Applications of Cytokinins in Horticultural Fruit Crops: Trends and Future Prospects

Resumo

As citocininas (CKs) são uma classe quimicamente diversa de reguladores de crescimento vegetal, exibindo ações abrangentes sobre o crescimento e desenvolvimento das plantas, daí sua exploração na agricultura para melhoria e manejo de culturas. Seus efeitos regulatórios coordenados e interações de crosstalk com outros fitormônios e redes de sinalização são altamente sofisticados, eliciando e controlando processos biológicos variados em níveis celular a organismal. Nesta revisão, introduzimos brevemente o modo de ação e os efeitos biológicos moleculares gerais das CKs naturais, antes de destacar a grande variabilidade na resposta de frutíferas a inovações baseadas em CKs. Apresentamos uma compilação abrangente de pesquisas relacionadas à aplicação de CKs em espécies de culturas não modelo em diferentes fases da produção e manejo de frutos. Ao fazer isso, fica claro que os efeitos das CKs sobre o vingamento, desenvolvimento, maturação e amadurecimento de frutos não são necessariamente genéricos, mesmo para cultivares dentro da mesma espécie, ilustrando a magnitude de mecanismos bioquímicos e genéticos ainda desconhecidos que regulam esses processos em diferentes frutíferas. Abordagens atuais usando análise genômica a metabolômica estão fornecendo novos insights sobre os mecanismos in planta das CKs, identificando as ações subjacentes derivadas de CKs que podem servir como alvos potenciais para melhorar características específicas de culturas e o desenvolvimento de novas soluções para o manejo pré-colheita e pós-colheita de frutíferas. Onde informações estão disponíveis, a biologia molecular das CKs é discutida no contexto de suas implicações presentes e futuras nas aplicações de CKs a frutos de importância hortícola.

Abstract

Cytokinins (CKs) are a chemically diverse class of plant growth regulators, exhibiting wide-ranging actions on plant growth and development, hence their exploitation in agriculture for crop improvement and management. Their coordinated regulatory effects and cross-talk interactions with other phytohormones and signaling networks are highly sophisticated, eliciting and controlling varied biological processes at the cellular to organismal levels. In this review, we briefly introduce the mode of action and general molecular biological effects of naturally occurring CKs before highlighting the great variability in the response of fruit crops to CK-based innovations. We present a comprehensive compilation of research linked to the application of CKs in non-model crop species in different phases of fruit production and management. By doing so, it is clear that the effects of CKs on fruit set, development, maturation, and ripening are not necessarily generic, even for cultivars within the same species, illustrating the magnitude of yet unknown intricate biochemical and genetic mechanisms regulating these processes in different fruit crops. Current approaches using genomic-to-metabolomic analysis are providing new insights into the in planta mechanisms of CKs, pinpointing the underlying CK-derived actions that may serve as potential targets for improving crop-specific traits and the development of new solutions for the preharvest and postharvest management of fruit crops. Where information is available, CK molecular biology is discussed in the context of its present and future implications in the applications of CKs to fruits of horticultural significance.