Éthylène - Définition

L'éthylène comme polluant de l'air

Flux d'éthylène réels et estimés (d'origine industrielle/industrie chimique) à Freeport (TEXAS, USA) Source NOAA ERSL (Regional Air Quality Field Studie)

Éthylène, en aval d'industries chimiques Texanes. Les triangles blancs signalent les sources industrielles repérées l'Agence de l'environnement de l'État du Texas

• L'éthylène, en tant que phyto-hormone pourrait avoir des effets altéragènes sur certaines espèces.
• En présence d'UV solaires, c'est-à-dire de jour, ce gaz est en outre un des précurseurs de l'ozone. L'éthylène étant très réactif et photosensible, sa durée de vie dans l'air est réduite (moins d'une heure à midi à la latitude du Texas). Il a donc longtemps été peu étudié et peu suivi en tant que polluant. Puis on a constaté qu'il pouvait persister bien plus longtemps la nuit. Des instruments ont été récemment développé pour des mesures en temps réel des panaches d'éthylène. Une étude (TexAQS2000) faite par NOAA au Texas a étudié des panaches d'éthylène ayant l'industrie chimique (de Freeport) comme source.
  - Elle a d'abord montré que les émissions industrielles avaient été très fortement sous-estimées dans les inventaires conduits par l'État du Texas sur la base des déclarations des industriels.
  - Elle a aussi montré que des taux très supérieur à la normale d'éthylène était encore présent sous le vent de ces sources, à grande distance (dizaines à centaines de km), la nuit notamment. Les auteurs de cette étude ont conclu qu'en conséquence, la production d'ozone troposphérique à partir de certains panaches industriels (contenant de l'éthylène) avait été sous-estimée par les modèles.

Hormone végétale

C'est aussi une phytohormone (hormone végétale) aux effets multiples.

Histoire

L'éthylène a été découvert en tant qu'hormone végétale en 1901, on remarquait que les feuilles des plantes situées à proximité des lampadaires (à lampe à gaz) tombaient prématurément.

En 1910, on s'aperçoit qu'un fruit confiné murit plus vite qu'un fruit à l'air libre. On fait alors un premier rapprochement avec l'éthylène. En 1934 on découvre les voies métaboliques de l'éthylène.

Et en 1960, par chromatographie en phase gazeuse, on arrive à doser l'éthylène émis par les plantes.

Biosynthèse

L'éthylène a pour origine la méthionine.

Dans le cycle de Yang la méthionine est transformée en S-adénosyl méthionine (SAM) par la SAM Synthétase :

Méthionine + ATP → SAM + PPi + P (SAM Synthétase)

La SAM est ensuite dégradée en 5'méthylthioadénosine (qui est réutilisé par le cycle de Yang) et en Acide 1-AminoCyclopropane-1-Carboxilique par l' ACC Synthase. Une partie de l'ACC est ensuite convertie en éthylène grâce à l'ACC Oxydase, le reste va se conjuger avec du N-Malonyl pour donner du N-Malonyl ACC stocké en une réserve métabolique qui pourra être hydrolysée en fonction des besoins de la plante.

Facteurs inducteurs

Le facteur limitant est la production d'ACC (Acide 1-AminoCyclopropane-1-Carboxilique) par l'ACC Synthase. Cette hormone est présente en quantité très faible dans le cytosol, dans les fruits en maturation (au moment ou l'éthylène est le plus abondant), elle représente environ 0,0001%. Sa production est régulée par des facteurs environnementaux comme une blessure, le froid, un stress hydrique, une diminition de l'O₂ (immersion dans l'eau); ainsi que par des facteurs endogènes : l'auxine ou les cytokinines, mais aussi l'éthylène. Pour cela, la production d'éthylène est un phénomène autocatalytique.

Inhibiteurs

L'AOA (acide aminooxyacétique) et l'AVG (Aminoéthoxyvinyglycine) bloquent le fonctionnement de l'ACC Synthase.

