5-Aminolevulinic acid (ALA) biosynthetic and metabolic pathways and its role in higher plants: a review

Resumo

A produtividade das culturas é restringida por vários estresses abióticos, como seca, salinidade, calor e frio. Muitos esforços têm sido tomadas para diminuir a inibição do crescimento da planta, aliviando os estresses abióticos. Aplicações exógenas de hormônios, reguladores de crescimento de plantas e/ou pequenas moléculas de sinalização têm sido relatados como um meio de aumentar a resistência das plantas ao estresse.
Uma das pequenas moléculas de sinalização utilizadas é o ácido 5-aminolevulínico (ALA), que demonstrou aumentar o crescimento da planta sob estresse abiótico. Como um intermediário metabólico em plantas superiores, o ALA é um precursor de todos os tetrapirróis, como clorofila, heme e siroheme. O caminho para a biossíntese a montante e o metabolismo a jusante do ALA contém múltiplos pontos regulatórios afetados por fatores positivos/negativos. No entanto, informe sobre os aspectos regulatórios do ALA via metabólica e o papel do ALA na estimulação de processos físico-químicos em plantas superiores sob estresse não foram
compilados e resumidos sistematicamente. A este respeito, resumimos os desenvolvimentos recentes na compreensão dos mecanismos das respostas das plantas ao estresse abiótico que são afetadas pelo ALA, bem como novas informações sobre a via metabólica do ALA.
Descobrimos que a aplicação exógena de ALA pode melhorar alguns processos fisiológicos e bioquímicos importantes em plantas, como fotossíntese, absorção de nutrientes, características antioxidantes e equilíbrio osmótico, no entanto, pesquisas mais aprofundadas sobre os mecanismos específicos são necessários.

Abstract

Crop productivity is restricted by various abiotic stresses such as drought, salinity, heat, and cold. Many efforts have been taken to decrease the inhibition of plant growth by alleviating the abiotic stresses. Exogenous applications of hormones, plant growth regulators, and/or small signaling molecules have been reported as a means to enhance plant resistance to stress. One of the small signaling molecules utilized is 5-aminolevulinic acid (ALA) that has been shown to enhance plant growth under abiotic stress. As a metabolic intermediate in higher plants, ALA is a precursor of all tetrapyrroles such as chlorophyll, heme and siroheme. The pathway towards biosynthesis upstream and the metabolism downstream of ALA contains multiple
regulatory points that are affected by positive/negative factors. However, report about the regulatory aspects of the ALA metabolic pathway and the role of ALA in stimulating physiochemical processes in higher plants under stress have not been collated and summarized systematically. In this regard, we summarize recent developments in understanding the mechanisms of plant responses to abiotic stress which are affected by ALA as well as new information on the metabolic pathway of ALA.
We find that exogenous application of ALA can enhance some key physiological and biochemical processes in plants such as photosynthesis, nutrient uptake, antioxidant characteristics and osmotic equilibrium, however, more in-depth research on the specific mechanisms are needed.