Copper stress in rice: Perception, signaling, bioremediation and future prospects

Resumo

O cobre (Cu) é um micronutriente indispensável para plantas, animais e microrganismos, desempenhando um papel vital em diferentes processos fisiológicos. No entanto, o acúmulo excessivo de Cu em solos agrícolas, muitas vezes por ação antropogênica, representa um risco potencial para a saúde das plantas e a produtividade das culturas. Este artigo de revisão forneceu uma visão geral abrangente das informações disponíveis sobre a dinâmica do Cu em solos agrícolas, as principais fontes de contaminação por Cu, os fatores que influenciam sua mobilidade e biodisponibilidade, e os mecanismos de absorção e translocação de Cu em plantas de arroz. Esta revisão examinou o impacto da toxicidade do Cu na germinação, crescimento e fotossíntese de plantas de arroz. Também destacou os mecanismos moleculares subjacentes à sinalização do estresse por Cu e a estratégia de defesa da planta, envolvendo quelação, compartimentalização e respostas antioxidantes. Esta revisão também identificou áreas significativas que precisam de mais pesquisas, como o mecanismo de absorção de Cu no arroz, o processo de sinalização do Cu e a avaliação da toxicidade do solo de arroz contaminado com Cu e do arroz sob diversas condições ambientais. O desenvolvimento de variedades de arroz com acúmulo reduzido de Cu por meio de programas de melhoramento abrangentes também é necessário. Medidas regulatórias, manejo de fungicidas, seleção de plantas, investigação do solo e do ambiente são recomendadas para evitar o acúmulo de Cu em terras agrícolas, a fim de alcançar metas agrícolas sustentáveis.

Abstract

Copper (Cu) is an indispensable micronutrient for plants, animals, and microorganisms and plays a vital role in different physiological processes. However, excessive Cu accumulation in agricultural soil, often through anthropogenic action, poses a potential risk to plant health and crop productivity. This review article provided a comprehensive overview of the available information regarding Cu dynamics in agricultural soils, major sources of Cu contamination, factors influencing its mobility and bioavailability, and mechanisms of Cu uptake and translocation in rice plants. This review examined the impact of Cu toxicity on the germination, growth, and photosynthesis of rice plants. It also highlighted molecular mechanisms underlying Cu stress signaling and the plant defense strategy, involving chelation, compartmentalization, and antioxidant responses. This review also identified significant areas that need further research, such as Cu uptake mechanism in rice, Cu signaling process, and the assessment of Cu-polluted paddy soil and rice toxicity under diverse environmental conditions. The development of rice varieties with reduced Cu accumulation through comprehensive breeding programs is also necessary. Regulatory measures, fungicide management, plant selection, soil and environmental investigation are recommended to prevent Cu buildup in agricultural lands to achieve sustainable agricultural goals.