Article de vulgarisation, 2007 Nouvelle édition de l'encyclopédie Universelle. Auxine

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1 Article de vulgarisation, 2007 Nouvelle édition de l'encyclopédie Universelle Auxine L'auxine est une hormone végétale, encore appelée phytohormone. Elle joue un rôle majeur dans le contrôle de la croissance et du développement des plantes. Cette phytohormone intervient dès les premiers stades de l'embryogenèse puis contrôle aussi bien l'organisation du méristème apical (phyllotaxie) et la ramification des parties aériennes de la plante (dominance apicale), que la formation de la racine principale, l'initiation des racines latérales et des racines adventives (rhizogénèse). L'auxine intervient également dans les tropismes en réponse à la gravité (gravitropisme) ou à la lumière (phototropisme). Ces multiples effets à l'échelle de la plante résultent du contrôle qu'elle exerce sur la division cellulaire, l'élongation cellulaire et certaines étapes de différenciation. L'auxine est présente dans l'ensemble du règne végétal. Chez les végétaux supérieurs, la forme majoritaire de l'auxine est l'acide 3-indole-acétique mais d'autres molécules naturelles présentent également une activité auxinique. L'auxine est synthétisée principalement dans les jeunes feuilles et est activement transportée vers les autres tissus de la plante pour en coordonner la croissance et faciliter les réponses aux variations de l'environnement. Origine et découverte Les premières observations suggérant la présence d'une substance chimique modifiant la croissance de la plante en réponse à un éclairement unilatéral datent de la fin du 19 ème siècle. Charles Darwin et son fils Francis publient en 1881, dans l'ouvrage intitulé "The power of movement in plants", le fruit de leurs observations et de leurs expériences sur les coléoptiles de Phalaris canariensis (Alpiste des canaries, plante de la famille des Poacées) tentant de comprendre comment les plantes se courbent et s'orientent en direction d'une source lumineuse. Ainsi, ils observent que le sommet du coléoptile perçoit la lumière mais que la région de courbure se situe quelques millimètres en dessous. Ils constatent de plus que si le sommet du coléoptile est coupé ou masqué par un capuchon opaque, aucune courbure ne se produit. Ils en concluent qu'un signal de croissance est produit au sommet du coléoptile, voyage jusqu'à la zone de croissance et cause une croissance plus rapide de la face ombrée du coléoptile par rapport à la face illuminée. En 1913, Paul Boysen-Jensen découvre que le signal de croissance peut traverser de la gélatine mais pas un matériel imperméable comme une feuille de mica. Arpad Paal accumule quant à lui les premières évidences montrant que le signal de croissance est de nature chimique. En 1926, Went montre que la substance de croissance active provenant de pointes de coléoptile d'avoine peut diffuser dans un bloc d'agar et conserver son effet de stimulation de la croissance des coléoptiles. A partir de cette observation, il met au point un essai biologique s'appuyant sur la mesure de l'angle de courbure de coléoptile d'avoine après dépôt d'un bloc d'agar sur une moitié du coléoptile. Ce test, dit "test Avena" vise à mettre en évidence et quantifier l'activité biologique de cette substance de croissance qu'il nomme AUXINE (nom dérivé du grec auxein, "augmenter, croître"). Au milieu des années 30, les biochimistes Kögl, Haagen-Smit et Erxleben isolent, à partir d'urine humaine, diverses substances dont l'acide indole-3-acétique (AIA). Après quelques errements, l'aia est enfin identifiée comme étant la molécule capable de stimuler la croissance des coléoptiles et quelques 10 années plus tard est isolée à partir de plantes supérieures.

