Les plantes utilisent la mélatonine comme une arme secrète (et non pour dormir)
Les plantes et la mélatonine, une molécule clé qui régule la croissance, le stress environnemental et les rythmes biologiques internes par des mécanismes complexes encore en partie encore explorés
Sous la surface immobile que nous percevons à l’œil nu, les plantes mènent une vie intense, faite d’échanges chimiques continus, de signaux internes et de réponses rapides à l’environnement. Même lorsque tout semble immobile, les racines, les tiges et les graines communiquent entre elles pour réguler la croissance et s’adapter aux variations de lumière, de qualité de l’eau et du sol. Dans ce système complexe, la science a identifié un protagoniste inattendu : la mélatonine.
Chez l’humain, la mélatonine est principalement liée au sommeil et aux rythmes circadiens. Mais chez les plantes, la même molécule remplit des fonctions complètement différentes, devenant ainsi un véritable outil de survie. Les études les plus récentes montrent que la mélatonine végétale favorise le développement, régule les cycles quotidiens et aide les plantes à se défendre contre les stress environnementaux, comme les températures extrêmes, la sécheresse ou les sols pauvres en nutriments.
Selon Abdul Latif Khan, chercheur à l'Université de Houston :
La mélatonine s’est imposée comme une molécule centrale en agriculture grâce à sa capacité à stimuler la croissance des plantes et à atténuer les stress abiotiques.
C’est pourquoi l’intérêt scientifique autour de ce composé ne cesse de croître.
Comment agit la mélatonine dans les plantes ?
Chez les plantes, la production de mélatonine suit une voie biochimique bien définie. Les cellules végétales transforment le tryptophane d’abord en sérotonine puis en mélatonine, grâce à l’action coordonnée de différentes enzymes. Les niveaux de cette substance augmentent surtout dans les premiers stades de croissance et pendant le développement des graines, moments cruciaux pour la survie de l'espèce.
La particularité réside dans le fait que la mélatonine est végétale, mais dans des zones différentes de la cellule, notamment les chloroplastes, le cytoplasme et le réticulum endoplasmique. Cette flexibilité permet aux plantes de réagir efficacement à des conditions défavorables telles qu'une chaleur intense, un froid, un manque d'eau ou la présence de substances toxiques dans le sol.
Comme l’explique Imad Aijaz, auteur principal de l’étude :
Chez les plantes, l’horloge interne régule des processus tels que l’expression des gènes, le métabolisme et la stabilité des protéines, en les synchronisant avec les cycles quotidiens et saisonniers.
La mélatonine devient ainsi une sorte de régulateur central du temps biologique des plantes.
Un aspect particulièrement intéressant concerne le lien entre les plantes et la mélatonine produite par les micro-organismes du sol. Certaines bactéries et levures qui vivent autour des racines sont capables de synthétiser de la mélatonine, surtout lorsqu'elles se trouvent dans des conditions stressantes, comme une salinité élevée, des températures basses ou la présence de métaux lourds.
Les espèces microbiennes telles que Bacillus, Pseudomonas, Lactobacillus et diverses levures peuvent accumuler de grandes quantités de mélatonine et la libérer dans le milieu. Cet apport supplémentaire est absorbé par les plantes et contribue à renforcer les racines, à intensifier la pigmentation et à améliorer la tolérance au stress dans de nombreuses cultures agricoles.
Khan souligne que «Les micro-organismes producteurs de mélatonine enrichissent le sol, améliorant la disponibilité, l'absorption et le transport de la mélatonine au sein des plantes, avec des effets positifs sur la croissance et la résistance».
Cycles de la mélatonine dans les plantes et influence sur la croissance
Les plantes suivent également un cycle quotidien de mélatonine. Pendant la nuit, les niveaux augmentent, tandis qu'avec la lumière du soleil, ils diminuent. Ce schéma permet à la plante de coordonner des fonctions fondamentales telles que l'ouverture et la fermeture des stomates des feuilles, la gestion de l'énergie et l'initiation de la floraison.
Les signaux de mélatonine voyagent via des voies chimiques spécifiques et des récepteurs dédiés, notamment PMTR1. À mesure que la molécule se déplace dans les tissus végétaux, les schémas de croissance changent, affectant la germination des graines, la photosynthèse et la production de nouvelles graines. La recherche montre que ces mécanismes varient considérablement selon les espèces, les saisons et les organes végétaux.
La mélatonine n'agit pas seule. Chez les plantes, il interagit avec diverses hormones, contribuant ainsi à maintenir un équilibre délicat entre croissance et défense. Un exemple significatif est la relation avec la cytokinine, une hormone qui maintient les feuilles vertes, actives et fonctionnelles pour la photosynthèse. Dans des conditions stressantes, comme un excès de lumière ou une sécheresse, les feuilles ont tendance à vieillir plus rapidement. La mélatonine renforce l’action de la cytokinine, envoyant un signal plus fort pour « rester vert et opérationnel ».
Un autre cas concerne l'acide jasmonique, impliqué dans les réponses de défense. Dans les situations de stress salin, cette hormone peut devenir excessivement activée, ralentissant la croissance. La mélatonine modère cette réponse, empêchant la plante de gaspiller de l'énergie dans des défenses inutiles et lui permettant de continuer à se développer.
De nouvelles perspectives pour l’agriculture
En plus de bénéficier aux plantes, la mélatonine présente dans le sol modifie également la composition microbienne, soutenant les bactéries bénéfiques telles que les protéobactéries et les actinobactéries et réduisant la présence de champignons nuisibles. Les processus qui rendent l’azote et le phosphore disponibles s’améliorent également, tandis que les mycorhizes deviennent plus efficaces pour soutenir les racines.
Les chercheurs développent actuellement des micro-organismes capables de produire eux-mêmes de la mélatonine, en la libérant uniquement lorsque la plante envoie des signaux de stress. Les premiers résultats montrent des racines plus fortes, une absorption accrue des nutriments et une survie améliorée dans des conditions difficiles, telles qu'une chaleur extrême ou une salinité élevée.
L'étude, publiée dans la revue iScienceouvre la voie à des stratégies agricoles plus naturelles et durables, basées sur l’utilisation intelligente de la mélatonine.
Source : iScience
