Recent advances on the use of abiotic stress (water, UV radiation, atmospheric gases, and temperature stress) for the enhanced production of secondary metabolites on in vitro plant tissue culture

Resumo

As plantas sofrem estresse quando seu metabolismo, crescimento ou desenvolvimento são afetados por condições desfavoráveis. Se as circunstâncias adversas estão relacionadas a fatores ambientais, o estresse é classificado como abiótico. As plantas são capazes de reconhecer sinais de estresse e desencadear diversos mecanismos de resposta por meio da ativação de vias genéticas apropriadas. Um dos mecanismos mais importantes de resposta ao estresse das plantas envolve a biossíntese e o acúmulo de metabólitos secundários, incluindo vários exemplos de moléculas de relevância industrial, como flavonoides, alcaloides e taninos. Dessa forma, a manipulação de fatores ambientais poderia ser empregada como um meio para a produção aprimorada de metabólitos importantes durante a cultura de tecidos vegetais. Esta revisão tem como objetivo apresentar uma visão geral das principais condições de estresse abiótico, especificamente água, luz, gases atmosféricos e temperatura, que podem ser usadas para a produção de alguns metabólitos secundários vegetais em condições in vitro, devido à facilidade de sua aplicação e controle de dosagem. Também inclui as perspectivas sobre o uso de tal tecnologia para a produção de metabólitos secundários vegetais.

Abstract

Plants undergo stress when their metabolism, growth or development are affected by unfavorable conditions. If the adverse circumstances are related to environmental factors, the stress is classified as abiotic. Plants are capable of recognizing stress signals and triggering diverse response mechanisms through the activation of appropriate genetic pathways. One of the most important mechanisms of plant stress response involves the biosynthesis and accumulation of secondary metabolites, including several examples of industrial relevant molecules such as flavonoids, alkaloids and tannins. In this manner, the manipulation of environmental factors could be employed as a means for the enhanced production of important metabolites during plant tissue culture. This review aims to present an overview of key abiotic stress conditions, specifically water, light, atmospheric gases and temperature, that can be used toward the production of some plant secondary metabolites under in vitro conditions, due to the ease of their application and dosage control. It also includes the perspectives on the use of such technology for the production of plant secondary metabolites.