Rezistența plantelor din perspectiva biologiei sistemice: rolul rețelelor biologice

Maria Duca; Angela Port; Steliana Clapco

doi:10.52673/18570461.26.2-81.05

Autori

Maria Duca Universitatea de Stat din Moldova https://orcid.org/0000-0002-5855-5194
Angela Port Universitatea de Stat din Moldova https://orcid.org/0000-0003-3994-8918
Steliana Clapco Universitatea de Stat din Moldova https://orcid.org/0000-0001-7147-2740

DOI:

https://doi.org/10.52673/18570461.26.2-81.05

Cuvinte cheie:

biologia rețelelor, rezistența plantelor la stres, stres abiotic, stres biotic

Rezumat

Plantele sunt organisme sesile, expuse permanent stresului biotic și abiotic, fapt care a determinat evoluția unor mecanisme complexe de adaptare și rezistență. Aceste mecanisme sunt rezultatul interacțiunilor coordonate dintre gene, proteine, metaboliți și căi de semnalizare hormonală. Abordările unidimensionale, centrate pe gene sau proteine individuale, sunt insuficiente pentru a descrie această complexitate. Biologia rețelelor oferă un cadru integrativ pentru studiul răspunsurilor plantelor la stres. Prezentul articol evidențiază, dintr-o perspectivă comparativă, rolul rețelelor biologice în elucidarea interacțiunilor de reglare a proceselor implicate în rezistența plantelor la stres biotic (patogeni, dăunători) și abiotic (secetă, salinitate, temperaturi extreme, deficit nutrițional), precum și limitele și provocările asociate: caracterul static al majorității rețelelor, eterogenitatea și incompletitudinea datelor moleculare, dificultatea stabilirii relațiilor cauzale și necesitatea validării experimentale a predicțiilor.

Referințe

1. Cui, H.; Tsuda, K.; Parker, J.E. Effector-triggered immunity: from pathogen perception to robust defense, în: Annual Review of Plant Biology, 2015, 66: 487-511. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-050213-040012

2. Wang, W.; Vinocur, B.; Altman, A. Plant responses to drought, salinity and extreme temperatures: towards genetic engineering for stress tolerance, în: Planta, 2003, 218(1): 1-14. https://doi.org/10.1007/s00425-003-1105-5

3. Kitano, H. Systems biology: a brief overview, în: Science, 2002, 295(5560): 1662-1664. https://doi.org/10.1126/science.1069492

4. Delplace, F.; Huard-Chauveau, C.; Berthomé,R.; Roby, D. Network organization of the plant immune system: from pathogen perception to robust defense induction, în: Plant J., 2022, 109(2):447-470. ttps://doi.org/10.1111/tpj.15462

5. Barabási, A.L.; Oltvai, Z.N. Network biology: understanding the cell's functional organization, în: Nature Reviews Genetics, 2004, 5:101-113. https://doi.org/10.1038/nrg1272

6. Albert, R. Scale-free networks in cell biology, în: Journal of Cell Science, 2005, 118: 4947-4957. https://doi.org/10.1242/jcs.02714

7. Barabási, A.L.; Gulbahce, N.; Loscalzo, J. Network medicine: a network-based approach to human disease, în: Nature Reviews Genetics, 2011, 12:56-68. https://doi.org/10.1038/nrg2918

8. Vidal, M.; Cusick, M.E.; Barabási, A.L. Interactome networks and human disease, în: Cell, 2011, 144(6):986-998. https://doi.org/10.1016/j.cell.2011.02.016

9. Dablander, F.; Hinne, M. Node centrality measures are a poor substitute for causal inference, în: Scientific Reports, 2019, 9:6846. https://doi.org/10.1038/s41598-019-43033-9

10. Wang, M.; Wang, H.; Zheng, H. A Mini Review of Node Centrality Metrics in Biological Networks, în: International Journal of Network Dynamics Intelligence, 2022, 1(1):99-110. https://doi.org/10.53941/ijndi0101009

11. Andersen, E.J.; Shaukat, A.; Byamukama, E.; Yang, Y.; Madhav, P.N. Disease resistance mechanisms in plants, în: Genes, 2018, 9(7):339. https://doi.org/10.3390/genes9070339

12. Zhang, J.; Coaker, G.; Zhou, J.M.; Dong, X. Plant immune mechanisms: from reductionistic to holistic points of view, în: Molecular Plant, 2020, 13(10):1358-1378. https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.09.007

13. Janni, M.; Gullì, M.; Maestri, E.; Marmiroli, M.; Valliyodan, B.; Nguyen, H.T.; Marmiroli, N. Molecular and genetic bases of heat stress responses in crop plants, în: Journal of Experimental Botany, 2020, 71(13):3780-3802. https://doi.org/10.1093/jxb/eraa034

14. Rivas, S.; Thomas, C.M. Molecular interactions between tomato and the leaf mold pathogen Cladosporium fulvum, în: Annual Review of Phytopathology, 2005, 43:395-436. https://doi.org/10.1146/annurev.phyto.43.040204.140224

15. Kumar, A., et all. Adapting Crops to Rising Temperatures: Understanding Heat Stress and Plant Resilience Mechanisms, în: J. Mol. Sci., 2025, 26(21) 10426. https://doi.org/10.3390/ijms262110426

