Nitric Oxide-Based Signaling During Abiotic Stress Responses in Plants: Mechanisms of Tolerance and Applicability in Sustainable Horticultural Crop Management

Resumo

Estresses abióticos restringem severamente o crescimento, a produtividade e a qualidade das plantas hortícolas, representando desafios importantes para a produção sustentável em condições climáticas em mudança. O óxido nítrico (NO) é uma molécula sinalizadora chave que modula as respostas das plantas ao estresse abiótico, integrando‑se a sistemas de regulação redox, vias de crosstalk hormonal, mecanismos de homeostase iônica e redes de controle transcricional. Em vez de funcionar como um regulador isolado, o NO participa de estruturas de sinalização dinâmicas cujos resultados dependem da concentração, do momento, do status redox celular e da interação com outras moléculas sinalizadoras. Esta revisão sintetiza o conhecimento atual sobre os mecanismos mediados por NO que contribuem para a tolerância ao estresse abiótico e examina sua relevância para o manejo sustentável de culturas hortícolas. Após delinear o reconhecimento histórico do NO como molécula sinalizadora vegetal, discutimos processos dependentes de NO responsivos ao estresse, incluindo modificação pós‑traducional baseada em S‑nitrosilação, interações NO‑espécies reativas de oxigênio (ROS) e a modulação de programas transcricionais responsivos ao estresse. Os papéis do NO na tolerância à seca, salinidade, temperatura extrema e estresse por metais pesados são analisados com ênfase em respostas fisiológicas e moleculares apoiadas experimentalmente. Avaliamos ainda evidências de culturas de frutas, hortaliças, ornamentais e medicinais, destacando como a sinalização associada ao NO se correlaciona com a estabilidade de rendimento, características de qualidade e desempenho pós‑colheita sob condições de estresse. Finalmente, estratégias baseadas em NO, como priming, aplicação de doadores e integração com biostimulantes, são criticamente avaliadas no contexto de horticultura resiliente ao clima e sustentável, com atenção às restrições de translação e viabilidade em campo. Ao conectar insights mecanísticos a considerações aplicadas, esta revisão fornece um arcabouço estruturado para avaliar o potencial e as limitações de abordagens baseadas em NO no manejo de estresses abióticos em culturas hortícolas.

Abstract

Abiotic stresses severely constrain the growth, yield, and quality of horticultural plants, collectively posing major challenges to sustainable production under changing climatic conditions. Nitric oxide (NO) is a key signaling molecule that modulates plant responses to abiotic stress by integrating with redox regulation systems, hormonal crosstalk pathways, ion homeostasis mechanisms, and transcriptional control networks. Rather than functioning as an isolated regulator, NO participates in dynamic signaling frameworks whose outcomes depend on concentration, timing, cellular redox status, and interaction with other signaling molecules. This review synthesizes current knowledge on NO-mediated mechanisms contributing to abiotic stress tolerance and examines their relevance to sustainable horticultural crop management. After outlining the historical recognition of NO as a plant signaling molecule, we discuss stress-responsive NO-dependent processes, including S-nitrosylation-based post-translational modification, NO–reactive oxygen species (ROS) interactions, and the modulation of stress-responsive transcriptional programs. The roles of NO in tolerance to drought, salinity, extreme temperature, and heavy metal stress are analyzed with emphasis on experimentally supported physiological and molecular responses. We further evaluate evidence from fruit, vegetable, ornamental, and medicinal crops, highlighting how NO-associated signaling correlates with yield stability, quality-related traits, and post-harvest performance under stress conditions. Finally, NO-based strategies such as priming, donor application, and integration with biostimulants are critically assessed in the context of climate-resilient and sustainable horticulture, with attention to translational constraints and field-level feasibility. By connecting mechanistic insights with applied considerations, this review provides a structured framework for evaluating the potential and limitations of NO-based approaches in abiotic stress management of horticultural crops.