Calcium in plants: an important element of cell physiology and structure, signaling, and stress responses

Resumo

Os íons cálcio (Ca²⁺) são absorvidos do solo pelas células radiculares antes de serem distribuídos por toda a planta. O transporte de Ca²⁺ para as partes aéreas depende do movimento no xilema, que é influenciado pela taxa de transpiração dos órgãos individuais. A distribuição final de Ca²⁺ nos tecidos e células depende do funcionamento eficaz de canais e transportadores que facilitam o movimento de Ca²⁺ através da membrana plasmática e de membranas intracelulares específicas. Flutuações locais nas concentrações de Ca²⁺ livre servem como mecanismo para desencadear respostas celulares, caracterizadas por assinaturas de cálcio distintas, ou para possibilitar a sinalização a longa distância em uma rede célula a célula. A especificidade das proteínas transportadoras de Ca²⁺ é determinada principalmente por meio de estudos em plantas com alterações induzidas na expressão dessas proteínas. Concomitantemente, reconhece-se que as células vegetais contêm reservas significativas de Ca²⁺ tanto em estado lábil quanto permanentemente ligado, o que influencia diversos aspectos, como propriedades biomecânicas ou capacidades defensivas das células. Os diversos papéis do Ca²⁺ nas células vegetais destacam a importância de uma compreensão aprofundada do metabolismo do cálcio.

Abstract

Calcium ions (Ca2+) are absorbed from the soil by the root cells before being distributed throughout the plant. The transport of Ca2+ to aboveground parts relies on the movement of xylem, which is influenced by the transpiration rate of individual organs. The final distribution of Ca2+ in tissues and cells depends on the effective function of channels and transporters that facilitate Ca2+ movement through plasma and specific intracellular membranes. Local fluctuations in free Ca2+ concentrations serve as a mechanism to elicit cellular responses, characterized by distinct calcium signatures, or to enable long-distance signaling in a cell-to-cell network. The specificity of individual Ca2+ transport proteins is primarily determined through studies in plants with induced changes in the expression of these proteins. Concurrently, it is recognized that plant cells contain significant reserves of Ca2+ both in the labile and in the permanently bound states, which influences various aspects such as biomechanical properties or the defensive capabilities of the cells. The diverse roles of Ca2+ in plant cells highlight the importance of a thorough understanding of Ca2+ metabolism.