Unraveling the potential of hydrogen sulfide as a signaling molecule for plant development and environmental stress responses: A state-of-the-art review

Resumo

Na última década, inúmeras pesquisas têm esclarecido os papéis multifacetados do sulfeto de hidrogênio (H2S) na fisiologia vegetal. Essa molécula gasosa, dotada de propriedades de sinalização, desempenha um papel fundamental na mitigação do estresse oxidativo induzido por metais e no fortalecimento da capacidade da planta de resistir a condições ambientais adversas. Ela desempenha diversas funções na regulação do desenvolvimento vegetal, ao mesmo tempo em que ameniza os impactos adversos de estressores ambientais. As intrincadas conexões entre óxido nítrico (NO), peróxido de hidrogênio (H2O2) e sulfeto de hidrogênio na sinalização vegetal, juntamente com seu envolvimento em processos químicos diretos, contribuem para facilitar as modificações pós-traducionais (PTMs) de proteínas que têm como alvo resíduos de cisteína. Portanto, a presente revisão oferece uma visão geral abrangente das vias metabólicas do enxofre reguladas pelo sulfeto de hidrogênio, juntamente com os avanços na compreensão de suas atividades biológicas no crescimento e desenvolvimento vegetal. Especificamente, o artigo se concentra nos papéis fisiológicos do H2S na resposta a estressores ambientais para explorar a importância crucial de diferentes doadores de sulfeto de hidrogênio administrados exogenamente na mitigação da toxicidade associada a metais pesados ​​(MHs). Esses doadores são de extrema importância para facilitar o desenvolvimento das plantas, estabilizar processos fisiológicos e bioquímicos e aumentar as vias metabólicas antioxidantes. Além disso, a revisão investiga a interação entre diferentes reguladores de crescimento e o sulfeto de hidrogênio endógeno e suas contribuições para a mitigação da fitotoxicidade induzida por metais.

Abstract

Over the past decade, a plethora of research has illuminated the multifaceted roles of hydrogen sulfide (H2S) in plant physiology. This gaseous molecule, endowed with signaling properties, plays a pivotal role in mitigating metal-induced oxidative stress and strengthening the plant’s ability to withstand harsh environmental conditions. It fulfils several functions in regulating plant development while ameliorating the adverse impacts of environmental stressors. The intricate connections among nitric oxide (NO), hydrogen peroxide (H2O2), and hydrogen sulfide in plant signaling, along with their involvement in direct chemical processes, are contributory in facilitating post-translational modifications (PTMs) of proteins that target cysteine residues. Therefore, the present review offers a comprehensive overview of sulfur metabolic pathways regulated by hydrogen sulfide, alongside the advancements in understanding its biological activities in plant growth and development. Specifically, it centres on the physiological roles of H2S in responding to environmental stressors to explore the crucial significance of different exogenously administered hydrogen sulfide donors in mitigating the toxicity associated with heavy metals (HMs). These donors are of utmost importance in facilitating the plant development, stabilization of physiological and biochemical processes, and augmentation of anti-oxidative metabolic pathways. Furthermore, the review delves into the interaction between different growth regulators and endogenous hydrogen sulfide and their contributions to mitigating metal-induced phytotoxicity.