Auxines: fonctions, mécanisme d'action, types, effets sur les plantes, applications

Les auxines sont un groupe d'hormones végétales qui agissent comme des régulateurs de la croissance et du développement des plantes. Sa fonction est liée aux facteurs qui stimulent la croissance des plantes, en particulier la division et l'élongation des cellules.

Ces phytohormones sont présentes dans tout le règne végétal, des bactéries aux algues en passant par les champignons, en passant par les plantes supérieures. Parmi les auxines d'origine naturelle, l'acide indolacétique (IAA) est le plus courant et provient de l'acide aminé L-tryptophane.

La présence de régulateurs de croissance a été découverte au début du 20ème siècle par FW Went. Des essais sur des plants d’avoine ont permis d’établir la possibilité de substances régulant la croissance des plantes.

Bien qu'ils soient situés dans la plupart des tissus végétaux, la concentration la plus élevée est limitée aux tissus en croissance active. La synthèse des auxines se produit généralement dans les méristèmes apicaux, les feuilles tendres et les fruits en développement.

Les méristèmes apicaux de la tige sont les zones où l’AIA est synthétisée et distribuée différentiellement à la base de la tige. Dans les feuilles, la quantité d’auxine dépend de l’âge du tissu, ce qui diminue la concentration avec la maturité de la feuille.

En tant que régulateurs de croissance, ils sont largement utilisés par les agriculteurs pour accélérer leur croissance ou favoriser leur enracinement. Il existe actuellement plusieurs produits commerciaux ayant des fonctions spécifiques en fonction des besoins physiologiques et morphologiques de chaque culture.

La structure

Les auxines sont composées d'un cycle indole dérivé du phénol et de cycles aromatiques à doubles liaisons conjuguées. En fait, ils ont une structure bicyclique formée d'un pyrrole à 5 carbones et d'un benzène à 6 carbones.

Le composé organique indole est une molécule aromatique présentant un degré élevé de volatilité. Cette caractéristique fait que la concentration d'auxines dans les plantes dépend des résidus couplés au double cycle.

Fonction

Essentiellement, les auxines stimulent la division et l’élongation des cellules et, par conséquent, la croissance des tissus. En fait, ces phytohormones interviennent dans divers processus de développement des plantes, interagissant souvent avec d'autres hormones.

• Ils induisent l'élongation cellulaire au moyen de la plasticité accrue de la paroi cellulaire.
• Ils provoquent la croissance de l'apex méristématique, des coléoptiles et de la tige.
• Limitez la croissance de la racine principale ou pivotante, stimulant ainsi la formation de racines secondaires et adventices.
• Ils favorisent la différenciation vasculaire.
• Motiver la domination apicale.
• Régulation du géotropisme: phototropisme, gravitropisme et tigmotropisme par la redistribution latérale des auxines.
• Ils retardent l'abscission d'organes de plantes tels que les feuilles, les fleurs et les fruits.
• Motiver le développement floral.
• Ils favorisent la régulation du développement des fruits.

Mécanisme d'action

Les auxines ont la propriété d’augmenter la plasticité de la paroi cellulaire pour initier le processus d’élongation. Lorsque la paroi cellulaire se ramollit, la cellule gonfle et se dilate sous la pression de la turgescence.

À cet égard, les cellules méristématiques absorbent de grandes quantités d'eau, ce qui affecte la croissance des tissus apicaux. Ce processus est déterminé par un phénomène appelé "croissance en milieu acide", qui explique l'activité des auxines.

Ce phénomène se produit lorsque les polysaccharides et les pectines constituant la paroi cellulaire se ramollissent en raison de l'acidification du milieu. La cellulose, l'hémicellulose et la pectine perdent leur rigidité, ce qui facilite la pénétration de l'eau dans la cellule.

La fonction des auxines dans ce processus est d’induire l’échange d’ions hydrogène (H +) vers la paroi cellulaire. Les mécanismes qui interviennent dans ce processus sont l'activation des pompes H-ATPase et la synthèse de nouvelles H-ATPases.

• Activation des pompes H-ATPase: Les auxines interviennent directement dans le pompage des protons de l'enzyme, avec l'intervention de l'ATP.
• Synthèse de nouvelles H-ATPases: les auxines ont la capacité de synthétiser des pompes à protons dans la paroi cellulaire, en promouvant l’ARM qui agit sur le réticulum endoplasmique et l’appareil de Golgi pour augmenter l’activité proton de la paroi cellulaire.

Lorsque les ions hydrogène (H +) augmentent, la paroi cellulaire devient acide, activant les protéines "expansine" impliquées dans la croissance cellulaire. Les expansines fonctionnent efficacement dans des plages de pH comprises entre 4, 5 et 5, 5.

En effet, les polysaccharides et les microfibrilles de cellulose perdent en rigidité à cause de la rupture des liaisons hydrogène qui les fondent. En conséquence, la cellule absorbe de l'eau et grossit, ce qui se traduit par un phénomène de "croissance en milieu acide".

