Arsenic transport, detoxification, and recent technologies for mitigation: A systemic review

Resumo

O arsênio (As) é um metaloide tóxico agudo que afeta o crescimento e o desenvolvimento das plantas. O As é encontrado no ambiente em formas orgânicas e inorgânicas, mas o arsenito As(III) e o arseniato As(V) são as formas mais prevalentes que impactam negativamente as plantas. As raízes expostas ao As podem absorvê-lo facilmente, principalmente por meio de transportadores que transportam nutrientes minerais vitais. O As chega à cadeia alimentar por meio de plantações irrigadas com água poluída por As e exerce um impacto negativo. Mesmo em níveis baixos, a exposição ao As interrompe o funcionamento regular das plantas, gerando um alto nível de espécies reativas de oxigênio (ROS), resultando em danos oxidativos e na interrupção do sistema redox. As plantas possuem mecanismos de defesa integrados para combater esses danos oxidativos. O desenvolvimento de uma cultura alimentar com níveis mais baixos de As depende da compreensão do processo molecular de destoxificação do As nas plantas, o que ajudará a reduzir o consumo de alimentos contaminados com As. Numerosos genes em plantas que podem fornecer tolerância em condições perigosas foram examinados usando técnicas de engenharia genética. A supressão de genes por RNA de interferência (RNAi) e a tecnologia CRISPR-Cas 9 (proteína 9 associada a CRISPR) revelaram uma abordagem intrigante para o desenvolvimento de uma cultura com níveis mínimos de As nas porções consumíveis. Este estudo visa apresentar informações atuais sobre as redes bioquímicas e moleculares associadas à absorção de As, bem como avanços recentes na área de mitigação de As usando ácido salicílico (AS) exógeno, Serendipita indica e ferramentas biotecnológicas em termos de geração de plantas tolerantes ao As com baixo acúmulo de As.

Abstract

Arsenic (As) is an acute toxic metalloid that affects plant growth and development. As is found in the environment in organic and inorganic forms, but arsenite As(III) and arsenate As(V) are the most prevalent forms that negatively impact the plants. Roots exposed to As can easily absorb it mainly through transporters that carry vital mineral nutrients. As reach the food chain via crops irrigated with As-polluted water and exerts a negative impact. Even at low levels, As exposure disrupts the regular functioning of plants by generating a high level of reactive oxygen species (ROS) results into oxidative damage, and disruption of redox system. Plants have built-in defence mechanisms to combat this oxidative damage. The development of a food crop with lower As levels is dependent upon understanding the molecular process of As detoxification in plants, which will help reduce the consumption of As-contaminated food. Numerous genes in plants that may provide tolerance under hazardous conditions have been examined using genetic engineering techniques. The suppression of genes by RNA interference (RNAi) and CRISPR-Cas 9 (CRISPR associated protein 9) technology revealed an intriguing approach for developing a crop that has minimal As levels in consumable portions. This study aims to present current information on the biochemical and molecular networks associated with As uptake, as well as recent advances in the field of As mitigation using exogenous salicylic acid (SA), Serendipita indica and biotechnological tools in terms of generating As-tolerant plants with low As accumulation.