Une absence d'oxygène (anaérobie), des fortes températures (sup. à 35 °C), des ions cobalt Co²⁺, inhibent le fonctionnement de l'ACC Oxydase.

Le nitrate d'argent AgNO₃^-, le thiosulfate d'argent Ag(S₂O₃)₂⁻³ ou un milieu enrichi en CO₂, inhibent en aval l'action de l'éthylène.

Le cyclopropène de méthyle (1-MCP) se fixe de façon presque irréversible sur les récepteurs éthylène, qui transmettent alors un signal conduisant à l'inactivité du système de perception, malgré la présence de molécules d'éthylene sur des récepteurs proches.

Effets

L'éthylène module de nombreux métabolismes (réponses des plantes aux stress biotiques et abiotiques), est impliquée dans les étapes de floraison et stimule la maturation de nombreux fruits. Cette molécule a des effets si variés parce qu'elle est très simple et donc peu spécifique.

Maturation des fruits

L'éthylène est un catalyseur essentiel de la maturation des fruits. Par exemple, un avocat ne mûrit pas sur l'arbre mais six à huit jours après la récolte. On observe alors un pic de production d'ACC, puis d'éthylène qui déclenche la maturation du fruit. Un fruit dont la maturation est dépendante de l'éthylène est classé comme "fruit climactérique".

L'éthylène a un effet sur la maturation des fruits

La banane produit de l'éthylène pour mûrir, pour empêcher le murissement le froid ne suffit pas il faut aussi ventiler pour éviter l'accumulation d'éthylène . Quand on veut redémarrer le murissement il suffit de diffuser de l'éthylène.

Sénescence des organes

La sénescence des organes est un processus génétiquement programmé influençant l'âge physiologique des entités vivantes. Un apport exogène d'ACC ou d'éthylène entraîne une sénescence prématurée, alors qu'un apport exogène de cytokinine retarde le processus.

Un augmentation de la production d'éthylène est associée à une perte de chlorophylle des feuilles, une dégradation des protéines et des ARN, une perte de pigmentation des fleurs, et autres symptômes de vieillissement.

Abscission des feuilles

(= chute des feuilles - ou d'autres parties de la plante)

/!\ Ne pas confondre avec l'acide abscissique.

Les cellules des zones nécessitant une abscission répondent spécifiquement à l'éthylène. Une multitude d'enzymes hydrolytiques telles que des pectinases ou des polygalacturonases (qui dégradent l'acide galacturonique) sont alors stimulées, lysent les parois cellulaires et fragilisent la structure du végétal. Le plus souvent un agent extérieur tel que le vent, donne le coup de grâce et fait tomber l'organe.

Les jeunes feuilles produisent de l'auxine qui les insensibilise à l'éthylène. Après le développement de la feuille, la production d'auxine diminue puis s'arrête : les cellules du pétiole sont alors exposées à des concentrations de plus en plus fortes d'éthylène. Au bout d'un certain temps les zones d'abscission répondent par la synthèse d'enzymes hydrolytiques.

De très fortes concentrations d'auxine stimulent la production d'éthylène et donc la chute des feuilles.

Mouvements d'épinastie

Les racines perçoivent l'inondation par une forte diminution de la concentraion en dioxygène dans le milieu. L'anoxie stimule la production de SAM (SAM Synthétase) et entraîne une augmentation de la teneur en ACC car l'ACC Oxydase ne fonctionne pas : elle ne peut pas oxyder sans oxygène ! L'ACC exédentaire des racines finit par se retrouver dans les feuilles pour être transformé en éthylène. C'est cet éthylène qui est responsable des mouvements d'épinastie.

La floraison

Cette hormone inhibe la floraison sauf chez certaines espèces comme la mangue ou l'ananas ou on synchronise la floraison des fruits en apportant de l'éthylène sur l'arbre.

L'éthylène peut changer la nature des organes floraux. Chez les espèces monoïques, c'est une hormone féminisante.