Comparing and Contrasting the Multiple Roles of Butenolide Plant Growth Regulators: Strigolactones and Karrikins in Plant Development and Adaptation to Abiotic Stresses

Resumo

As estrigolactonas (SLs) e as carriquininas (KARs) são ambas moléculas butenolídeas que desempenham papéis essenciais no crescimento e desenvolvimento das plantas. As SLs são fitormônios, com funções conhecidas dentro da planta em que são produzidas, enquanto as KARs são encontradas na fumaça emitida pela queima de matéria vegetal e afetam sementes e plântulas em áreas de incêndio. Tem sido sugerido que a sinalização de SL e KAR podem compartilhar mecanismos similares. As α/β hidrolases DWARF14 (D14) e KARRIKIN INSENSITIVE 2 (KAI2), que atuam como receptores de SL e KAR, respectivamente, ambas interagem com a proteína F-box MORE AXILLARY GROWTH 2 (MAX2) a fim de direcionar membros da família SUPPRESSOR OF MAX2 1 (SMAX1)-LIKE/D53 para degradação via proteassoma 26S. Relatos recentes sugerem que SLs e/ou KARs também estão envolvidas na regulação de respostas e adaptação das plantas a vários estresses abióticos, particularmente deficiência de nutrientes, seca, salinidade e frio. Há também interação cruzada com outras vias de sinalização hormonal, incluindo auxina, ácido giberélico (GA), ácido abscísico (ABA), citocinina (CK) e etileno (ET), sob condições normais e de estresse abiótico. Esta revisão cobre brevemente as vias biossintéticas e de sinalização de SLs e KARs, compara suas funções no crescimento e desenvolvimento das plantas e revisa os efeitos de qualquer interação cruzada entre SLs ou KARs e outros hormônios vegetais em vários estágios do desenvolvimento vegetal. Também focamos nas respostas distintas, adaptações e mecanismos regulatórios relacionados a SLs e/ou KARs em resposta a vários estresses abióticos. A revisão encerra com uma discussão sobre maneiras de obter insights adicionais sobre as vias de SL e KAR e a interação cruzada entre esses fitormônios relacionados .

Abstract

Strigolactones (SLs) and karrikins (KARs) are both butenolide molecules that play essential roles in plant growth and development. SLs are phytohormones, with SLs having known functions within the plant they are produced in, while KARs are found in smoke emitted from burning plant matter and affect seeds and seedlings in areas of wildfire. It has been suggested that SL and KAR signaling may share similar mechanisms. The α/β hydrolases DWARF14 (D14) and KARRIKIN INSENSITIVE 2 (KAI2), which act as receptors of SL and KAR, respectively, both interact with the F-box protein MORE AXILLARY GROWTH 2 (MAX2) in order to target SUPPRESSOR OF MAX2 1 (SMAX1)-LIKE/D53 family members for degradation via the 26S proteasome. Recent reports suggest that SLs and/or KARs are also involved in regulating plant responses and adaptation to various abiotic stresses, particularly nutrient deficiency, drought, salinity, and chilling. There is also crosstalk with other hormone signaling pathways, including auxin, gibberellic acid (GA), abscisic acid (ABA), cytokinin (CK), and ethylene (ET), under normal and abiotic stress conditions. This review briefly covers the biosynthetic and signaling pathways of SLs and KARs, compares their functions in plant growth and development, and reviews the effects of any crosstalk between SLs or KARs and other plant hormones at various stages of plant development. We also focus on the distinct responses, adaptations, and regulatory mechanisms related to SLs and/or KARs in response to various abiotic stresses. The review closes with discussion on ways to gain additional insights into the SL and KAR pathways and the crosstalk between these related phytohormones.