Role of microRNAs in plant responses to nutrient stress

Resumo

Contexto: As plantas precisam adquirir pelo menos 14 nutrientes minerais do solo para completar seus ciclos de vida. A disponibilidade insuficiente ou níveis extremamente altos dos nutrientes afetam significativamente o crescimento e o desenvolvimento das plantas. As plantas evoluíram uma série de mecanismos para se adaptar a condições de crescimento inadequadas onde os níveis de nutrientes são muito baixos ou muito altos. Os microRNAs (miRNAs), uma classe de pequenos RNAs, são conhecidos por mediar a regulação pós-transcricional por clivagem de transcritos ou inibição traducional. Além de regular o crescimento e o desenvolvimento das plantas, os miRNAs estão bem documentados por regular a adaptação das plantas a condições ambientais adversas, incluindo estresses nutricionais.

Escopo: Nesta revisão, focamos nos progressos recentes em nossa compreensão de como os miRNAs estão envolvidos na resposta das plantas a estresses resultantes de deficiência de nutrientes, como nitrogênio, fósforo, enxofre, cobre e ferro, bem como toxicidades de íons de metais pesados.

Conclusões: Evidências acumuladas indicam que os miRNAs desempenham papéis críticos na percepção da abundância de nutrientes, no controle da absorção de nutrientes e do transporte a longa distância mediado pelo floema, e na homeostase de nutrientes. Os miRNAs atuam como sinais sistêmicos para coordenar essas atividades fisiológicas, ajudando as plantas a responder e sobreviver a estresses e toxicidades nutricionais. O conhecimento sobre como os miRNAs estão envolvidos nas respostas das plantas a estresses nutricionais promete fornecer novas estratégias para desenvolver culturas com eficiência de uso de nutrientes melhorada, que poderiam ser cultivadas em solos com disponibilidade excessiva ou insuficiente de nutrientes.

Abstract

Background
Plants must acquire at least 14 mineral nutrients from the soil to complete their life cycles. Insufficient availability or extreme high levels of the nutrients significantly affect plant growth and development. Plants have evolved a series of mechanisms to adapt to unsuitable growth conditions where nutrient levels are too low or too high. microRNAs (miRNAs), a class of small RNAs, are known to mediate post-transcriptional regulation by transcript cleavage or translational inhibition. Besides regulating plant growth and development, miRNAs are well documented to regulate plant adaptation to adverse environmental conditions including nutrient stresses.
Scope
In this review, we focus on recent progress in our understanding of how miRNAs are involved in plant response to stresses resulting from deficiency in nutrients, such as nitrogen, phosphorus, sulfur, copper and iron, as well as toxicities from heavy metal ions.
Conclusions
Accumulated evidence indicates that miRNAs play critical roles in sensing the abundance of nutrients, controlling nutrient uptake and phloem-mediated long-distance transport, and nutrient homeostasis. miRNAs act as systemic signals to coordinate these physiological activities helping plants respond to and survive nutrient stresses and toxicities. Knowledge about how miRNAs are involved in plant responses to nutrient stresses promise to provide novel strategies to develop crops with improved nutrient use efficiency which could be grown in soils with either excessive or insufficient availability of nutrients.