En été, les plantes sont soumises à de multiples pressions, telles que les températures élevées, la forte luminosité, la sécheresse (stress hydrique) et le stress oxydatif. La bétaïne, important régulateur osmotique et soluté protecteur compatible, 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 entraîne une augmentation du potentiel osmotique cytoplasmique (densification), ce qui entraîne facilement la déshydratation et le flétrissement des cellules des vacuoles ou parois cellulaires environnantes, plus absorbantes. La bétaïne s'accumule en grande quantité dans le cytoplasme, réduisant ainsi son potentiel osmotique et aidant les cellules à maintenir une pression de turgescence élevée, résistant ainsi à la déshydratation et préservant 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 est principalement présente 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. Protéger les biomolécules :
Structure protéique stable :

Les températures élevées peuvent facilement provoquer la dénaturation et l'inactivation des protéines. Les molécules de bétaïne portent des charges positives et négatives (zwitterioniques) et peuvent stabiliser la conformation naturelle des protéines par liaison hydrogène et hydratation, prévenant ainsi le mauvais repliement, l'agrégation ou la 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 de la bicouche lipidique des membranes cellulaires (telles que les membranes thylakoïdes et plasmiques), entraînant une fluidité anormale, des fuites, voire une désintégration membranaire. La bétaïne peut stabiliser la structure membranaire, maintenir sa fluidité et sa perméabilité sélective normales, 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.

Stabilise la structure et l'activité des enzymes antioxydantes (telles que la superoxyde dismutase, la catalase, l'ascorbate peroxydase, etc.), améliore l'efficacité du système de défense antioxydant de la plante et aide indirectement à éliminer les espèces réactives de l'oxygène.
Élimination indirecte des espèces réactives de l'oxygène :

Un fort ensoleillement et des températures estivales élevées 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 puissant antioxydant en soi, on peut en obtenir un grâce à :

4. Protéger la photosynthèse :
Les températures élevées et les fortes contraintes lumineuses endommagent considérablement le mécanisme central de la photosynthèse, le photosystème II. La bétaïne peut protéger la membrane des thylakoïdes, 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 l'un des principaux donneurs de méthyle chez les organismes vivants, impliquée dans le cycle de la méthionine. En conditions de stress, elle pourrait participer à la synthèse ou à la régulation métabolique de certaines substances sensibles au stress en fournissant des groupes méthyle.

En résumé, pendant l’été torride, la fonction principale de la bétaïne sur les plantes est :

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

Résistance à l'oxydation :améliore la capacité antioxydante et réduit les dommages photooxydatifs.
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 oxydation en deux étapes de la choline dans les chloroplastes) et accumulent activement de la bétaïne pour renforcer leur résistance au stress et améliorer leur capacité de survie dans des environnements estivaux rigoureux. Certaines cultures tolérantes à la sécheresse et au sel (comme la betterave sucrière, les épinards, le blé, l'orge, etc.) présentent une forte capacité d'accumulation de bétaïne.

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