Plant metabolites and signaling pathways in response to biotic and abiotic stresses: Exploring biostimulant applications

Resumo

As plantas estão constantemente expostas a uma ampla gama de interações complexas envolvendo diversos fatores ambientais, levando a perturbações em seus processos metabólicos e incorrendo em custos fisiológicos quando confrontadas com estresse biótico e abiótico. Em resposta a esses estímulos, as plantas desenvolveram diversos mecanismos de sinalização para se adaptarem às condições prevalecentes. Plantas equipadas com diferentes vias de sinalização passam por mudanças em nível transcriptômico e metabólico para sobreviver aos estímulos de estresse. As vias de sinalização são divididas em quatro subseções principais: percepção do sinal, transdução do sinal, regulação da expressão gênica e respostas fisiológicas. Fatores de transcrição (FTs) desempenham um papel crucial na organização dos mecanismos de defesa, regulando a expressão gênica a jusante. Metabólitos primários (MPs) e metabólitos secundários (MSs) representam compostos fundamentais envolvidos nesses mecanismos de resposta das plantas. Esses extratos vegetais são um método promissor para aumentar a tolerância das plantas a estresses ambientais e podem ser usados como biostimulantes. Esta revisão teve como objetivo elucidar as contribuições dos MPs e MSs nas reações das plantas, bem como suas vias de biossíntese. Adicionalmente, a interação entre esses compostos foi discutida. A fisiologia molecular das respostas das plantas a estímulos ambientais via via de sinalização foi descrita nesta pesquisa. Por fim, os metabólitos vegetais foram apresentados como biostimulantes que podem mitigar os efeitos adversos de vários estresses bióticos e abióticos.

Abstract

Plants are constantly exposed to a wide array of complex interactions involving various environmental factors, leading to disruptions in their metabolic processes and incurring physiological costs when faced with biotic and abiotic stress. In response to these stimuli, plants have developed diverse signaling mechanisms to adapt to the prevailing conditions. Plants equipped with different signaling pathways undergo changes at the transcriptomic and metabolic level to survive stress stimuli. The signaling pathways are divided into four major subsections: signal perception, signal transduction, regulation of gene expression and physiological responses. Transcription factors (TFs) play a crucial role in the organization of defense mechanisms by regulating downstream gene expression. Primary metabolites (PMs) and Secondary metabolites (SMs) represent fundamental compounds involved in these plant response mechanisms. These plant extracts are a promising method of increasing the tolerance of plants to environmental stresses and can be used as biostimulants. This review aimed to elucidate the contributions of PMs and SMs in plant reactions, as well as their biosynthesis pathways. Additionally, the interplay between these compounds was discussed. The molecular physiology of plant responses to environmental stimuli via signaling pathway was described in this research. Ultimately, plant metabolites were introduced as bio stimulants that can mitigate the adverse effects of various biotic and abiotic stresses.