Published December 22, 2021
| Version v1
Publication
Open
Mitigation of Environmental Stress-Impacts in Plants: Role of Sole and Combinatory Exogenous Application of Glutathione
Creators
- 1. Monash University Malaysia
- 2. Universiti Teknologi MARA
- 3. Selçuk University
- 4. University of Phayao
- 5. Siriraj Hospital
- 6. Mahidol University
- 7. Xiamen University Malaysia
- 8. Zhejiang University
Description
Glutathione (GSH; γ-glutamyl-cysteinyl-glycine), a low-molecular-weight thiol, is the most pivotal metabolite involved in the antioxidative defense system of plants. The modulation of GSH on the plant in response to environmental stresses could be illustrated through key pathways such as reactive oxygen species (ROS) scavenging and signaling, methylglyoxal (MG) detoxification and signaling, upregulation of gene expression for antioxidant enzymes, and metal chelation and xenobiotic detoxification. However, under extreme stresses, the biosynthesis of GSH may get inhibited, causing an excess accumulation of ROS that induces oxidative damage on plants. Hence, this gives rise to the idea of exploring the use of exogenous GSH in mitigating various abiotic stresses. Extensive studies conducted borne positive results in plant growth with the integration of exogenous GSH. The same is being observed in terms of crop yield index and correlated intrinsic properties. Though, the improvement in plant growth and yield contributed by exogenous GSH is limited and subjected to the glutathione pool [GSH/GSSG; the ratio of reduced glutathione (GSH) to oxidized glutathione (GSSG)] homeostasis. Therefore, recent studies focused on the sequenced application of GSH was performed in order to complement the existing limitation. Along with various innovative approaches in combinatory use with different bioactive compounds (proline, citric acid, ascorbic acid, melatonin), biostimulants (putrescine, Moringa leaf extract, selenium, humic acid), and microorganisms (cyanobacteria) have resulted in significant improvements when compared to the individual application of GSH. In this review, we reinforced our understanding of biosynthesis, metabolism and consolidated different roles of exogenous GSH in response to environmental stresses. Strategy was also taken by focusing on the recent progress of research in this niche area by covering on its individualized and combinatory applications of GSH prominently in response to the abiotic stresses. In short, the review provides a holistic overview of GSH and may shed light on future studies and its uses.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الجلوتاثيون (GSH ؛ γ - glutamyl - cysteinyl - glycine)، وهو ثيول منخفض الوزن الجزيئي، هو أكثر المستقلبات المحورية المشاركة في نظام الدفاع المضاد للأكسدة للنباتات. يمكن توضيح تعديل الهرمون المنبه للجريب في النبات استجابة للضغوط البيئية من خلال المسارات الرئيسية مثل كسح أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) وإرسال الإشارات، وإزالة السموم من الميثيل جليوكسال (MG) وإرسال الإشارات، وزيادة تنظيم التعبير الجيني للإنزيمات المضادة للأكسدة، واستخلاب المعادن وإزالة السموم الغريبة. ومع ذلك، في ظل الضغوط الشديدة، قد يتم تثبيط التخليق الحيوي لـ GSH، مما يتسبب في تراكم زائد لـ ROS مما يؤدي إلى تلف مؤكسد للنباتات. وبالتالي، فإن هذا يؤدي إلى فكرة استكشاف استخدام GSH الخارجي في التخفيف من الضغوط اللاأحيائية المختلفة. أسفرت الدراسات المكثفة التي أجريت عن نتائج إيجابية في نمو النبات مع دمج الهرمون المنبه للدرقية الخارجي. ويلاحظ الشيء نفسه من حيث مؤشر غلة المحاصيل والخصائص الجوهرية المترابطة. على الرغم من ذلك، فإن التحسن في نمو النبات والمحصول الذي يساهم به GSH الخارجي محدود ويخضع لتجمع الجلوتاثيون [GSH/GSSG ؛ نسبة الجلوتاثيون المنخفض (GSH) إلى الجلوتاثيون المؤكسد (GSSG)] التوازن. لذلك، تم إجراء دراسات حديثة ركزت على التطبيق المتسلسل لـ GSH من أجل استكمال القيود الحالية. إلى جانب العديد من الأساليب المبتكرة في الاستخدام التوافقي مع المركبات النشطة بيولوجيًا المختلفة (البرولين، وحمض الستريك، وحمض الأسكوربيك، والميلاتونين)، والمنشطات الحيوية (البوتريسين، ومستخلص أوراق المورينجا، والسيلينيوم، وحمض الهيوميك)، والكائنات الحية الدقيقة (البكتيريا الزرقاء) أدت إلى تحسينات كبيرة عند مقارنتها بالتطبيق الفردي لـ GSH. في هذه المراجعة، عززنا فهمنا للتركيب الحيوي والتمثيل الغذائي وعززنا الأدوار المختلفة لـ GSH الخارجي استجابة للضغوط البيئية. كما تم اتخاذ الاستراتيجية من خلال التركيز على التقدم الأخير للبحث في هذا المجال المتخصص من خلال تغطية تطبيقاته الفردية والتوليفية لـ GSH بشكل بارز استجابة للضغوط اللاأحيائية. باختصار، تقدم المراجعة نظرة عامة شاملة على GSH وقد تسلط الضوء على الدراسات المستقبلية واستخداماتها.Translated Description (French)