2 Le test Avena n'a plus aujourd'hui qu'une valeur historique, en effet, relativement peu sensible, il n'est plus utilisé depuis de nombreuses années. Le développement de techniques d'analyses modernes très performantes (en particulier la spectrométrie de masse) permet de doser l'auxine avec précision à partir de faibles quantités de tissus et des tests physiologiques beaucoup plus sensibles ont également été développés. Structure chimique L'auxine est un terme général utilisé pour décrire un ensemble de substances chimiques capables de stimuler la croissance de coléoptiles ou de segments de tiges. Chez les plantes supérieures, l'auxine principale est l'acide indole-3-acétique mais il existe d'autres molécules naturelles actives, parmi elles l'acide 3-indole-butyrique et l'acide 4-chloro 3-indole acétique, de structures proches, ou encore l'acide phénylacétique qui ne présente toutefois qu'une faible activité auxinique (figure "structure chimique des auxines naturelles") L'acide indole-3-acétique est un acide faible avec un pka d'environ 4,85. En solution à ph neutre, l'aia se présente sous sa forme dissociée, anionique. L'AIA est formé d'un noyau indole et d'une courte chaîne latérale carbonée portant le groupement carboxyle. Ce dernier semble nécessaire à l'activité auxinique. Le noyau aromatique n'est en revanche pas constant; outre le noyau indole de l'aia, certaines auxines sont formées d'un noyau benzène ou naphtalène. C'est le cas d'un grand nombre de composés obtenus par synthèse chimique, appelés auxines synthétiques, parmi elles: l'acide 2,4-dichlorophénoxyacétique (2,4-D), l'acide 2-méthoxy-3,6-dichlorobenzoïque (Dicamba), l'acide 2,4,5- trichlorophenoxyacétique (2,4,5-T) ou encore l'acide 1-naphtalène acétique (1-ANA). Structure chimique des auxines naturelles Nombre de ces composés ont été développés pour être utilisés en agronomie soit comme auxine pour stimuler ou contrôler une étape de croissance ou de développement de la plante soit dans une gamme de concentrations plus élevées comme désherbants. La structure aromatique ne semble pas absolument requise. En effet de rares molécules non aromatiques ont aussi une activité auxinique, mais il est probable que leur structure mime un noyau aromatique leur permettant ainsi d'interagir avec les mêmes cibles. Qu'elles soient naturelles ou synthétiques, le dénominateur commun à l'ensemble des auxines, semble résider dans la

3 distance fixe (0,55nm) entre la charge négative portée par le carboxyle (sous sa forme dissociée) et une charge positive plus faible portée par le reste de la structure. Formes dissociées d'une auxine naturelle et d'auxines synthétiques. Visualisation de la distance constante séparant la charge négative issue de la dissociation du proton du groupement carboxyle à ph neutre (-COO - ) de la faible charge positive (+) du reste de la structure. Pour l'aia (acide indole-3-acétique), cette charge se positionne sur l'atome d'azote; pour le 2,4-D au niveau de l'atome de carbone en position 6. Le thicarbamate illustre le comportement d'une molécule non aromatique mais présentant une faible activité auxinique. La charge positive est localisée sur l'azote. Homéostasie de l'auxine L'ensemble des réponses contrôlées par l'auxine dépend des concentrations locales de l'hormone dans un tissu donné, à un instant donné. Tout changement de concentration en auxine, même local, est important aussi bien pour assurer le développement optimal des plantes que pour répondre à des stimuli extérieurs. Ainsi, le contrôle de ces changements de concentrations en auxine assimile pleinement cette phytohormone au concept original d'hormone tel que défini chez les animaux. Ces ajustements constants de concentrations en auxine résultent de l'équilibre entre plusieurs processus, à savoir biosynthèse, conjugaison, compartimentation, dégradation et transport à courtes ou longues distances. Mécanismes permettant le contrôle de l'homéostasie de l'auxine - Biosynthèse de l'aia Chez les plantes supérieures, l'ensemble des étapes conduisant à la synthèse de l'aia ne sont pas encore élucidées. Ce n'est que depuis une vingtaine d'années que des éléments précis concernant les voies de biosynthèse de l'auxine commencent à émerger. Les données viennent pour une part d'analyses biochimiques utilisant des marquages isotopiques qui ont permis

