DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1713590
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41439179
تاريخ النشر: 2025-12-08
المؤلف: Pravej Alam وآخرون
الموضوع الرئيسي: الطفيليات النباتية والمقاومة
نظرة عامة
تستعرض هذه المراجعة بشكل شامل دور أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) في بيولوجيا النباتات، مع تسليط الضوء على وظيفتها المزدوجة كجزيئات إشارة وكمسببات محتملة لضرر الخلايا. تبدأ بتعريف ROS وتفصيل أشكالها المختلفة، بما في ذلك الأكسجين المفرد ($^1O_2$)، الجذور الحرة السوبر أكسيد ($O_2^{•-}$)، بيروكسيد الهيدروجين ($H_2O_2$)، والجذور الحرة الهيدروكسيلية ($•OH$). تناقش المراجعة المواقع الرئيسية لإنتاج ROS—الميتوكوندريا، البلاستيدات الخضراء، والبروكسيسومات—ودورها الحاسم في نمو النباتات وتطورها وشيخوختها. تؤكد على مشاركة ROS في تنظيم دورة الخلية، الموت الخلوي المبرمج، وتفاعلاتها مع هرمونات النباتات الرئيسية مثل حمض الجاسمونيك (JA)، حمض الساليسيليك (SA)، وحمض الأبسيسيك (ABA)، والتي تعتبر ضرورية للاستجابة للضغوط والعمليات التنموية.
تكرر الخاتمة الطبيعة المتناقضة لـ ROS كأكسيدات ضارة وجزيئات إشارة حيوية، متكاملة في العمليات الفسيولوجية وتكيف الإجهاد. تؤكد المراجعة على أهمية تقنيات الكشف المتقدمة لدراسة ديناميات ROS، والتي تسهل فهم التوازن المؤكسد وآليات الدفاع في النباتات. على الرغم من التقدم الكبير، لا تزال الآليات الجزيئية الدقيقة لإدراك ROS ونقل الإشارة غير مفهومة بشكل كافٍ. يتم تشجيع الأبحاث المستقبلية لاستكشاف كيفية استشعار النباتات لإشارات ROS ودمجها في شبكات الإشارة الأوسع، مع التركيز على تطوير تقنيات الكشف عالية الدقة والأدوات الجينية لتعزيز مقاومة المحاصيل وإنتاجيتها في البيئات الصعبة.
نقاش
تسلط قسم النقاش في ورقة البحث الضوء على الدور المعقد لأنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) في بيولوجيا النباتات، مع التأكيد على طبيعتها المزدوجة كمنتجات ثانوية ضارة وجزيئات إشارة أساسية. يتم إنتاج ROS، بشكل رئيسي في الميتوكوندريا، البلاستيدات الخضراء، والبروكسيسومات، من عمليات التمثيل الغذائي المختلفة، بما في ذلك التمثيل الضوئي والتنفس. يرتبط تشكيل أنواع مختلفة من ROS، مثل الأكسجين المفرد ($^1O_2$)، الجذر الحر السوبر أكسيد ($O_2^{•-}$)، بيروكسيد الهيدروجين ($H_2O_2$)، والجذر الحر الهيدروكسيل ($OH^{•}$)، ارتباطًا وثيقًا بالعوامل البيئية والتمثيل الغذائي الخلوي. في ظل ظروف الضغط، يمكن أن يؤدي تراكم ROS المفرط إلى ضرر مؤكسد، مما يؤثر على مكونات الخلايا ويعيق الوظائف الأيضية، بينما تلعب الإنزيمات المضادة للأكسدة مثل الكاتالاز (CAT)، ديسموتاز السوبر أكسيد (SOD)، والبروكسيداز (POD) أدوارًا حاسمة في التخفيف من هذا الضرر.
