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Plant nitrogen nutrition: sensing and signaling

G. Xu, T. Beeckman, W. Xuan

Esta revisão aborda os complexos mecanismos pelos quais as plantas percebem e respondem às flutuações na disponibilidade de nitrogênio no solo. A detecção de nitrogênio ocorre na rizosfera, envolvendo transportadores, e é influenciada por fatores externos como pH, disponibilidade de água e microrganismos do solo. O entendimento dessas redes regulatórias é fundamental para desenvolver estratégias que aumentem a eficiência de aquisição de nitrogênio pelas raízes em condições variáveis, contribuindo para a produtividade agrícola e a sustentabilidade.

Transportador de amônio, transportador de nitrato, fator de transcrição, Arabidopsis thaliana, desenvolvimento radicular, faixas de concentração, responsivo, genes, funções do CHL1, arroz, expressão gênica

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GORK channel: A master switch of plant metabolism?

G. Chen, G. D. Adem, L. Shabala, S. Shabala, Z. H. Chen

Esta revisão propõe que os canais de efluxo de potássio GORK atuam como um interruptor do metabolismo celular em plantas, ajustando a homeostase intracelular de K⁺ em resposta a condições ambientais alteradas. Evidências indicam que moléculas sinalizadoras, como ácido gama-aminobutírico (GABA), proteínas G, ATP e fosfatases, regulam esses canais, integrando respostas a estresses bióticos e abióticos. Essa regulação fina maximiza o potencial adaptativo das plantas, posicionando os canais GORK como um elo central entre o metabolismo e a tolerância a estresses.

Ácido gama-aminobutírico (GABA), proteína G, nucleotídeo cíclico, ATP, canal de efluxo de potássio, evolução molecular

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Structural basis for silicic acid uptake by higher plants

A. Baslé, B. van den Berg, C. Pedebos, C. V. Robinson, J. R. Bolla, S. Khalid

Este artigo desvendou a estrutura tridimensional do canal OsNIP2;1 do arroz, uma aquaporina responsável pela absorção de ácido silícico pelas raízes. A estrutura cristalográfica revelou um filtro de seletividade extracelular com cinco resíduos e diâmetro amplo, além de um mecanismo de regulação por uma alça citoplasmática. Simulações de dinâmica molecular mostraram como o ácido silícico interage com o filtro antes de atravessar a membrana, fornecendo a base para entender a seletividade dos transportadores de silício. Esses achados são fundamentais para o desenvolvimento de culturas mais eficientes na absorção de silício, um elemento benéfico que confere resistência a estresses bióticos e abióticos.

Transporte de ácido silícico, canal de proteína intrínseca semelhante à nodulina 26 (NIP), aquaporina, estrutura cristalina por raios X, dinâmica molecular

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Plant microbiomes alleviate abiotic stress-associated damage in crops and enhance climate-resilient agriculture

F. Ullah, M. S. Akhtar, M. Siraj, S. Ali, W. Zaman

Esta revisão explora como os microrganismos associados às plantas aliviam estresses abióticos como seca, salinidade, temperaturas extremas e toxicidade por metais pesados, e discute avanços em estratégias de engenharia do microbioma, incluindo biologia sintética, consórcios microbianos, metagenômica e CRISPR-Cas. A integração dessas soluções em práticas agrícolas inteligentes para o clima pode contribuir para a sustentabilidade a longo prazo e a segurança alimentar global.

Microbiomas de plantas, estresse abiótico, mudanças climáticas, plantas cultivadas, consórcios microbianos, biologia sintética, resiliência ao estresse, metagenômica, agricultura sustentável

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Molecular communication of microbial plant biostimulants in the rhizosphere under abiotic stress conditions

M. S. Akhtar, M. Siraj, S. Ali, W. Zaman

Esta revisão aborda como microrganismos benéficos, como rizobactérias e fungos micorrízicos, comunicam-se molecularmente com as plantas na rizosfera para aumentar a tolerância a estresses abióticos. Os bioestimulantes microbianos atuam por meio da produção de fitormônios, solubilização de nutrientes, ajuste osmótico e ativação de enzimas antioxidantes. A revisão defende uma abordagem multidisciplinar e o uso de ferramentas moleculares, como CRISPR, para otimizar formulações e aplicações em sistemas agroecológicos diversos, visando uma agricultura mais sustentável e resiliente às mudanças climáticas.

