GIBBERELLINES: TYPES, FONCTION, MODE D'ACTION, BIOSYNTHÈSE - LA BIOLOGIE - 2025

Les Gibberellines sont des hormones végétales ou phytohormones impliquées dans différents processus de croissance et de développement des plantes supérieures. En effet, ils stimulent la croissance et l'allongement de la tige, le développement des fruits et la germination des graines.

Sa découverte a été faite au milieu des années 1930 par des chercheurs japonais étudiant la croissance anormale des plants de riz. Le nom gibbérelline vient du champignon Gibberrella funjikuroi, un organisme dont il a été initialement extrait, l'agent causal de la maladie "Bakanae".

Allongement de la tige favorisé par l'application de gibbérellines. Source: flickr.com

Malgré le fait que plus de 112 gibbérellines ont été identifiées, très peu présentent une activité physiologique. Seules la gibbérelline A ₃ ou acide gibbérellique et les gibbérellines A ₁, A ₄ et A ₇ ont une importance commerciale.

Ces phytohormones favorisent des changements surprenants de la taille des plantes, en plus d'induire la division cellulaire des feuilles et des tiges. L'effet visible de son application exogène est l'allongement des tiges fines, moins de branches et des feuilles fragiles.

Les types

La structure des gibbérellines est le résultat de l'union d'isoprénoïdes à cinq carbones qui forment ensemble une molécule à quatre cycles. Sa classification dépend de l'activité biologique.

Acide gibbérellique. Source: researchgate.net

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Il correspond à ces substances dérivées de l'ent-Kauren, dont la structure fondamentale est l'ent-giberelano. Ils sont classés comme diterpénoïdes acides dérivés de l'hydrocarbure hétérocyclique ent-Kaureno. Deux types de formes libres sont connus.

• Inactif: a 20 carbones.
• Actif: ils ont 19 carbones, car ils ont perdu un carbone spécifique. L'activité est conditionnée pour avoir 19 carbones et présenter une hydroxylation en position 3.

Formes conjuguées

Ce sont ces gibbérellines associées aux glucides, elles n'ont donc pas d'activité biologique.

Fonction

La fonction principale des gibbérellines est l'induction de la croissance et de l'allongement des structures végétales. Le mécanisme physiologique qui permet l'allongement est lié aux changements de concentration de calcium endogène au niveau cellulaire.

L'application de gibbérellines favorise le développement de la floraison et des inflorescences de diverses espèces, en particulier dans les plantes à jours longs (PDL). Associés aux phytochromes, ils présentent un effet synergique, stimulant la différenciation des structures florales, comme les pétales, les étamines ou les carpelles, lors de la floraison.

Floraison d'agrumes. Source: pixabay.com

En revanche, ils provoquent la germination de graines qui restent dormantes. En effet, ils activent la mobilisation des réserves, induisant la synthèse d'amylases et de protéases dans les graines.

De même, ils favorisent le développement des fruits, stimulant la nouaison ou la transformation des fleurs en fruits. De plus, ils favorisent la parthénocarpie et sont utilisés pour produire des fruits sans pépins.

Mode d'action

Les gibbérellines favorisent la division cellulaire et l'élongation, car les applications contrôlées augmentent le nombre et la taille des cellules. Le mode d'action des gibbérellines est régulé par la variation de la teneur en ions calcium dans les tissus.

Ces phytohormones sont activées et génèrent des réponses physiologiques et morphologiques à de très faibles concentrations dans les tissus végétaux. Au niveau cellulaire, il est essentiel que tous les éléments impliqués soient présents et viables pour que le changement se produise.

Le mécanisme d'action des gibbérellines a été étudié sur le processus de germination et de croissance de l'embryon dans les graines d'orge (Hordeum vulgare). En fait, la fonction biochimique et physiologique des gibbérellines a été vérifiée sur les changements qui se produisent dans ce processus.

Culture d'orge. Source: pixabay.com

Les graines d'orge ont une couche de cellules riches en protéines sous l'épisperme, appelée couche d'aleurone. Au début du processus de germination, l'embryon libère des gibbérellines qui agissent sur la couche d'aleurone qui génère en même temps des enzymes hydrolytiques.

Dans ce mécanisme, l'α-amylase, responsable de la décomposition de l'amidon en sucres, est la principale enzyme synthétisée. Des études ont montré que les sucres ne se forment que lorsque la couche d'aleurone est présente.

Par conséquent, l'α-amylase provenant de la couche d'aleurone est responsable de la transformation de l'amidon de réserve en endosperme amylacé. De cette manière, les sucres et acides aminés libérés sont utilisés par l'embryon en fonction de ses besoins physiologiques.

On suppose que les gibbérellines activent certains gènes qui agissent sur les molécules d'ARNm responsables de la synthèse de l'α-amylase. Bien qu'il n'ait pas encore été vérifié que la phytohormone agit sur le gène, sa présence est essentielle pour la synthèse de l'ARN et la formation d'enzymes.

Biosynthèse de la gibbérelline

Les gibbérellines sont des composés terpénoïdes dérivés du cycle gibbène composé d'une structure tétracyclique ent-giberelane. La biosynthèse est réalisée par la voie de l'acide mévalonique qui constitue la principale voie métallique chez les eucaryotes.

Cette voie se produit dans le cytosol et le réticulum endoplasmique des cellules de plantes, levures, champignons, bactéries, algues et protozoaires. Le résultat est des structures à cinq carbones appelées pyrophosphate d'isopentényle et pyrophosphate de diméthylallyle utilisées pour obtenir des isoprénoïdes.

