L’etilene è un composto di carbonio e idrogeno con la formula chimica C2H4. È un gas incolore con un odore dolce che viene prodotto su vasta scala dall’industria petrolchimica per l’uso principalmente nella produzione di materie plastiche. L’etilene è anche prodotto dalle piante e agisce come un ormone che influenza i processi cruciali delle piante in diversi modi. È insolito che una molecola così piccola sia attiva come ormone. La biosintesi dell’etilene nelle piante avviene in risposta a vari stress, inclusi attacchi di parassiti e malattie, siccità e danni ai tessuti.
Gli effetti dell’etilene sulle piante sono molteplici e vari. Il suo effetto più noto è quello di accelerare la maturazione di alcuni tipi di frutta, ad esempio mele, banane e pomodori, ma non gli agrumi. Era noto almeno dai tempi degli antichi egizi che alcuni frutti potevano maturare più rapidamente mediante ammaccature; spesso basta ammaccare o tagliare un frutto per accelerare la maturazione di un gran numero immagazzinato nello stesso contenitore. L’etilene non è stato identificato come la causa di questa risposta fino al 1901 e solo alla fine del XX secolo sono stati rivelati i dettagli del processo di biosintesi dell’etilene nei tessuti vegetali.
L’etilene inibisce la produzione di fiori nella maggior parte delle piante, ma promuove la germinazione dei semi e può influenzare lo sviluppo delle piantine in un modo interessante, noto come “tripla risposta”. Le piantine cresciute al buio ed esposte all’etilene mostrano un caratteristico ispessimento e accorciamento dello stelo e una maggiore curvatura dell’uncino apicale, una struttura che protegge il centro di crescita sulla punta dello stelo. L’etilene favorisce anche la distruzione della clorofilla, la produzione di pigmenti chiamati antociani, associati ai colori autunnali, e l’invecchiamento e la caduta delle foglie. Poiché il composto è un gas e, come la maggior parte degli ormoni, è efficace a concentrazioni molto basse, può diffondersi facilmente attraverso i tessuti vegetali e quindi la produzione di questo composto da parte di una pianta può influenzare le altre vicine. Anche l’etilene proveniente da fonti industriali e dai motori delle automobili può influenzare le piante.
Il punto di partenza per la biosintesi dell’etilene nelle piante è la metionina, un amminoacido essenziale prodotto nei cloroplasti. Questo reagisce con l’adenosina trifosfato (ATP) per produrre S-adenosil-L-metionina (SAM), nota anche come S-AdoMet, catalizzata da un enzima chiamato SAM sintetasi. Un’ulteriore reazione converte SAM in acido 1-ammino-ciclopropan-1-carbossilico (ACC), catalizzato dall’enzima ACC sintasi. Infine, l’ACC reagisce con l’ossigeno per produrre etilene, acido cianidrico e anidride carbonica, catalizzati dall’enzima ACC ossidasi. L’acido cianidrico viene convertito in un composto innocuo da un altro enzima, quindi la biosintesi dell’etilene non rilascia sostanze chimiche tossiche.
L’ACC sintasi è prodotta dalle piante in risposta allo stress, causando la produzione di più ACC e di conseguenza più etilene. Lo stress può assumere la forma di un attacco di insetti nocivi o malattie delle piante, oppure può essere dovuto a fattori ambientali come siccità, freddo o inondazioni. Le sostanze chimiche dannose possono anche provocare stress, portando alla produzione di etilene.
L’ormone vegetale auxina, se presente in grande quantità, stimola la produzione di etilene. Gli erbicidi auxinici, come l’acido 2,4-diclorofenossiacetico (2,4-D), imitano l’azione di questo ormone, causando la produzione di etilene in molte piante. Sebbene l’esatto meccanismo d’azione di questi erbicidi non sia chiaro, sembra che un’eccessiva produzione di etilene possa svolgere un ruolo nella morte delle piante nelle specie sensibili.
Lo scopo della biosintesi dell’etilene nelle piante è, a partire dal 2011, un’area di ricerca attiva. Data l’ampia gamma di effetti di questo ormone, è probabile che abbia più ruoli. Nel caso delle piantine, sembra essere prodotto in risposta alla resistenza del terreno alla piantina in via di sviluppo e per innescare risposte di crescita che aiutano a proteggere il centro in crescita. Ci sono anche prove che possa svolgere un ruolo nella resistenza alle malattie; studi sperimentali suggeriscono che le piante prive di risposta all’etilene sono più suscettibili ad alcune malattie.