Molecular mechanisms affected by boron deficiency in root and shoot meristems of plants

Resumo

A deficiência de boro é um estresse abiótico que impacta negativamente o crescimento e a produtividade das plantas em todo o mundo. A deficiência de boro afeta principalmente o desenvolvimento dos meristemas das plantas, células críticas para todo o crescimento dos tecidos pós-embrionários. O papel essencial do boro no desenvolvimento do meristema foi estabelecido pela primeira vez em 1923. Permanece incerto se o boro se integra diretamente às vias de sinalização molecular do meristema. Além de sua função estabilizadora na parede celular primária, evidências crescentes sugerem papéis para o boro em vários processos moleculares, incluindo cascatas de fitohormônios. Essas indicações melhoram a compreensão mecanística de por que o boro é crucial para o desenvolvimento adequado do meristema. Nesta revisão, compilamos e discutimos as vias moleculares influenciadas pela disponibilidade de boro em Arabidopsis thaliana, milho (Zea mays), arroz (Oryza sativa) e canola (Brassica napus), com foco nas cascatas hormonais mediadas por auxina, etileno e citocinina. Comparamos e contrastamos particularmente as adaptações fenotípicas e moleculares dos meristemas caulinares e radiculares à deficiência de boro e identificamos diferenças específicas dos tecidos.

Abstract

Boron deficiency is an abiotic stress that negatively impacts plant growth and yield worldwide. Boron deficiency primarily affects the development of plant meristems— stem cells critical for all post-embryonic tissue growth. The essential role of boron in meristem development was first established in 1923. It remains unclear whether boron directly integrates into meristem molecular signalling pathways. In addition to its stabilizing function in the primary cell wall, growing evidence suggests roles for boron in various molecular processes including phytohormone cascades. These indications enhance a mechanistic understanding of why boron is crucial for proper meristem development. In this review we compile and discuss molecular pathways influenced by boron availability in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), maize (Zea mays), rice (Oryza sativa), and oilseed rape (Brassica napus) with a focus on the auxin-, ethylene-, and cytokinin-mediated hormone cascades. We particularly compare and contrast phenotypic and molecular adaptations of shoot and root meristems to boron deficiency and pinpoint tissue-specific differences.