Dopamine-induced abiotic stress tolerance in horticultural plants

Resumo

A dopamina é uma amina naturalmente presente em plantas e animais, com forte capacidade antioxidante. Diferentes estresses abióticos, como seca, salinidade e deficiência de nutrientes, induzem a biossíntese endógena de dopamina, enquanto a aplicação exógena de dopamina confere tolerância ao estresse abiótico. As plantas se beneficiam da dopamina exógena para promover as concentrações de pigmentos fotossintéticos, a condutância estomática, a assimilação de CO₂ e a eficiência fotoquímica máxima, levando à melhoria do crescimento e do acúmulo de biomassa sob condições de estresse. Crucialmente, a dopamina pode aliviar o estresse oxidativo causado por estressores abióticos, fortalecendo a defesa antioxidante que atua na remoção eficiente de espécies reativas de oxigênio. A dopamina auxilia as plantas na aquisição de nutrientes essenciais sob oferta deficitária de nutrientes, possivelmente regulando vários transportadores de íons. Além disso, um papel para a sinalização do etileno foi proposto para a assimilação e utilização de nitrogênio (N) induzida por dopamina sob estresse de baixo N. A dopamina parece ativar favoravelmente as vias de destoxificação de xenobióticos, levando à melhoria da degradação de poluentes orgânicos. Nesta revisão, discutimos o papel da dopamina na tolerância das plantas a estressores abióticos, como seca, estresse salino, frio, deficiência de nutrientes, excesso de nitrato e estresse por poluentes orgânicos, com base na literatura disponível sobre plantas hortícolas. Nossa análise sugere que os efeitos benéficos da dopamina na tolerância ao estresse abiótico em plantas apontam para a possibilidade de usar a dopamina para aumentar a sustentabilidade da produção hortícola na era das mudanças climáticas.

Abstract

Dopamine is a naturally occurring amine in plants and animals, having a strong antioxidative capacity. Different abiotic stressors, such as drought, salinity, and nutrient deficiency induce endogenous dopamine biosynthesis, while exogenous dopamine application confers tolerance to abiotic stress. Plants benefit from exogenous dopamine to promote photosynthetic pigment concentrations, stomatal conductance, CO2 assimilation, and maximal photochemical efficiency, leading to improved growth and biomass accumulation under stressful conditions. Crucially, dopamine can alleviate oxidative stress caused by abiotic stressors by strengthening the antioxidant defense that functions in the efficient removal of reactive oxygen species. Dopamine assists plants in essential nutrient acquisition under deficit nutrient supply, possibly by regulating various ion transporters. Moreover, a role for ethylene signaling has been proposed for dopamine-induced nitrogen (N) assimilation and utilization under low N stress. Dopamine seems to favorably activate xenobiotic detoxification pathways, leading to improved degradation of organic pollutants. In this review, we discussed the role of dopamine in plant tolerance to abiotic stressors such as drought, salt stress, chilling, nutrient deficiency, nitrate excess and organic pollutant stress based on the available literature on horticultural plants. Our analysis suggests that the beneficial effects of dopamine on abiotic stress tolerance in plants point to the possibility of using dopamine to increase the sustainability of horticultural production in the era of climate change.