Bioestimulantes microbianos para plantas, estresse abiótico, interações planta-micróbio, produção de fitohormônios, atividade de enzimas antioxidantes, transcriptômica, proteômica, CRISPR, PGPR, fungos micorrízicos

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Chloride: not simply a ‘cheap osmoticum’, but a beneficial plant macronutrient

M. Gilliham, S. W. Henderson, S. Wege

Esta revisão demonstra que o cloreto, tradicionalmente considerado um micronutriente, atua como um macronutriente benéfico para as plantas, promovendo aumento de biomassa, expansão foliar, melhor eficiência no uso da água e do nitrogênio. A revisão explora as vias de absorção e translocação do cloreto, os mecanismos de transporte e sua seletividade em relação ao nitrato, além de discutir seu papel como osmorregulador e seus efeitos benéficos sobre a capacidade de retenção de água e a eficiência do uso de nitrogênio. O cloreto acumula-se em concentrações milimolares na maioria das plantas, e sua adição ao meio de crescimento, em níveis acima do micronutriente, melhora o crescimento, mesmo em espécies não halófitas.

Benéfico, cloreto, macronutriente, nitrato, osmótico, seletividade, transporte, turgor

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Zinc in plants: Integrating homeostasis and biofortification

C. Stanton, D. Podar, D. Sanders, U. Krämer

Esta revisão integra os conhecimentos atuais sobre a homeostase de zinco em plantas, abordando desde a aquisição radicular e distribuição até os mecanismos moleculares de tolerância ao excesso e à deficiência. O zinco é um micronutriente essencial para as plantas, e sua deficiência no solo e na dieta humana é um problema global de saúde pública. A revisão também apresenta um panorama das estratégias de biofortificação de culturas com zinco, visando aumentar o teor do nutriente nos grãos e reduzir a desnutrição humana.

Zinc, biofortificación, homeostasis de Zn, cereales, Arabidopsis, cebada, trigo, arroz

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Guttation: Mechanism, Momentum and Modulation

S. Singh

Esta revisão integra conhecimentos clássicos e recentes sobre os mecanismos e a regulação da gutação, destacando o papel da pressão radicular, da atividade das células do parênquima do xilema e da modulação por aquaporinas. A gutação, fenômeno visível de exsudação de gotículas de água pelas folhas, é um processo fisiológico complexo, ainda pouco compreendido, que envolve a pressão radicular e o transporte de água e solutos. O processo é regulado por interações finas entre fatores internos (hormônios, potenciais de membrana), externos (temperatura, luz) e edáficos, e envolve a atividade de proteínas contráteis e canais iônicos. A compreensão da gutação tem implicações para a nutrição vegetal e para a disseminação de patógenos.

Ácido abscísico, aquaporinas, sinal químico-mecanossensorial, proteínas contráteis, cotransporte de água, H+-ATPases, mecanismo metabólico, mecanismo osmótico, pressão radicular

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Phosphorus-solubilizing microorganisms: A key to sustainable agriculture

A. M. X. Carvalho, J. Dória, L. I. Silva, M. C. Pereira, M. Pasqual, V. H. Buttrós

Esta revisão aborda o papel dos microrganismos solubilizadores de fósforo como uma alternativa sustentável para otimizar o uso desse nutriente essencial na agricultura. São discutidos os principais mecanismos de solubilização e mineralização do fósforo, destacando como bactérias e fungos podem converter formas insolúveis em disponíveis para as plantas, reduzindo a dependência de fertilizantes fosfatados. A revisão também explora os benefícios da inoculação desses microrganismos para as culturas e as práticas de manejo que podem aumentar a eficiência do uso do fósforo, contribuindo para a sustentabilidade ambiental e socioeconômica.

