A nanotecnologia demonstrou potencial significativo para melhorar a produção agrícola e aumentar a tolerância das culturas ao estresse abiótico, incluindo a exposição a metais pesados. O presente estudo investigou os mecanismos pelos quais as nanopartículas de selênio (NPSe) biossintetizadas com gel de extrato de Aloe vera (GEAV) aliviaram a toxicidade induzida por cádmio (Cd) em arroz (Oryza sativa L.). Foram aplicados a plântulas de arroz sob estresse de Cd via exposição radicular em sistemas hidropônicos e de solo as NPSe GEAV, apenas NPSe sintetizadas quimicamente e NaSeO₃ como controle iônico . Após a exposição a NPSe GEAV a 15 mg Se/L, a biomassa fresca da raiz aumentou significativamente em 100,7% e 19,5% em comparação com o controle de Cd e as NPSe convencionais, respectivamente. Análises transcricionais destacaram que as NPSe GEAV ativaram vias relacionadas à sinalização de estresse e defesa, incluindo metabolismo do glutationa, biossíntese de fenilpropanoides e transdução de sinal hormonal vegetal. Especificamente, a exposição a NPSe GEAV regulou positivamente a expressão de genes associados à biossíntese de ácido giberélico (AG) em 4,79 e 3,29 vezes em comparação com o tratamento apenas com Cd e o controle não tratado, respectivamente. Importante, as NPSe GEAV restauraram a composição da comunidade de endófitos e recrutaram espécies benéficas sob exposição ao Cd; a abundância relativa de Azospirillum aumentou significativamente nas raízes, parte aérea e solo rizosférico em 0,73, 4,58 e 0,37 vezes, respectivamente, em relação ao tratamento apenas com Cd. Coletivamente, esses achados destacam o potencial significativo das NPSe GEAV para aumentar o crescimento das plantas e minimizar a toxicidade induzida por Cd no arroz, fornecendo uma estratégia nano-habilitada promissora para aumentar a segurança alimentar no cultivo de culturas em solos agrícolas contaminados.
Nanotechnology has demonstrated significant potential to improve agricultural production and increase crop tolerance to abiotic stress including exposure to heavy metals. The present study investigated the mechanisms by which aloe vera extract gel-biosynthesized (AVGE) selenium nanoparticles (Se NPs) alleviated cadmium (Cd)-induced toxicity to rice (Oryza sativa L.). AVGE Se NPs, chemically synthesized bare Se NPs, and NaSeO3 as an ionic control were applied to Cd-stressed rice seedlings via root exposure in both hydroponic and soil systems. Upon exposure to AVGE Se NPs at 15 mg Se/L, the fresh root biomass was significantly increased by 100.7% and 19.5% as compared to Cd control and conventional bare Se NPs. Transcriptional analyses highlighted that AVGE Se NPs activated stress signaling and defense related pathways, including glutathione metabolism, phenylpropanoid biosynthesis and plant hormone signal transduction. Specifically, exposure to AVGE Se NPs upregulated the expression of genes associated with the gibberellic acid (GA) biosynthesis by and 4.79- and 3.29-fold as compared to the Cd-alone treatment and the untreated control, respectively. Importantly, AVGE Se NPs restored the composition of the endophyte community and recruit of beneficial species under Cd exposure; the relative abundance of Azospirillum was significantly increased in roots, shoots, and the rhizosphere soil by 0.73-, 4.58- and 0.37-fold, respectively, relative to the Cd-alone treatment. Collectively, these findings highlight the significant potential of AVGE Se NPs to enhance plant growth and to minimize the Cd-induced toxicity in rice and provide a promising nanoenabled strategy to enhance food safety upon crop cultivation in contaminated agricultural soils.