تتوسع هذه القسم أكثر في أهمية ROS في تنظيم عمليات فسيولوجية مختلفة على مدار دورة حياة النبات، بما في ذلك إنبات البذور، ونمو الجذور والسوق، وتطور الأعضاء. يجب أن تكون مستويات ROS متوازنة بعناية؛ فعدم كفاية ROS يمكن أن تعيق الإنبات، بينما يمكن أن تؤدي المستويات المفرطة إلى ضرر خلوي. التفاعل بين ROS والهرمونات النباتية، وخاصة حمض الجبريل (GA) وحمض الأبسيسيك (ABA)، أمر حاسم لسبات البذور والإنبات. بالإضافة إلى ذلك، تؤثر ROS على الاستجابات الجاذبية وتوسع الخلايا من خلال تعديل خصائص جدران الخلايا من خلال التفاعلات مع البروكسيدازات الأبوستيمية. بشكل عام، تؤكد النتائج على الأدوار الأساسية لـ ROS في تطوير النباتات واستجاباتها للإجهاد، مما يبرز أهميتها في الحفاظ على التوازن الخلوي وتسهيل النمو.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1713590
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41439179
Publication Date: 2025-12-08
Author(s): Pravej Alam et al.
Primary Topic: Plant Parasitism and Resistance
Overview
This review comprehensively examines the role of reactive oxygen species (ROS) in plant biology, highlighting their dual function as both signaling molecules and potential agents of cellular damage. It begins by defining ROS and detailing their various forms, including singlet oxygen ($^1O_2$), superoxide radicals ($O_2^{•-}$), hydrogen peroxide ($H_2O_2$), and hydroxyl radicals ($•OH$). The review discusses the primary sites of ROS production—mitochondria, chloroplasts, and peroxisomes—and their critical roles in plant growth, development, and senescence. It emphasizes the involvement of ROS in cell-cycle regulation, programmed cell death, and their interactions with key plant hormones such as jasmonic acid (JA), salicylic acid (SA), and abscisic acid (ABA), which are essential for stress responses and developmental processes.
The conclusion reiterates the paradoxical nature of ROS as both damaging oxidants and vital signaling molecules, integral to physiological processes and stress acclimation. The review underscores the importance of advanced detection techniques for studying ROS dynamics, which facilitate the understanding of oxidative homeostasis and defense mechanisms in plants. Despite significant advancements, the precise molecular mechanisms of ROS perception and signal transduction remain inadequately understood. Future research is encouraged to explore how plants sense ROS signals and integrate them into broader signaling networks, with an emphasis on developing high-resolution detection technologies and genetic tools to enhance crop resilience and productivity in challenging environments.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the complex role of reactive oxygen species (ROS) in plant biology, emphasizing their dual nature as both harmful by-products and essential signaling molecules. ROS, primarily produced in mitochondria, chloroplasts, and peroxisomes, arise from various metabolic processes, including photosynthesis and respiration. The formation of different types of ROS, such as singlet oxygen ($^1O_2$), superoxide radical ($O_2^{•-}$), hydrogen peroxide ($H_2O_2$), and hydroxyl radical ($OH^{•}$), is intricately linked to environmental stressors and cellular metabolism. Under stress conditions, excessive ROS accumulation can lead to oxidative damage, affecting cellular components and impairing metabolic functions, while antioxidant enzymes like catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD), and peroxidases (POD) play crucial roles in mitigating this damage.
The section further elaborates on the significance of ROS in regulating various physiological processes throughout the plant life cycle, including seed germination, root and shoot growth, and organ development. ROS levels must be carefully balanced; insufficient ROS can hinder germination, while excessive levels can cause cellular damage. The interplay between ROS and phytohormones, particularly gibberellic acid (GA) and abscisic acid (ABA), is critical for seed dormancy and germination. Additionally, ROS influence gravitropic responses and cell expansion by modulating cell wall properties through interactions with apoplastic peroxidases. Overall, the findings underscore the essential roles of ROS in plant development and stress responses, highlighting their importance in maintaining cellular homeostasis and facilitating growth.