Mobilização de fósforo, mineralização, mecanismos microbianos, recursos naturais, agricultura sustentável, microrganismos promotores do crescimento vegetal

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Copper stress in rice: Perception, signaling, bioremediation and future prospects

D. Akhter, D. K. Bhattacharjya, F. Islam, J. Chen, M. M. Rob, M. S. S. Khan, T. Islam

Esta revisão aborda a dinâmica do cobre em solos agrícolas, as fontes de contaminação, os mecanismos de absorção e translocação, e as estratégias de defesa da planta, como a quelação, a compartimentalização e as respostas antioxidantes. O acúmulo excessivo de cobre em solos agrícolas, frequentemente por ação antrópica, compromete a germinação, o crescimento e a fotossíntese do arroz, reduzindo a fertilidade do solo e a produtividade da cultura. A revisão também destaca a necessidade de programas de melhoramento para desenvolver variedades de arroz com menor acúmulo de cobre, além de recomendar medidas regulatórias e de manejo para prevenir a contaminação e atingir metas agrícolas sustentáveis.

Arroz, toxicidade do Cu, sinalização de estresse, mecanismo de defesa, biorremediação

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Altered cell wall plasticity can restrict plant growth under ammonium nutrition

A. Podgórska, B. Szal, D. Solecka, J. Zebrowski, K. Gieczewska, M. Burian, M. Ostaszewska-Bugajska

Este artigo demonstrou que plantas de Arabidopsis thaliana cultivadas com excesso de amônio apresentam células menores com paredes mais espessas, maior densidade de microfibrilas de celulose e maior resistência à tração. A toxicidade do amônio está associada à redução da atividade de enzimas que hidrolisam pectinas e de expansinas, além do aumento da atividade de peroxidases, que promovem a reticulação dos polímeros da parede. Essas alterações comprometem a expansão celular e reforça a importância do manejo adequado da fonte de nitrogênio em sistemas agrícolas.

Síndrome de toxicidade por amônio, reticulação de polissacarídeos da parede celular, enzimas modificadoras da parede celular, rigidez da parede celular, inibição do crescimento, rigidez à tração

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Phosphorus (P) and Zinc (Zn) nutrition constraints: A perspective of linking soil application with plant regulations

F. Nadeem, F. Waseem, L. Deng, N. Ali, R. Mahmood, R. Wang, S. Abbas, S. Bibi, X. Li, Y. Zhong

Esta revisão aborda a dinâmica do fósforo e zinco no sistema solo-planta, explorando os progressos no conhecimento sobre transportadores e reguladores de fósforo e zinco, com o objetivo de vincular as práticas de aplicação ao solo com os mecanismos de regulação vegetal. A coexistência de fósforo e zinco no solo representa um desafio global para a nutrição de plantas, tanto em solos ácidos quanto em solos alcalinos calcários, devido à precipitação de fosfato de zinco. A compreensão integrada desses processos é essencial para superar as restrições de disponibilidade e otimizar a nutrição das culturas.

Antagonismo entre P e Zn, taxas de aplicação no solo, acúmulo em tecido vegetal, genes responsivos a P e Zn, culturas agrícolas

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Synergistic effects of nitrogen metabolites on auxin regulating plant growth and development

S. Yuan, X. Y. Yang, Y. F. Fu, Z. W. Zhang

Este artigo de opinião explora as interações sinérgicas entre metabólitos do nitrogênio como nitrato, amônio, triptofano e óxido nítrico, e a auxina na regulação do crescimento e desenvolvimento vegetal. Essas interações sinérgicas aprofundam a compreensão de como o metabolismo do nitrogênio influencia processos como germinação, elongação radicular, gravitropismo e floração, abrindo caminho para estratégias de manejo nutricional mais eficientes.

Metabólitos de nitrogênio, amônio, nitrato redutase, óxido nítrico, triptofano aminotransferase, sinalização e transporte de auxina

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Plant drought stress: effects, mechanisms and management

A. Wahid, D. Fujita, M. Farooq, N. Kobayashi, S. M. A. Basra

Esta revisão descreve os efeitos da seca em nível morfológico, fisiológico e molecular, e apresenta as estratégias de manejo para mitigar seus impactos. As plantas respondem ao déficit hídrico por meio de mecanismos como o fechamento estomático, o ajuste osmótico com solutos como prolina e glicina-betaína, e a ativação de genes de resposta à desidratação. O manejo do déficit hídrico envolve desde o melhoramento genético e a seleção assistida por marcadores até a aplicação exógena de hormônios e osmoprotetores, visando aumentar a resiliência das culturas e garantir a segurança alimentar.

