Advancements in Water‐Saving Strategies and Crop Adaptation to Drought: A Comprehensive Review

Abstract

Drought stress, which is one of the most critical environmental constraints affecting global crop productivity, is exacerbated by climate change and increased atmospheric water demand. This review comprehensively examines plant responses to drought, integrating physiological, morphological, biochemical, and genetic adaptations that contribute to water-use efficiency and stress tolerance. Key mechanisms such as osmotic adjustment, stomatal regulation, antioxidant defense, and hormonal signaling are analyzed, highlighting their role in mitigating drought-induced cellular damage. Advances in plant breeding and biotechnological approaches, including transgenic strategies, genome editing, and marker-assisted selection, are discussed in the context of improving drought resilience. The importance of root system architecture, leaf anatomical modifications, and stress-responsive transcription factors is underscored as essential components of drought adaptation. Additionally, agronomic innovations such as precision irrigation, soil management techniques, and plant-microbe interactions are reviewed due to their potential to enhance sustainable water use in agriculture. The role of epigenetic modifications and long-distance signaling mechanisms in drought acclimation is explored, shedding light on emerging strategies for engineering multi-stress tolerant crops. Furthermore, we assess the impact of drought on crop nutritional quality, the trade-offs between drought tolerance and pest resistance, and the socio-economic implications of water scarcity on global food security. This review provides a roadmap for integrating cutting-edge scientific knowledge with practical agricultural applications, aiming to develop resilient cropping systems capable of sustaining productivity under increasingly unpredictable climatic conditions.

El estrés por sequía, una de las limitaciones ambientales más críticas que afectan a la productividad agrícola mundial, se ve agravado por el cambio climático y el aumento de la demanda atmosférica de agua. Esta revisión examina de manera exhaustiva las respuestas de las plantas a la sequía, integrando adaptaciones fisiológicas, morfológicas, bioquímicas y genéticas que contribuyen a la eficiencia en el uso del agua y a la tolerancia al estrés. Se analizan mecanismos clave como el ajuste osmótico, la regulación estomática, la defensa antioxidante y la señalización hormonal, destacando su papel en la mitigación del daño celular inducido por la sequía. Se abordan los avances en mejora vegetal y en enfoques biotecnológicos, incluidas las estrategias transgénicas, la edición del genoma y la selección asistida por marcadores, en el contexto de la mejora de la resiliencia a la sequía. Se subraya la importancia de la arquitectura del sistema radical, las modificaciones anatómicas foliares y los factores de transcripción sensibles al estrés como componentes esenciales de la adaptación a la sequía. Además, se revisan innovaciones agronómicas como el riego de precisión, las técnicas de manejo del suelo y las interacciones planta-microorganismo por su potencial para mejorar el uso sostenible del agua en la agricultura. Se explora el papel de las modificaciones epigenéticas y de los mecanismos de señalización a larga distancia en la aclimatación a la sequía, arrojando luz sobre estrategias emergentes para diseñar cultivos tolerantes a múltiples estreses. Asimismo, evaluamos el impacto de la sequía en la calidad nutricional de los cultivos, las compensaciones entre tolerancia a la sequía y resistencia a plagas, y las implicaciones socioeconómicas de la escasez de agua para la seguridad alimentaria mundial. Esta revisión ofrece una hoja de ruta para integrar el conocimiento científico de vanguardia con aplicaciones agrícolas prácticas, con el objetivo de desarrollar sistemas de cultivo resilientes capaces de sostener la productividad en condiciones climáticas cada vez más impredecibles.