Polyamines: Rising stars against metal and metalloid toxicity

Resumo

Globalmente, a contaminação do solo por metais/metaloides é um problema persistente que afeta a atmosfera, o solo, a água e a saúde das plantas no mundo industrializado atual. No entanto, uma superabundância desses íons de transição promove o acúmulo excessivo de espécies reativas de oxigênio (EROs) e o desequilíbrio iônico, o que prejudica a produtividade agrícola. As plantas empregam diversas estratégias para superar seus efeitos negativos, incluindo hiperacumulação, tolerância, exclusão e quelação com moléculas orgânicas. As poliaminas (PAs) são os compostos orgânicos que atuam como agentes quelantes e modulam vários processos fisiológicos, bioquímicos e moleculares sob estresse por metais/metaloides. Seus produtos catabólicos, incluindo H2O2 e ácido gama-aminobutírico (GABA), também são moléculas de sinalização cruciais em situações de estresse abiótico, particularmente sob estresse por metais/metaloides. Nesta revisão, explicamos como os PAs regulam genes e enzimas, particularmente sob estresse por metais/metaloides, com foco específico em arsênio (As), boro (B), cádmio (Cd), crômio (Cr) e zinco (Zn). Os PAs regulam diversas respostas das plantas ao estresse por meio de interação com outros hormônios vegetais, aumentando a síntese de fitoquelatina e metalotioneína, modulando o fechamento estomático e a capacidade antioxidante. Esta revisão apresenta insights valiosos sobre como os PAs utilizam uma variedade de táticas para reduzir os efeitos nocivos de metais/metaloides por meio de estratégias multifacetadas.

Abstract

Globally, metal/metalloid(s) soil contamination is a persistent issue that affects the atmosphere, soil, water and plant health in today’s industrialised world. However, an overabundance of these transition ions promotes the excessive buildup of reactive oxygen species (ROS) and ion imbalance, which harms agricultural productivity. Plants employ several strategies to overcome their negative effects, including hyperaccumulation, tolerance, exclusion, and chelation with organic molecules. Polyamines (PAs) are the organic compounds that act as chelating agents and modulate various physiological, biochemical, and molecular processes under metal/metalloid(s) stress. Their catabolic products, including H2O2 and gamma amino butyric acid (GABA), are also crucial signalling molecules in abiotic stress situations, particularly under metal/metalloid(s) stress. In this review, we explained how PAs regulate genes and enzymes, particularly under metal/metalloid(s) stress with a specific focus on arsenic (As), boron (B), cadmium (Cd), chromium (Cr), and zinc (Zn). The PAs regulate various plant stress responses by crosstalking with other plant hormones, upregulating phytochelatin, and metallothionein synthesis, modulating stomatal closure and antioxidant capacity. This review presents valuable insights into how PAs use a variety of tactics to reduce the harmful effects of metal/metalloid(s) through multifaceted strategies.