Bidirectional crosstalk between plant hormone signaling and metabolism

Resumo

Entre os diversos metabólitos produzidos pelas plantas, os hormônios desempenham papéis cruciais na coordenação do crescimento e do desenvolvimento vegetal com as respostas ao estresse ambiental. Eles alcançam isso por meio da coordenação de redes de sinalização intricadas e frequentemente antigas. Um componente importante dessas redes é, muitas vezes, a reprogramação do metabolismo primário ou, no caso de respostas ao estresse, tanto do metabolismo primário quanto do secundário. No entanto, a interação entre os hormônios vegetais e o metabolismo é apenas parcialmente caracterizada. Nesta revisão, resumimos os avanços recentes na biologia dos fitormônios, focando tanto em como a sinalização hormonal influencia o metabolismo quanto em como os estados metabólicos, por sua vez, modulam a sinalização hormonal. Descrevemos como a resposta metabólica aos hormônios e a responsividade dos hormônios aos metabólitos são particularmente bem caracterizadas para certos hormônios, mas relativamente pouco compreendidas para outros. É dada atenção especial à definição de um quadro conceitual por meio do qual a regulação do metabolismo impulsionada por hormônios e a regulação metabólica da sinalização hormonal podem ser compreendidas como uma rede bidirecional integrada, com atenção específica aos avanços mecanísticos recentes. Finalmente, revisamos técnicas atuais e emergentes que devem permitir aprofundar nossa compreensão da interface entre metabólitos e hormônios, o que não apenas fornecerá maior compreensão sobre como as plantas coordenam vários aspectos de seu ciclo de vida, mas também provavelmente fornecerá pistas para a seleção de alvos de melhoramento para o melhoramento de culturas.

Abstract

Among the diverse metabolites produced by plants, hormones play crucial roles in coordinating plant growth and development with environmental stress responses. They achieve this via the coordination of intricate and often ancient signaling networks. An important component of these networks is often the reprogramming of primary metabolism or in the case of stress responses, both primary and secondary metabolism. However, the interface between plant hormones and metabolism is only partially characterized. In this review, we summarize recent advances in phytohormone biology, focusing on both how hormone signaling influences metabolism and how metabolic states, in turn, modulate hormone signaling. We describe how the metabolic response to hormones and the responsiveness of hormones to metabolites are particularly well characterized for certain hormones but relatively poorly understood for others. Particular attention is given to defining a conceptual framework through which hormone-driven regulation of metabolism and metabolic regulation of hormone signaling can be understood as an integrated bidirectional network, with specific attention to recent mechanistic advances. Finally, we review current and emerging techniques that should allow us to deepen our understanding of the metabolite-to-hormone interface, which will not only provide greater insight into how plants coordinate various aspects of their life cycle but will also likely provide hints toward selecting breeding targets for crop improvement.