16. Vandereyken, K.; Leene, J. van de; De Coninck, B.; Cammue, B.P.A. Hub protein controversy: taking a closer look at plant stress response hubs, în: Frontiers in Plant Science, 2018, 9:694. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00694

17. Weckwerth, W. Green systems biology - from single genomes to ecosystems, în: Journal of Proteomics, 2011, 75(1):284-305. https://doi.org/10.1016/j.jprot.2011.07.010

18. Dusad, V.; Thiel, D.; Barahona, M.; Keun, H.C.; Oyarzún, D.A. Opportunities at the interface of network science and metabolic modeling, în: Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2021, 8:591049:1-9. https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.591049

19. Wang, R.; Li, J.; Yan, L. Role of ROS signaling in plant defense against vascular pathogens, în: Current Opinion in Plant Biology, 2024, V.81. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2024.102617

20. Rajput, V.D.; Harish, Singh, R.K.; Verma, K.K.; Sharma, L.; Quiroz-Figueroa, F.R.; Meena, M.; Gour, V.S.; Minkina, T.; Sushkova, S. et al. Recent developments in enzymatic antioxidant defence mechanism in plants with special reference to abiotic stress, în: Biology, 2021, 10(4):267. https://doi.org/10.3390/biology10040267

21. Lupașcu, G.A.; Rudakova, A.; Rudakov, S.; Cherdivară, A.; Gavzer, S.; Kristya, N. Influence of temperature and fungal pathogens on the activity of peroxidases in common wheat, în: Buletinul Academiei de Ştiinţe a Moldovei. Ştiinţele vieţii, 2022, nr. 3(347): 54-61. https://doi.org/10.52388/1857-064X.2022.3.06

22. Lupașcu, G.; Andronic, L.; Smerea, S.; Mihnea, N. Rolul relațiilor gazdă-patogen în declanșarea bolilor la plante și identificarea genotipurilor rezistente, în: Akademos, 2019, nr. 3(54): 33-39. DOI: 10.5281/zenodo.3525081

23. Cauș, M.; Dascaliuc, A.; Borozan, P. Activitatea catalazei, peroxidazei și peroxidării lipidelor în rădăcinile porumbului sub influența șocului termic și a reglalgului, în: Protecţia plantelor - realizări şi perspective, 2023, nr. 57: 301-307. https://doi.org/10.53040/ppap2023.44

24. Cauș, M.; Ralea, T., Dascaliuc, A. Influența șocului termic asupra activității catalazei și eficienței fotosintetice a frunzelor de cimișir (Buxus sempervirens), în: Ştiinţa în Nordul Republicii Moldova: realizări, probleme, perspective, 2021: 37-41.

25. Duca, M. Aspecte privind mecanismele de rezistență ale florii-soarelui la lupoaie, în: Akademos, 2019, nr. 4(55): 34-43. DOI: 10.5281/zenodo.3631297

26. Bai, W.; Cheng, L.; Li, W., et al. Machine learning assists prediction of genes responsible for plant specialized metabolite biosynthesis by integrating multi-omics data, în: BMC Genomics, 2024, 25:418. https://doi.org/10.1186/s12864-024-10258-6

27. Tucci, A.; Flores-Vergara, M.A.; Franks, R.G. Machine learning inference of gene regulatory networks in developing Mimulus seeds, în: Plants, 2024, 13(23):3297: 2-13. https://doi.org/10.3390/plants13233297

28. Hegde, A.; Nguyen, T.; Cheng, J. Machine learning methods for gene regulatory network inference, în: Briefings in Bioinformatics, 2025, 26 (5). https://doi.org/10.1093/bib/bbaf470

29. Yao, J.; Marand, A.P.; Bai, Y.; Schmitz, R.J.; Fan, L. Advances in plant spatial multi-omics data analysis, în: Trends in Plant Science, 2026, vol. 31(3):337-352. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2025.10.005

30. Cutler, S.R. et al. Abscisic acid: emergence of a core signaling network, în: Annual Review of Plant Biology, 2010, 61:651-679. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-042809-112122

31. Anee, T.I.; Sewelam, N.A.; Bautista, N.S., et al. Roles of ROS and NO in Plant Responses to Individual and Combined Salt Stress and Waterlogging, în: Antioxidants. 2025, 14, 1455: 2-35. https://doi.org/10.3390/antiox14121455

32. Jones, J.D.G.; Dangl, J.L. The plant immune system, în: Nature, 2006, 444:323-329. https://doi.org/10.1038/nature05286

33. Liu Yu.; He, Ch. A review of redox signaling and the control of MAP kinase pathway in plants, în: Redox Biology, 2017, vol. 11:192-204. https://doi.org/10.1016/j.redox.2016.12.009

34. Zhu, J.; Moreno-Pérez, A.; Coaker, G. Understanding plant pathogen interactions using spatial and single-cell technologies, în: Communications Biology, 2023, vol. 6, art. 814. https://doi.org/10.1038/s42003-023-05156-8

35. Liping, S.; Congcong, T.; Xinyi, R., et al. Spatial transcriptomics reveals the spatiotemporal response of garden asparagus stem cells to Phomopsis asparagi infection, în: Phytopathology Research, 2026, vol. 8(4): 2-19. https://doi.org/10.1186/s42483-025-00398-2

36. Wiesel, L.; Newton, A.C., Elliott, I., et al. Molecular effects of resistance elicitors from biological origin and their potential for crop protection, în: Frontiers in Plant Science, 2014, vol. 5. https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00655