En été, les plantes subissent de multiples agressions telles que les températures élevées, une forte luminosité, la sécheresse (stress hydrique) et le stress oxydatif. La bétaïne, important régulateur osmotique et soluté compatible protecteur, joue un rôle crucial dans la résistance des plantes à ces stress estivaux. Ses principales fonctions sont les suivantes :

1. Régulation de la perméation :
Maintenir la pression de turgescence cellulaire :

Les températures élevées et la sécheresse entraînent une perte d'eau chez les plantes, ce qui provoque une augmentation du potentiel osmotique du cytoplasme (augmentation de sa densité). Cette augmentation favorise la déshydratation et le flétrissement des cellules, notamment au niveau des vacuoles environnantes ou des parois cellulaires à forte capacité d'absorption d'eau. La bétaïne s'accumule en grande quantité dans le cytoplasme, réduisant ainsi son potentiel osmotique et permettant aux cellules de maintenir une pression de turgescence élevée. Ce faisant, les cellules résistent à la déshydratation et préservent l'intégrité de leur structure et de leur fonction.

Pression osmotique vacuolaire équilibrée :

Une grande quantité d'ions inorganiques (tels que K⁺, Cl⁻, etc.) s'accumule dans la vacuole pour maintenir la pression osmotique. La bétaïne se trouve principalement dans le cytoplasme, et son accumulation contribue à équilibrer la différence de pression osmotique entre le cytoplasme et les vacuoles, prévenant ainsi les dommages causés au cytoplasme par une déshydratation excessive.

2. Protection des biomolécules :
Structure protéique stable :

Les températures élevées peuvent facilement entraîner la dénaturation et l'inactivation des protéines. Les molécules de bétaïne, porteuses de charges positives et négatives (composantes zwitterioniques), stabilisent la conformation naturelle des protéines par liaisons hydrogène et hydratation, empêchant ainsi leur mauvais repliement, leur agrégation ou leur dénaturation à haute température. Ceci est crucial pour le maintien de l'activité enzymatique, des protéines clés de la photosynthèse et des fonctions d'autres protéines métaboliques.

Système de film protecteur :

Les températures élevées et les espèces réactives de l'oxygène peuvent endommager la structure bicouche lipidique des membranes cellulaires (telles que les membranes thylakoïdes et plasmiques), entraînant une fluidité membranaire anormale, des fuites, voire une désintégration. La bétaïne peut stabiliser la structure membranaire, maintenir sa fluidité normale et sa perméabilité sélective, et protéger l'intégrité des organes et organites photosynthétiques.

3. Protection antioxydante :
Maintenir l'équilibre osmotique et réduire les dommages secondaires causés par le stress.

Stabiliser la structure et l'activité des enzymes antioxydantes (telles que la superoxyde dismutase, la catalase, l'ascorbate peroxydase, etc.), améliorer l'efficacité du système de défense antioxydant naturel de la plante et contribuer indirectement à l'élimination des espèces réactives de l'oxygène.
Élimination indirecte des espèces réactives de l'oxygène :

Un fort ensoleillement et des températures élevées en été peuvent induire la production de grandes quantités d'espèces réactives de l'oxygène dans les plantes, provoquant des dommages oxydatifs. Bien que la bétaïne ne soit pas un antioxydant puissant en soi, son action peut être obtenue par :

4. Protection de la photosynthèse :
Les températures élevées et le stress lumineux intense endommagent considérablement le mécanisme central de la photosynthèse, le photosystème II. La bétaïne peut protéger la membrane thylakoïde, maintenir la stabilité du complexe du photosystème II, assurer le bon fonctionnement de la chaîne de transport d'électrons et atténuer la photoinhibition de la photosynthèse.

5. En tant que donneur de méthyle :

La bétaïne est un important donneur de méthyle chez les organismes vivants, impliqué dans le cycle de la méthionine. En situation de stress, elle peut participer à la synthèse ou à la régulation métabolique de certaines substances de réponse au stress en fournissant des groupements méthyle.

En résumé, durant la canicule estivale, la fonction principale de la bétaïne sur les plantes est :

Rétention d'eau et résistance à la sécheresse :Lutter contre la déshydratation par la régulation osmotique.
Protection contre la chaleur :protège les protéines, les enzymes et les membranes cellulaires des dommages causés par les hautes températures.

Résistance à l'oxydation :Améliore la capacité antioxydante et réduit les dommages photo-oxydatifs.
Maintenir la photosynthèse :protéger les organes photosynthétiques et maintenir l'approvisionnement énergétique de base.

Ainsi, lorsque les plantes perçoivent des signaux de stress tels que des températures élevées et la sécheresse, elles activent la voie de synthèse de la bétaïne (principalement par l'oxydation en deux étapes de la choline dans les chloroplastes), accumulent activement la bétaïne pour renforcer leur résistance au stress et améliorer leur capacité de survie dans les conditions climatiques estivales difficiles. Certaines cultures tolérantes à la sécheresse et à la salinité (comme la betterave sucrière, les épinards, le blé, l'orge, etc.) présentent une forte capacité d'accumulation de bétaïne.

En production agricole, la pulvérisation exogène de bétaïne est également utilisée comme biostimulant pour améliorer la résistance des cultures (telles que le maïs, la tomate, le piment, etc.) aux températures élevées estivales et au stress hydrique.