Les isoprénoïdes sont les molécules promotrices de diverses particules telles que les coenzymes, la vitamine K et parmi elles les phytohormones. Au niveau de la plante, la voie métabolique se termine normalement par l'obtention de GA ₁₂ -aldéhyde.

Une fois ce composé obtenu, chaque espèce végétale suit différents processus jusqu'à ce que la variété de gibbérellines connues soit obtenue. En fait, chaque gibbérelline agit indépendamment ou interagit avec les autres phytohormones.

Ce processus se produit exclusivement dans les tissus méristématiques des jeunes feuilles. Ces substances sont ensuite transférées au reste de la plante par le phloème.

Chez certaines espèces, les gibbérellines sont synthétisées à l'apex de la racine, transférées vers la tige par le phloème. De même, les graines immatures ont une teneur élevée en gibbérellines.

Obtention de gibbérellines naturelles

La fermentation de sources azotées et gazeuses et de sels minéraux est le moyen naturel d'obtenir des gibbérellines commerciales. Comme source de carbone, on utilise du glucose, du saccharose, des farines naturelles et des graisses, et des sels minéraux de phosphate et de magnésium sont appliqués.

Le processus nécessite 5 à 7 jours pour une fermentation efficace. Des conditions d'agitation et d'aération constantes sont nécessaires, en maintenant une moyenne de 28 ° à 32 ° C et des niveaux de pH de 3-3,5.

En effet, le processus de récupération de la gibbérelline est réalisé par la dissociation de la biomasse du bouillon fermenté. Dans ce cas, le surnageant acellulaire contient les éléments utilisés comme régulateurs de croissance des plantes.

Au niveau du laboratoire, les particules de gibbérelline peuvent être récupérées grâce à un processus de colonnes d'extraction liquide-liquide. Pour cette technique, l'acétate d'éthyle est utilisé comme solvant organique.

A défaut, des résines échangeuses d'anions sont appliquées sur le surnageant, réalisant la précipitation des gibbérellines par élution en gradient. Enfin, les particules sont séchées et cristallisées selon le degré de pureté établi.

Dans le domaine agricole, les gibbérellines sont utilisées avec un degré de pureté compris entre 50 et 70%, mélangées à un ingrédient commercialement inerte. Dans les techniques de micropropagation et les cultures in vitro, l'utilisation de produits commerciaux avec un degré de pureté supérieur à 90% est recommandée.

Effets physiologiques

L'application de gibbérellines en petites quantités favorise diverses actions physiologiques chez les plantes, parmi lesquelles:

• Induction de la croissance des tissus et de l'élongation de la tige
• Stimulation de la germination
• Promotion de la nouaison à partir de fleurs
• Régulation de la floraison et du développement des fruits
• Transformation des plantes semestrielles en annuelles
• Altération de l'expression sexuelle
• Suppression du nanisme

Croissance des plantes. Source: flickr.com

L'application exogène de gibbérellines agit sur l'état de jeunesse de certaines structures végétales. Les boutures ou boutures utilisées pour la multiplication végétative, commencent facilement le processus d'enracinement lorsque son caractère juvénile se manifeste.

Au contraire, si les structures végétales manifestent leur caractère adulte, la formation de racines est nulle. L'application de gibbérellines permet à la plante de passer de l'état juvénile à l'état adulte, ou vice versa.

Ce mécanisme est essentiel lorsque vous souhaitez démarrer la floraison dans des cultures qui n'ont pas terminé leur phase juvénile. Des expériences avec des espèces ligneuses, telles que les cyprès, les pins ou l'if commun, ont réussi à réduire considérablement les cycles de production.

Applications commerciales

Les exigences des heures de clarté ou des conditions froides chez certaines espèces peuvent être satisfaites par des applications spécifiques de gibbérellines. De plus, les gibbérellines peuvent stimuler la formation de structures florales et éventuellement déterminer les attributs sexuels de la plante.

Dans le processus de fructification, les gibbérellines favorisent la croissance et le développement des fruits. De même, ils retardent la sénescence des fruits, empêchant leur détérioration dans l'arbre ou assurant une certaine durée de vie utile une fois récoltés.

Lorsque l'on souhaite obtenir des fruits sans pépins (parthénocarpie), des applications spécifiques de gibbérellines induisent ce phénomène. Un exemple pratique est la production de raisins sans pépins, qui sont plus demandés au niveau commercial que les espèces à graines.

Fruits de raisin sans pépins. Source: moyca.org

Dans ce contexte, les applications de gibbérellines dans les graines dormantes permettent l'activation de processus physiologiques et sortent de cette condition. En fait, une dose adéquate active les enzymes hydrolytiques qui décomposent l'amidon en sucre, favorisant le développement de l'embryon.

Au niveau biotechnologique, les gibbérellines sont utilisées pour régénérer les tissus dans des cultures in vitro d'explants exempts de pathogènes. De même, les applications de gibbérellines dans les plantes mères stimulent leur croissance, facilitant l'extraction d'apex sains au niveau du laboratoire.

Au niveau commercial, les applications de gibbérellines dans la culture de la canne à sucre (Saccharum officinarum) permettent d'augmenter la production de sucre. A cet égard, ces phytohormones induisent l'allongement des entre-nœuds où le saccharose est produit et stocké, donc plus la taille est grande, plus l'accumulation de sucre est importante.

Références

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