Hydrogen peroxide priming modulates abiotic oxidative stress tolerance: insights from ROS detoxification and scavenging

Les plantes sont constamment confrontées à divers stress abiotiques qui affectent négativement la croissance et la productivité dans le monde entier. Au cours de leur évolution, les plantes ont développé des mécanismes sophistiqués pour reconnaître les signaux externes leur permettant de répondre de manière appropriée aux conditions environnementales, bien que le degré d'adaptabilité ou de tolérance aux stress spécifiques diffère d'une espèce à l'autre. La surproduction d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) (peroxyde d'hydrogène, H2O2 ; superoxyde, O2 ? ; radical hydroxyle, OH. et oxygène singulet, 1O2) est augmentée sous des stress abiotiques et/ou biotiques, ce qui peut causer des dommages oxydatifs aux macromolécules et aux structures cellulaires des plantes, entraînant l'inhibition de la croissance et du développement des plantes, voire la mort. Parmi les différents ROS, le H2O2 librement diffusible et à durée de vie relativement longue joue un rôle central dans les voies de transduction des signaux de stress. Ces voies peuvent ensuite activer de multiples réponses acclamatoires qui renforcent la résistance à divers facteurs de stress abiotiques et biotiques. Pour utiliser H2O2 comme molécule de signalisation, les niveaux non toxiques doivent être maintenus dans un équilibre délicat entre la production de H2O2 et le piégeage. Plusieurs études récentes ont démontré que l'amorçage H2O2 peut améliorer la tolérance au stress abiotique en modulant la détoxification des ROS et en régulant de multiples voies sensibles au stress et l'expression des gènes. Malgré l'importance de l'amorçage au H2O2, on sait peu de choses sur la façon dont ce processus améliore la tolérance des plantes au stress. Comprendre les mécanismes de tolérance au stress abiotique induit par l'amorçage H2O2 sera utile pour identifier des stratégies biotechnologiques visant à améliorer la tolérance au stress abiotique chez les plantes cultivées. Cette revue est un aperçu de nos connaissances actuelles sur les mécanismes possibles associés à la tolérance au stress oxydatif abiotique induit par H2O2 chez les plantes, avec une référence particulière au métabolisme antioxydant.

Las plantas se enfrentan constantemente a diversas tensiones abióticas que afectan negativamente al crecimiento y la productividad en todo el mundo. Durante el curso de su evolución, las plantas han desarrollado mecanismos sofisticados para reconocer señales externas que les permiten responder adecuadamente a las condiciones ambientales, aunque el grado de ajustabilidad o tolerancia a tensiones específicas difiere de una especie a otra. La sobreproducción de especies reactivas de oxígeno (ROS) (peróxido de hidrógeno, H2O2; superóxido, O2); radical hidroxilo, OH. y oxígeno singlete, 1O2) se ve potenciada bajo estrés abiótico y/o biótico, lo que puede causar daño oxidativo a las macromoléculas y estructuras celulares de las plantas, lo que lleva a la inhibición del crecimiento y desarrollo de las plantas, o a la muerte. Entre las diversas ROS, el H2O2 libremente difusible y de vida relativamente larga actúa como un actor central en las vías de transducción de señales de estrés. Estas vías pueden activar múltiples respuestas aclamatorias que refuerzan la resistencia a varios factores de estrés abióticos y bióticos. Para utilizar H2O2 como molécula de señalización, los niveles no tóxicos deben mantenerse en un delicado equilibrio entre la producción de H2O2 y la eliminación. Varios estudios recientes han demostrado que la sensibilización con H2O2 puede mejorar la tolerancia al estrés abiótico mediante la modulación de la desintoxicación de ROS y mediante la regulación de múltiples vías sensibles al estrés y la expresión génica. A pesar de la importancia del cebado con H2O2, se sabe poco sobre cómo este proceso mejora la tolerancia de las plantas al estrés. Comprender los mecanismos de la tolerancia al estrés abiótico inducida por el cebado con H2O2 será valioso para identificar estrategias biotecnológicas para mejorar la tolerancia al estrés abiótico en las plantas de cultivo. Esta revisión es una visión general de nuestro conocimiento actual de los posibles mecanismos asociados con la tolerancia al estrés oxidativo abiótico inducido por H2O2 en las plantas, con especial referencia al metabolismo antioxidante.