Resposta à seca, oscilação estomática, osmoprotetores, hormônios, proteínas de estresse, manejo da seca, CO2

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Chloride: from nutrient to toxicant

C. Geilfus

Esta revisão aborda o papel dual do cloreto nas plantas, funcionando como um micronutriente essencial em baixas concentrações, mas tornando-se um tóxico em solos salinizados. O acúmulo excessivo de cloreto em plantas sensíveis ao sal causa clorose e necrose, reduzindo a produtividade das culturas. O artigo propõe explicações mecanísticas para os danos induzidos pelo cloreto e revisa estratégias que as plantas utilizam para evitar seu acúmulo excessivo.

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Effect of manganese-rich solid waste on soil phosphorus availability applied as monopotassium and rock phosphate in two contrasting soils

K. Abdalla, L. Titshall, M. A. Elsheikh, P. Muchaonyerwa

Este artigo investigou como a adição de resíduos sólidos ricos em manganês afeta a disponibilidade de fósforo em solos de texturas contrastantes, utilizando duas fontes de fósforo. Os resultados mostraram que a adição do resíduo de manganês reduziu significativamente a disponibilidade de fósforo em ambos os solos, com as maiores reduções no solo arenoso. Os achados indicam que o resíduo rico em manganês tem melhor desempenho em solos argilosos com adição de fosfato de rocha, abrindo caminho para estratégias de fitorremediação e reaproveitamento de resíduos da mineração.

Rocha fosfática, KH2PO4, experimento de incubação, resíduos de mineração, África do Sul

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Nutrient cycling is an important mechanism for homeostasis in plant cells

I. Dreyer

Este artigo revela que a manutenção da concentração de nutrientes no citosol das plantas depende de uma rede de transportadores de membrana com diferentes mecanismos de energização. Através de simulações matemáticas, o estudo demonstra que um único tipo de transportador é insuficiente para ajustar a concentração iônica em resposta a diferentes condições externas. Este entendimento abre caminho para o desenvolvimento de estratégias que aumentem a eficiência do uso de nutrientes pelas plantas, considerando a complexa interação das redes de transporte a nível celular.

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Silicon as a Smart Fertilizer for Sustainability and Crop Improvement

A. Ghimire, J. Q. Attipoe, L. Lay, R. Tayade, W. Khan, Y. Kim

Esta revisão aborda o potencial do silício como um "fertilizante inteligente" para a agricultura sustentável, discutindo os diferentes tipos de fertilizantes à base de silício, suas aplicações, disponibilidade e resultados de experimentos em campo e casa de vegetação. A revisão destaca que a aplicação de fertilizantes à base de silício deve aumentar no futuro, especialmente com o advento da nanotecnologia, que pode ampliar ainda mais sua eficiência e uso. Os autores reforçam a necessidade de maior conscientização e investigação científica sobre o nanoSi, posicionando esta revisão como um ponto de partida para futuras pesquisas e para a promoção do silício como uma ferramenta chave para a melhoria da produtividade agrícola e da sustentabilidade.

Silício, fertilizantes, agricultura, sustentabilidade, estresse abiótico e biótico, transportadores de Si

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Root and cell hydraulic conductivity, apoplastic barriers and aquaporin gene expression in barley (Hordeum vulgare L.) grown with low supply of potassium

D. Meng, F. Corre, J. Althea Sirigiri, O. Coffey, R. Bonfield, W. Fricke

Este artigo investigou como a deficiência de potássio afeta as propriedades hidráulicas das raízes de cevada (Hordeum vulgare). Os resultados indicam que a regulação da condutividade hidráulica das raízes, possivelmente mediada pela modulação da expressão de aquaporinas, é um mecanismo primário de ajuste para equilibrar a absorção de água com a perda por transpiração sob condições de baixo potássio. Assim em resposta à baixa disponibilidade de potássio, as plantas aumentaram a relação superfície radicular/parte aérea, mas reduziram significativamente a condutividade hidráulica das raízes e das células do córtex.

Aquaporina, cevada (Hordeum vulgare), banda de Caspary, sonda de pressão celular, endoderme, proteína intrínseca da membrana plasmática, potássio, condutividade hidráulica da raiz, suberina, transpiração

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