メチルグリオキサール - 植物非生物的ストレス反応におけるシグナル伝達分子

非生物的ストレスは最も一般的な有害要因であり、植物の生活のすべての側面に悪影響を及ぼします。植物は、さまざまな細胞プロセスを再プログラミングすることにより、非生物的ストレスの多面的な効果に対する適切な反応を引き出す必要があります。シグナル伝達分子は、環境刺激を感知する上で重要な役割を果たし、植物の遺伝子発現、代謝、生理学的プロセスを調節して、悪影響に対処します。ジカルボニル化合物であるメチルグリオキサール（Mg）は、解糖を含むさまざまな代謝経路の副産物として細胞に蓄積することが知られています。近年のいくつかの作品は、MGがCa2+、反応性酸素種（ROS）、K+、およびアブシジ酸を介してシグナル伝達の役割を果たすことができることを実証しています。最近、グローバルな遺伝子発現プロファイリングは、MGがシグナル伝達カスケードを誘導できることを示しており、Mg応答性とストレス応答性のシグナル伝達イベントの重複が植物に存在する可能性があることを示しています。細胞で過剰に蓄積すると、MGはROSを生成し、高度な糖化最終産物を形成し、抗酸化システムを不活性化することにより、有害な効果を引き起こす可能性があります。植物には、細胞のオルガネラをMg毒性から救うために、Mg毒性のグリオキサラーゼ系も装備されています。MGは植物の成長と発達において調節機能を備えており、グリオキサラーゼ系は非生物的ストレス適応の不可欠な要素であるため、Mg代謝とグリオキサラーゼ系に関する詳細な理解は、生物性ストレスに対する植物の反応の根底にあるメカニズムを解読するのに役立ちます。ここでは、植物のMG生産と解毒に関する現在の知識に関する包括的な更新を提供し、非生物的ストレスに対する植物防御の媒介におけるグリオキサラーゼ系の推定機能を強調します。MGの二重の役割と、環境条件の変化下での植物防御と適応反応に不可欠なグルタチオン関連酸化還元規制との関係を特に強調しています。

Abiotic stresses are the most common harmful factors, adversely affecting all aspects of plants' life. Plants have to elicit appropriate responses against multifaceted effects of abiotic stresses by reprogramming various cellular processes. Signaling molecules play vital roles in sensing environmental stimuli to modulate gene expression, metabolism and physiological processes in plants to cope with the adverse effects. Methylglyoxal (MG), a dicarbonyl compound, is known to accumulate in cells as a byproduct of various metabolic pathways, including glycolysis. Several works in recent years have demonstrated that MG could play signaling roles via Ca2+, reactive oxygen species (ROS), K+ and abscisic acid. Recently, global gene expression profiling has shown that MG could induce signaling cascades, and an overlap between MG-responsive and stress-responsive signaling events might exist in plants. Once overaccumulated in cells, MG can provoke detrimental effects by generating ROS, forming advanced glycation end products and inactivating antioxidant systems. Plants are also equipped with MG-detoxifying glyoxalase system to save cellular organelles from MG toxicity. Since MG has regulatory functions in plant growth and development, and glyoxalase system is an integral component of abiotic stress adaptation, an in-depth understanding on MG metabolism and glyoxalase system will help decipher mechanisms underlying plant responses to abiotic stresses. Here, we provide a comprehensive update on the current knowledge of MG production and detoxification in plants, and highlight the putative functions of glyoxalase system in mediating plant defense against abiotic stresses. We particularly emphasize on the dual roles of MG and its connection with glutathione-related redox regulation, which is crucial for plant defense and adaptive responses under changing environmental conditions.