Plants are constantly challenged by various abiotic stresses that negatively affect growth and productivity worldwide. During the course of their evolution, plants have developed sophisticated mechanisms to recognize external signals allowing them to respond appropriately to environmental conditions, although the degree of adjustability or tolerance to specific stresses differs from species to species. Overproduction of reactive oxygen species (ROS) (hydrogen peroxide, H2O2; superoxide, O2ˉ˙; hydroxyl radical, OH. and singlet oxygen, 1O2) is enhanced under abiotic and/or biotic stresses, which can cause oxidative damage to plant macromolecules and cell structures, leading to inhibition of plant growth and development, or to death. Among the various ROS, freely diffusible and relatively long-lived H2O2 acts as a central player in stress signal transduction pathways. These pathways can then activate multiple acclamatory responses that reinforce resistance to various abiotic and biotic stressors. To utilize H2O2 as a signaling molecule, non-toxic levels must be maintained in a delicate balancing act between H2O2 production and scavenging. Several recent studies have demonstrated that the H2O2-priming can enhance abiotic stress tolerance by modulating ROS detoxification and by regulating multiple stress-responsive pathways and gene expression. Despite the importance of the H2O2-priming, little is known about how this process improves the tolerance of plants to stress. Understanding the mechanisms of H2O2-priming-induced abiotic stress tolerance will be valuable for identifying biotechnological strategies to improve abiotic stress tolerance in crop plants. This review is an overview of our current knowledge of the possible mechanisms associated with H2O2-induced abiotic oxidative stress tolerance in plants, with special reference to antioxidant metabolism.

تواجه النباتات تحديات مستمرة بسبب الضغوط اللاأحيائية المختلفة التي تؤثر سلبًا على النمو والإنتاجية في جميع أنحاء العالم. خلال تطورها، طورت النباتات آليات متطورة للتعرف على الإشارات الخارجية مما يسمح لها بالاستجابة بشكل مناسب للظروف البيئية، على الرغم من أن درجة قابلية التكيف أو التسامح مع ضغوط محددة تختلف من نوع إلى آخر. يتم تعزيز الإنتاج المفرط لأنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) (بيروكسيد الهيدروجين، H2O2 ؛ أكسيد فائق، O2 ؟؛ جذر الهيدروكسيل، أوه. وأكسجين أحادي، 1O2) تحت الضغوط اللاأحيائية و/أو الحيوية، والتي يمكن أن تسبب ضررًا مؤكسدًا للجزيئات الكبيرة للنبات وهياكل الخلايا، مما يؤدي إلى تثبيط نمو النبات وتطوره، أو حتى الموت. من بين ROS المختلفة، يعمل H2O2 القابل للانتشار بحرية وطويل العمر نسبيًا كلاعب مركزي في مسارات نقل إشارة الإجهاد. يمكن لهذه المسارات بعد ذلك تنشيط استجابات تزاوجية متعددة تعزز المقاومة لمختلف الضغوطات اللاأحيائية والحيوية. لاستخدام H2O2 كجزيء للإشارة، يجب الحفاظ على مستويات غير سامة في عمل توازن دقيق بين إنتاج H2O2 وكسحه. أظهرت العديد من الدراسات الحديثة أن تحضير H2O2 يمكن أن يعزز تحمل الإجهاد اللاأحيائي من خلال تعديل إزالة السموم من ROS ومن خلال تنظيم مسارات متعددة تستجيب للإجهاد والتعبير الجيني. على الرغم من أهمية تحضير H2O2، لا يُعرف سوى القليل عن كيفية تحسين هذه العملية لتحمل النباتات للإجهاد. سيكون فهم آليات تحمل الإجهاد اللاأحيائي الناجم عن H2O2 مفيدًا لتحديد استراتيجيات التكنولوجيا الحيوية لتحسين تحمل الإجهاد اللاأحيائي في نباتات المحاصيل. هذه المراجعة هي نظرة عامة على معرفتنا الحالية بالآليات المحتملة المرتبطة بتحمل الإجهاد التأكسدي اللاأحيائي الناجم عن H2O2 في النباتات، مع إشارة خاصة إلى الأيض المضاد للأكسدة.