióticos (em oposição a um agente celular ativo), com importantes efeitos em cascata sobre a forma e a função das plantas.

Abstract

Silicon (Si) is not classified as an essential plant nutrient, and yet numerous reports have shown its beneficial effects in a variety of species and environmental circumstances. This has created much confusion in the scientific community with respect to its biological roles. Here, we link molecular and phenotypic data to better classify Si transport, and critically summarize the current state of understanding of the roles of Si in higher plants. We argue that much of the empirical evidence, in particular that derived from recent functional genomics, is at odds with many of the mechanistic assertions surrounding Si’s role. In essence, these data do not support reports that Si affects a wide range of molecular-genetic, biochemical and physiological processes. A major reinterpretation of Si’s role is therefore needed, which is critical to guide future studies and inform agricultural practice. We propose a working model, which we term the ‘apoplastic obstruction hypothesis’, which attempts to unify the various observations on Si’s beneficial influences on plant growth and yield. This model argues for a fundamental role of Si as an extracellular prophylactic agent against biotic and abiotic stresses (as opposed to an active cellular agent), with important cascading effects on plant form and function.