Stress priming mechanisms that enhance plant high temperature tolerance

Resumo

O estresse por calor é um estresse abiótico primário para o crescimento das plantas, particularmente para espécies de clima temperado. Há evidências crescentes de que a pré‑exposição de plantas a estresse moderado (stress priming) pode aumentar a tolerância da planta a um evento de calor posterior, um fenômeno conhecido como tolerância ao estresse adquirida. A tolerância das plantas ao calor ou termotolerância pode ser melhorada por meio da exposição prévia a níveis de curta duração, moderados ou leves de choque térmico, estresse hídrico ou estresse pelo frio. Esta revisão resume a literatura atual sobre a eficácia do priming de estresse na tolerância ao calor, manifestada pela melhoria da saúde fisiológica, crescimento e produção de produtividade em várias espécies de plantas. Ela discute os mecanismos subjacentes da tolerância ao calor adquirida por meio do priming de plantas por exposição prévia ao calor, seca ou estresse pelo frio, com foco na regulação molecular, fotossíntese, metabolismo antioxidante, metabolismo hormonal e reprogramação metabólica. Além disso, esta revisão oferece perspectivas de pesquisa futuras para compreender melhor os mecanismos de tolerância ao estresse cruzado e as estratégias para melhorar a tolerância das plantas a diferentes estresses abióticos por meio do priming.

Abstract

Heat stress is a primary abiotic stress for plant growth, particularly temperate plant species. There is increasing evidence that pre-exposing plants to mild stress (stress priming) can enhance plant tolerance to a later heat event, a phenomenon known as acquired stress tolerance. Plant tolerance to heat or thermotolerance can be improved through prior exposure to short-term, mild, or moderate levels of heat shock, drought, or cold stress. This review summarizes current literature on the effectiveness of stress priming on heat tolerance, as manifested by improved physiological health, growth and yield production in various plant species. It discusses underlying mechanisms of acquired heat tolerance through priming of plants by prior exposure to heat, drought or cold stress, focusing on molecular regulation, photosynthesis, antioxidant metabolism, hormone metabolism, and metabolic reprogramming. Additionally, this review offers future research perspectives to further understand cross-stress tolerance mechanisms and strategies for improving plant tolerance to different abiotic stress through priming.