Le glutathion (GSH ; γ-glutamyl-cystéinyl-glycine), un thiol de faible poids moléculaire, est le métabolite le plus important impliqué dans le système de défense antioxydant des plantes. La modulation du GSH sur la plante en réponse aux stress environnementaux pourrait être illustrée par des voies clés telles que le piégeage et la signalisation des espèces réactives de l'oxygène (ROS), la détoxification et la signalisation du méthylglyoxal (MG), la régulation à la hausse de l'expression des gènes pour les enzymes antioxydantes, et la chélation des métaux et la détoxification xénobiotique. Cependant, sous des contraintes extrêmes, la biosynthèse du GSH peut être inhibée, provoquant une accumulation excessive de ROS qui induit des dommages oxydatifs sur les plantes. Par conséquent, cela donne lieu à l'idée d'explorer l'utilisation de GSH exogène pour atténuer divers stress abiotiques. Des études approfondies menées ont donné des résultats positifs sur la croissance des plantes avec l'intégration de GSH exogène. La même chose est observée en termes d'indice de rendement des cultures et de propriétés intrinsèques corrélées. Cependant, l'amélioration de la croissance et du rendement des plantes apportée par le GSH exogène est limitée et soumise à l'homéostasie du pool de glutathion [GSH/GSSG ; le rapport du glutathion réduit (GSH) au glutathion oxydé (GSSG)]. Par conséquent, des études récentes axées sur l'application séquencée du GSH ont été réalisées afin de compléter la limitation existante. Parallèlement à diverses approches innovantes en utilisation combinatoire avec différents composés bioactifs (proline, acide citrique, acide ascorbique, mélatonine), les biostimulants (putrescine, extrait de feuilles de Moringa, sélénium, acide humique) et les micro-organismes (cyanobactéries) ont entraîné des améliorations significatives par rapport à l'application individuelle de GSH. Dans cette revue, nous avons renforcé notre compréhension de la biosynthèse, du métabolisme et consolidé les différents rôles du GSH exogène en réponse aux stress environnementaux. La stratégie a également été adoptée en se concentrant sur les progrès récents de la recherche dans ce domaine de niche en couvrant ses applications individualisées et combinatoires de GSH en bonne place en réponse aux stress abiotiques. En bref, la revue fournit un aperçu holistique du GSH et peut faire la lumière sur les études futures et ses utilisations.Translated Description (Spanish)
El glutatión (GSH; γ-glutamil-cisteinil-glicina), un tiol de bajo peso molecular, es el metabolito más importante involucrado en el sistema de defensa antioxidante de las plantas. La modulación del GSH en la planta en respuesta al estrés ambiental podría ilustrarse a través de vías clave como la eliminación y señalización de especies reactivas de oxígeno (ROS), la desintoxicación y señalización de metilglioxal (MG), la regulación positiva de la expresión génica para enzimas antioxidantes y la quelación de metales y la desintoxicación xenobiótica. Sin embargo, bajo tensiones extremas, la biosíntesis de GSH puede inhibirse, causando una acumulación excesiva de ROS que induce daño oxidativo en las plantas. Por lo tanto, esto da lugar a la idea de explorar el uso de GSH exógeno en la mitigación de diversas tensiones abióticas. Amplios estudios realizados dieron resultados positivos en el crecimiento de las plantas con la integración de GSH exógeno. Lo mismo se está observando en términos de índice de rendimiento de los cultivos y propiedades intrínsecas correlacionadas. Sin embargo, la mejora en el crecimiento y el rendimiento de las plantas aportada por el GSH exógeno es limitada y está sujeta a la homeostasis del grupo de glutatión [GSH/GSSG; la proporción de glutatión reducido (GSH) a glutatión oxidado (GSSG)]. Por lo tanto, se realizaron estudios recientes centrados en la aplicación secuenciada de GSH para complementar la limitación existente. Junto con varios enfoques innovadores en el uso combinado con diferentes compuestos bioactivos (prolina, ácido cítrico, ácido ascórbico, melatonina), bioestimulantes (putrescina, extracto de hoja de Moringa, selenio, ácido húmico) y microorganismos (cianobacterias) han dado como resultado mejoras significativas en comparación con la aplicación individual de GSH. En esta revisión, reforzamos nuestra comprensión de la biosíntesis, el metabolismo y consolidamos diferentes roles del GSH exógeno en respuesta a las tensiones ambientales. También se tomó una estrategia al centrarse en el progreso reciente de la investigación en esta área de nicho al cubrir sus aplicaciones individualizadas y combinatorias de GSH de manera prominente en respuesta a las tensiones abióticas. En resumen, la revisión proporciona una visión holística del GSH y puede arrojar luz sobre futuros estudios y sus usos.Files
