L’éthylène est un composé de carbone et d’hydrogène de formule chimique C2H4. C’est un gaz incolore à l’odeur sucrée qui est fabriqué à grande échelle par l’industrie pétrochimique pour être utilisé principalement dans la production de plastiques. L’éthylène est également produit par les plantes et agit comme une hormone qui influence les processus végétaux cruciaux de plusieurs manières. Il est inhabituel qu’une si petite molécule soit active en tant qu’hormone. La biosynthèse de l’éthylène dans les plantes a lieu en réponse à divers stress, notamment les attaques de ravageurs et de maladies, la sécheresse et les dommages aux tissus.
Les effets de l’éthylène sur les plantes sont nombreux et variés. Son effet le plus connu est d’accélérer la maturation de certains types de fruits, par exemple les pommes, les bananes et les tomates, mais pas les agrumes. On savait depuis au moins l’époque des anciens Égyptiens que certains fruits pouvaient mûrir plus rapidement par meurtrissure ; il suffit souvent d’écraser ou de couper un fruit pour accélérer le mûrissement d’un grand nombre stockés dans le même récipient. L’éthylène n’a été identifié comme la cause de cette réponse qu’en 1901 et ce n’est qu’à la fin du 20e siècle que les détails du processus de biosynthèse de l’éthylène dans les tissus végétaux ont été révélés.
L’éthylène inhibe la production de fleurs dans la plupart des plantes, mais favorise la germination des graines et peut influencer le développement des semis d’une manière intéressante, connue sous le nom de triple réponse. Les semis cultivés dans des conditions sombres et exposés à l’éthylène présentent un épaississement et un raccourcissement caractéristiques de la tige, ainsi qu’une courbure accrue du crochet apical – une structure qui protège le centre de croissance à l’extrémité de la tige. L’éthylène favorise également la destruction de la chlorophylle, la production de pigments appelés anthocyanes – associés aux couleurs d’automne – et le vieillissement et la chute des feuilles. Étant donné que le composé est un gaz et, comme la plupart des hormones, est efficace à de très faibles concentrations, il peut se diffuser facilement à travers les tissus végétaux, et donc la production de ce composé par une plante peut affecter d’autres à proximité. L’éthylène provenant de sources industrielles et de moteurs de voitures peut également affecter les plantes.
Le point de départ de la biosynthèse de l’éthylène chez les plantes est la méthionine, un acide aminé essentiel produit dans les chloroplastes. Celui-ci réagit avec l’adénosine triphosphate (ATP) pour produire de la S-adénosyl-L-méthionine (SAM), également connue sous le nom de S-AdoMet, catalysée par une enzyme appelée SAM synthétase. Une autre réaction convertit la SAM en acide 1-amino-cyclopropane-1-carboxylique (ACC), catalysée par l’enzyme ACC synthase. Enfin, l’ACC réagit avec l’oxygène pour produire de l’éthylène, du cyanure d’hydrogène et du dioxyde de carbone, catalysés par l’enzyme ACC oxydase. Le cyanure d’hydrogène est converti en un composé inoffensif par une autre enzyme, de sorte que la biosynthèse de l’éthylène ne libère aucun produit chimique toxique.
L’ACC synthase est produite par les plantes en réponse au stress, provoquant la production de plus d’ACC, et par conséquent de plus d’éthylène. Le stress peut prendre la forme d’attaques d’insectes nuisibles ou de maladies des plantes, ou il peut être dû à des facteurs environnementaux tels que la sécheresse, le froid ou les inondations. Les produits chimiques nocifs peuvent également entraîner un stress, conduisant à la production d’éthylène.
L’auxine, une hormone végétale, si elle est présente en grande quantité, stimule la production d’éthylène. Les herbicides auxiniques, tels que l’acide 2,4-dichlorophénoxyacétique (2,4-D), imitent l’action de cette hormone, provoquant la production d’éthylène dans de nombreuses plantes. Bien que le mode d’action exact de ces herbicides ne soit pas clair, il semble qu’une production excessive d’éthylène puisse jouer un rôle dans la mort des plantes chez les espèces sensibles.
La finalité de la biosynthèse de l’éthylène chez les plantes est, depuis 2011, un domaine de recherche active. Compte tenu du large éventail d’effets de cette hormone, il est probable qu’elle ait de multiples rôles. Dans le cas des semis, il semble être produit en réponse à la résistance du sol au semis en développement et pour déclencher des réponses de croissance qui aident à protéger le centre de croissance. Il existe également des preuves qu’il peut jouer un rôle dans la résistance aux maladies; des études expérimentales suggèrent que les plantes dépourvues de réponse à l’éthylène sont plus sensibles à certaines maladies.