Types

• AIA ou acide indolacétique: phytohormone d'origine naturelle, est l'hormone que l'on trouve en plus grande quantité dans les tissus de la plante. Il est synthétisé au niveau des tissus jeunes, des feuilles, des méristèmes et des bourgeons terminaux.
• AIB ou acide indole butyrique: phytohormone d'origine naturelle à large spectre. Il contribue au développement des racines dans les légumes et les plantes ornementales, de même que son utilisation permet d’obtenir des fruits plus gros.
• ANA ou acide naphtalène-acétique: phytohormone d'origine synthétique largement utilisée en agriculture. Il est utilisé pour induire la croissance de racines adventives dans les boutures, réduire la chute des fruits et stimuler la floraison.
• 2, 4-D ou acide dichlorophénoxyacétique: produit d'origine hormonale synthétique utilisé comme herbicide systémique. Il est principalement utilisé pour lutter contre les mauvaises herbes à feuilles larges.
• 2, 4, 5-T ou 2, 4, 5-acide trichlorophénoxyacétique: phytohormone d'origine synthétique utilisée comme pesticide. Actuellement, son utilisation est limitée en raison de ses effets mortels sur l'environnement, les plantes, les animaux et l'homme.

Effets sur les plantes

Les auxines induisent différents changements morphologiques et physiologiques, principalement l'allongement cellulaire qui favorise l'allongement des tiges et des racines. De même, il intervient dans la dominance apicale, le tropisme, l'abscission et la sénescence des feuilles et des fleurs, le développement du fruit et la différenciation cellulaire.

Élongation cellulaire

Les plantes se développent selon deux processus successifs, la division cellulaire et l’allongement. La division cellulaire permet d'augmenter le nombre de cellules et, grâce à son allongement, la plante grossit.

Les auxiliines interviennent dans l’acidification de la paroi cellulaire par l’activation des ATPases. De cette manière, l’absorption d’eau et de solutés est augmentée, les expansines sont activées et l’élongation cellulaire se produit.

Dominance apicale

La dominance apicale est le phénomène de corrélation dans lequel le bourgeon principal se développe au détriment des bourgeons latéraux. L'activité des auxines sur la croissance apicale doit être accompagnée de la présence de la cytokine phytohormone.

En effet, dans l'apex végétatif, il se produit une synthèse d'auxines qui attire ensuite les cytokines synthétisées dans les racines vers l'apex. Lorsque la concentration optimale entre les auxines / cytokines est atteinte, il se produit une division et une différenciation cellulaires, puis un allongement ultérieur du méristème apical.

Effets physiologiques

Tropisme

Le tropisme est la croissance directionnelle des tiges, des branches et des racines en réponse à un stimulus de l'environnement. En fait, ces stimuli sont liés à la lumière, à la gravité, à l'humidité, au vent, à un contact externe ou à une réponse chimique.

Le phototropisme est modéré par les auxines, car la lumière inhibe sa synthèse au niveau cellulaire. De cette façon, le côté ombragé de la tige grandit davantage et la zone éclairée limite sa courbe croissante vers la lumière.

Abscission et sénescence

L'abscission est la chute des feuilles, des fleurs et des fruits due à des facteurs externes, provoquant la sénescence des organes. Ce processus est accéléré par l'accumulation d'éthylène entre la tige et le pétiole, formant une zone d'abscission induisant le détachement.

Le mouvement continu des auxines empêche l'abscission des organes, retardant la chute des feuilles, des fleurs et des fruits immatures. Son effet est de contrôler l’action de l’éthylène, principal promoteur de la zone d’abscission.

Développement des fruits

Les auxines sont synthétisées dans le pollen, l’endosperme et dans l’embryon des graines. Après la pollinisation, la formation de l'ovule se produit et la nouaison ultérieure du fruit, où les auxines interviennent en tant qu'élément promoteur.

Au cours du développement du fruit, l'endosperme fournit les auxines nécessaires au premier stade de croissance. Ensuite, l’embryon fournit les auxines nécessaires aux étapes ultérieures de la croissance des fruits.

Division et différenciation cellulaire

Des preuves scientifiques ont montré que les auxines régulent la division cellulaire du cambium où se différencient les tissus vasculaires.

En fait, les éléments de preuve montrent que plus la quantité d'auxine (AIA) est importante, plus la quantité de tissu conducteur, en particulier de xylème, est importante.

Les applications

Au niveau commercial, les auxines sont utilisées comme régulateurs de croissance, à la fois sur le terrain et dans les essais biotechnologiques. Utilisé à de faibles concentrations, il modifie le développement normal des plantes en augmentant la productivité, la qualité des récoltes et la récolte.

Les applications contrôlées au moment de l'établissement d'une culture favorisent la croissance cellulaire et la prolifération des racines principales et adventives. En outre, ils favorisent la floraison et le développement des fruits en empêchant la chute des feuilles, des fleurs et des fruits.

Au niveau expérimental, les auxines sont utilisées pour produire des fruits sous forme de graines, saisir les fruits jusqu'à maturité ou en tant qu'herbicides. Au niveau biomédical, ils ont été utilisés dans la reprogrammation de cellules somatiques dans des cellules souches.