Growth-defense tradeoffs in plants: a balancing act to optimize fitness

Resumo

Acredita-se que as trocas entre crescimento e defesa ocorram nas plantas devido a restrições de recursos, que exigem priorização do crescimento ou da defesa, dependendo de fatores externos e internos. Essas compensações têm implicações profundas na agricultura e nos ecossistemas naturais, pois ambos os processos são vitais para a sobrevivência, a reprodução e, por fim, a aptidão das plantas. Embora muitos dos mecanismos moleculares subjacentes às compensações de crescimento e defesa ainda não tenham sido elucidados, o cruzamento de hormônios surgiu como um dos principais agentes na regulação das compensações necessárias para alcançar um equilíbrio. Nesta revisão, abordamos os avanços recentes na compreensão das trocas entre crescimento e defesa em plantas, bem como o que se sabe sobre os mecanismos moleculares subjacentes. Especificamente, abordamos as evidências que apóiam o conceito de troca entre crescimento e defesa, bem como as interações conhecidas entre a sinalização de defesa e a sinalização de crescimento. A compreensão da base molecular dessas compensações nas plantas deve fornecer uma base para o desenvolvimento de estratégias de reprodução que otimizem o equilíbrio entre crescimento e defesa para maximizar o rendimento das culturas e atender às crescentes demandas globais de alimentos e biocombustíveis.

Abstract

Growth–defense tradeoffs are thought to occur in plants due to resource restrictions, which demand prioritization towards either growth or defense, depending on external and internal factors. These tradeoffs have profound implications in agriculture and natural ecosystems, as both processes are vital for plant survival, reproduction, and, ultimately, plant fitness. While many of the molecular mechanisms underlying growth and defense tradeoffs remain to be elucidated, hormone crosstalk has emerged as a major player in regulating tradeoffs needed to achieve a balance. In this review, we cover recent advances in understanding growth–defense tradeoffs in plants as well as what is known regarding the underlying molecular mechanisms. Specifically, we address evidence supporting the growth–defense tradeoff concept, as well as known interactions between defense signaling and growth signaling. Understanding the molecular basis of these tradeoffs in plants should provide a foundation for the development of breeding strategies that optimize the growth–defense balance to maximize crop yield to meet rising global food and biofuel demands.