Role of proline under changing environments

Resumo

Quando expostas a condições de estresse, as plantas acumulam uma variedade de metabólitos, particularmente aminoácidos. Aminoácidos têm sido tradicionalmente considerados como precursores e constituintes de proteínas, e desempenham um papel importante no metabolismo e desenvolvimento das plantas. Um grande número de trabalhos sugere uma correlação positiva entre o acúmulo de prolina a resposta ao estresse nas plantas. A prolina é um aminoácido importante em plantas expostas a várias condições de estresse atuando como um excelente osmólito.  A prolina desempenha três funções principais,  como um quelante de metal, um antioxidante e uma molécula sinalizadora. A revisão de literatura indica que um ambiente estressante resulta em uma superprodução de prolina nas plantas que, por sua vez, confere tolerância ao estresse pela manutenção do turgor celular ou equilíbrio osmótico; estabilidade das membranas e mantendo as espécies reativas de oxigênio (EROS)  dentro dos limites normais, evitando assim a oxidação. Trabalhos indicam maior tolerância ao estresse quando a prolina é fornecida exogenamente em baixas concentrações.No entanto, alguns relatos indicam efeitos tóxicos da prolina quando fornecidos exogenamente em concentrações mais altas. Neste artigo, revisamos e discutimos os efeitos da prolina exógena em plantas expostas a vários estresses abióticos. Numerosos exemplos de aplicação bem-sucedida de prolina exógena para melhorar a tolerância ao estresse são apresentados. Os papéis desempenhados pela prolina exógena em ambientes variados têm sido examinados e revistos criticamente.

Abstract

When exposed to stressful conditions, plants accumulate an array of metabolites, particularly amino acids. Amino acids have traditionally been considered as precursors to and constituents of proteins, and play an important role in plant metabolism and development. A large body of data suggests a positive correlation between proline accumulation and plant stress. Proline, an amino acid, plays a highly beneficial role in plants exposed to various stress conditions. Besides acting as an excellent osmolyte, proline plays three major
roles during stress, i.e., as a metal chelator, an antioxidative defense molecule and a signaling molecule. Review of the literature indicates that a stressful environment results in an overproduction of proline in plants which in turn imparts stress tolerance by maintaining cell turgor or osmotic balance; stabilizing membranes thereby preventing electrolyte leakage; and bringing concentrations of reactive oxygen
species (ROS) within normal ranges, thus preventing oxidative burst in plants. Reports indicate enhanced stress tolerance when proline is supplied exogenously at low concentrations.
However, some reports indicate toxic effects of proline when supplied exogenously at higher concentrations. In this article, we review and discuss the effects of exogenous proline on plants exposed to various abiotic stresses. Numerous examples of successful application of exogenous proline to improve stress tolerance are presented. The roles played by exogenous proline under varying environments have been critically examined and reviewed.