Metabolic responses to multi-stress: An update

Resumo

Nos últimos anos, vários estudos investigando estresses multifatoriais surgiram. Essa mudança foi impulsionada pelo reconhecimento de que uma das principais razões para a inconsistência entre os resultados de laboratório e as observações de campo das respostas das plantas é que, em ambientes naturais, as plantas são rotineiramente expostas a uma combinação de estresses bióticos e/ou abióticos, que encontram simultânea ou sequencialmente. Dentro desta revisão, abordamos os avanços atuais em estudos multifatoriais com foco em mudanças metabol(ômicas) em espécies modelo, bem como em espécies de cereais. O consenso comum é que, atualmente, estudos de análise fenotípica e transcriptômica estão prevalecendo, enquanto estudos metabólicos são escassos. Apesar da necessidade de mais estudos para validar as descobertas nesta revisão, duas mensagens biológicas claras emergem. Primeiro, e talvez sem surpresa, a prolina se destaca como um metabólito de estresse universal, seguida de perto pelos aminoácidos de cadeia ramificada. Curiosamente, embora as respostas a estresses múltiplos sejam frequentemente consideradas não aditivas e imprevisíveis, nossas descobertas revelam que muitas mudanças metabólicas são ambas. Expandir o escopo dos estudos para incluir mais espécies e uma gama mais ampla de estresses no nível metabólico será essencial para descobrir reprogramações metabólicas adicionais em resposta a estresses múltiplos. Isso fornecerá insights inestimáveis para o desenvolvimento de estratégias de melhoramento destinadas a preparar as culturas para o futuro.

Abstract

In recent years, several studies investigating multifactorial stresses have emerged. This shift has been driven by the recognition that one of the primary reasons for the inconsistency between laboratory-based results and field observations of plant responses is that, in natural environments, plants are routinely exposed to a combination of biotic and/or abiotic stresses, which they encounter either simultaneously or sequentially. Within this review, we address current advances in multifactorial studies focusing on metabol(om)ic changes in model as well as cereal crop species. The common consensus is that currently, studies on phenotypic and transcriptomics analysis are prevailing, while metabolic studies are scarce. Despite the need for further studies to validate the findings in this review, two clear biological messages emerge. First, and perhaps unsurprisingly, proline stands out as a universal stress metabolite, closely followed by branched-chain amino acids. Interestingly, while multifactorial stress responses are often considered non-additive and unpredictable, our findings reveal that many metabolic changes are both. Expanding the scope of studies to include more species and a wider range of stresses at the metabolic level will be essential for uncovering additional metabolic reprogramming in response to multifactorial stress. This will provide invaluable insights for developing breeding strategies aimed at future-proofing crops.