pdf.pdf
Files
(6.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:2b8c547d8a7598e268e3ecc3eacad995
|
6.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التخفيف من الإجهاد البيئي - التأثيرات في النباتات: دور التطبيق الخارجي الوحيد والجمع للجلوتاثيون
- Translated title (French)
- Atténuation des impacts du stress environnemental sur les plantes : rôle de l'application exogène unique et combinatoire de glutathion
- Translated title (Spanish)
- Mitigación de los impactos del estrés ambiental en las plantas: papel de la aplicación exógena única y combinatoria de glutatión
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4200206603
- DOI
- 10.3389/fpls.2021.791205
References
- https://openalex.org/W103666517
- https://openalex.org/W111416523
- https://openalex.org/W1804315542
- https://openalex.org/W1817401239
- https://openalex.org/W1886677716
- https://openalex.org/W1966317761
- https://openalex.org/W1966957082
- https://openalex.org/W1983135457
- https://openalex.org/W1988086746
- https://openalex.org/W1990427409
- https://openalex.org/W1991790069
- https://openalex.org/W1997589065
- https://openalex.org/W2017049976
- https://openalex.org/W2033788883
- https://openalex.org/W2050172666
- https://openalex.org/W2059510165
- https://openalex.org/W2080843596
- https://openalex.org/W2092857250
- https://openalex.org/W2092919168
- https://openalex.org/W2101370560
- https://openalex.org/W2104824916
- https://openalex.org/W2145685123
- https://openalex.org/W2151826757
- https://openalex.org/W2289240638
- https://openalex.org/W2291632329
- https://openalex.org/W2309563601
- https://openalex.org/W2325656466
- https://openalex.org/W2326568289
- https://openalex.org/W2486731615
- https://openalex.org/W2508745767
- https://openalex.org/W2520070183
- https://openalex.org/W2531932775
- https://openalex.org/W2537947084
- https://openalex.org/W2547775762
- https://openalex.org/W2582708237
- https://openalex.org/W2586416586
- https://openalex.org/W2591574188
- https://openalex.org/W2591904409
- https://openalex.org/W2599323143
- https://openalex.org/W2604436216
- https://openalex.org/W2605774836
- https://openalex.org/W2610558859
- https://openalex.org/W2744050828
- https://openalex.org/W2746155966
- https://openalex.org/W2753680973
- https://openalex.org/W2763114388
- https://openalex.org/W2768964607
- https://openalex.org/W2788773046
- https://openalex.org/W2789922110
- https://openalex.org/W2792363442
- https://openalex.org/W2797603324
- https://openalex.org/W2800206266
- https://openalex.org/W2804264429
- https://openalex.org/W2807712728
- https://openalex.org/W2886036843
- https://openalex.org/W2888243668
- https://openalex.org/W2888847665
- https://openalex.org/W2895335338
- https://openalex.org/W2904498492
- https://openalex.org/W2916795704
- https://openalex.org/W2925057452
- https://openalex.org/W2944542956
- https://openalex.org/W2944746427
- https://openalex.org/W2952893067
- https://openalex.org/W2953462495
- https://openalex.org/W2964348869
- https://openalex.org/W2966431033
- https://openalex.org/W2968859243
- https://openalex.org/W2976537903
- https://openalex.org/W2978632040
- https://openalex.org/W2996896267
- https://openalex.org/W3011409451
- https://openalex.org/W3015639733
- https://openalex.org/W3032955341
- https://openalex.org/W3036379313
- https://openalex.org/W3036866580
- https://openalex.org/W3043578272
- https://openalex.org/W3043792714
- https://openalex.org/W3063423117
- https://openalex.org/W3083560893
- https://openalex.org/W3087270880
- https://openalex.org/W3096202156
- https://openalex.org/W3097683946
- https://openalex.org/W3101233302
- https://openalex.org/W3103579569
- https://openalex.org/W3108864475
- https://openalex.org/W3109935824
- https://openalex.org/W3110809073
- https://openalex.org/W3114961079
- https://openalex.org/W3118414652
- https://openalex.org/W3118606726
- https://openalex.org/W3121434130
- https://openalex.org/W3125847321
- https://openalex.org/W3128172906
- https://openalex.org/W3133844456
- https://openalex.org/W3134528864
- https://openalex.org/W3138437553
- https://openalex.org/W3143884239
- https://openalex.org/W3152256830
- https://openalex.org/W3153151570
- https://openalex.org/W3157220386
- https://openalex.org/W3168542780
- https://openalex.org/W3176934282
- https://openalex.org/W3186186575
- https://openalex.org/W3188930668
- https://openalex.org/W3196442628
- https://openalex.org/W4211242412
- https://openalex.org/W4244533563
- https://openalex.org/W4255178584
- https://openalex.org/W4285719527
- https://openalex.org/W4299420194
- https://openalex.org/W565607266