4 l'identification de composés intermédiaires de synthèse, et d'autre part d'approches génétiques amenant au clonage de gènes codant des enzymes de biosynthèse de l'aia. Les données biochimiques supportent l'hypothèse de deux voies distinctes de biosynthèse, l'une dépendante du tryptophane, l'autre indépendante du tryptophane. Elles dérivent toutefois toutes les deux de l'anthranilate, précurseur du tryptophane, mais la voie indépendante du tryptophane dériverait directement de l'indole 3-glycérol phosphate ou de l'indole, tous deux précurseurs du tryptophane. En ce début de XXIème siècle, seuls des gènes codant certaines enzymes de biosynthèse de la voie dépendante du tryptophane ont été identifiés. La synthèse d'auxine se produit plutôt dans les tissus jeunes, en particulier dans les très jeunes feuilles. Avec le développement des techniques modernes d'analyse aujourd'hui disponibles, en particulier chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse, le contenu en auxine de différents tissus a été déterminé avec précision sur différents matériels. Sur la plante modèle Arabidopsis thaliana (Arabette), la distribution et la biosynthèse de l'aia ont été étudiées au cours du développement végétatif de la plante. Les très jeunes feuilles, de moins de 0,5mm de long, renferment environ 250 pg d'aia par mg de poids frais et la capacité de synthèse est très élevée. Le contenu en auxine de feuilles ayant terminé leur croissance est plus de 100 fois inférieur et la capacité de synthèse a considérablement décru. Pendant longtemps, il a été considéré que la biosynthèse d'auxine n'avait lieu que dans les jeunes feuilles, pourtant des travaux récents ont démontré que d'autres tissus de jeunes plantes avaient aussi la capacité de synthétiser de l'auxine, en particulier les cotylédons et les racines. L'auxine n'est pas l'apanage des plantes, elle est également synthétisées par des microorganismes, parmi lesquels de nombreuses bactéries du sol, qu'elles soient phytopathogènes (Agrobacterium ou Pseudomonas) ou non (Rhizobium). Différentes voies, dépendantes ou non du tryptophane ont été rapportées selon les micro-organismes. La production d'auxine par les bactéries phytopathogènes interfère avec le métabolisme des hormones de la plante infectée. La formation de tumeurs, correspondant à une prolifération cellulaire accrue consécutive à l'infection par certains pathogènes, est une réponse à l'accroissement de concentration en auxine produite par les bactéries. - Métabolisme Le métabolisme de l'aia recouvre des processus d'oxydation et de conjugaison qui modifient soit le noyau indole soit la chaîne latérale et causent la perte de l'activité biologique. Certaines forment de conjugaison font partie du catabolisme de l'auxine dans la mesure où les conjugués formés ne peuvent être retransformés en auxine active. Le catabolisme décarboxylatif de l'aia implique aussi bien des modifications du noyau indole que de la chaîne latérale. Ces réactions complexes sont catalysées par une variété d'enzymes de la classe des peroxydases, généralement appelées des AIA-oxydases. Les produits de dégradation sont peu abondants dans les extraits de plantes et il reste difficile d'évaluer l'importance relative de la dégradation par décarboxylation L'autre voie de catabolisme de l'aia est l'oxydation sans décarboxylation du noyau aromatique. L'oxydation intervient soit directement sur l'auxine libre soit sur un conjugué aspartate (AIAsp). Ces deux mécanismes coexistent et leur importance varie selon les plantes. Pendant la conjugaison, la chaîne latérale est modifiée; deux types de conjugués peuvent être formés: - des conjugués de type ester, où le groupement carboxyle de la chaîne latérale est lié par un pont oxygène à des sucres (par exemple du glucose) ou des poly-ols cycliques (comme de l'inositol)

5 ou des conjugués de type amide où le groupement carboxyle forme une liaison amide avec des acides aminés (-Ala, -Glu, -Leu, -Asp) ou des polypeptides. La conjugaison de l'auxine est un moyen efficace de contrôler la concentration intracellulaire en auxine libre dans les cellules. Lors d'un traitement de cellules en culture par une source exogène d'aia, une part importante de l'auxine intracellulaire est en quelque sorte "neutralisée" par l'accumulation de conjugués. Ce mécanisme est très rapide. Certaines auxines synthétiques peuvent également être rapidement conjuguées, comme l'acide 1- naphtalène acétique (1-ANA). En revanche, d'autres auxines synthétiques comme par exemple le 2,4-D ne sont que très difficilement métabolisées. - Transport de l'auxine L'auxine est un acide faible dont le pka est d'environ 4,8. L'équilibre entre la forme protonée AIAH et la forme anionique AIA - évolue donc en fonction du ph environnant. Ainsi, à ph neutre ou basique, la forme anionique l'emporte alors qu'à ph acide, l'équilibre se déplace en faveur de la forme protonée. Celle-ci est lipophile et facilement diffusible au travers de la membrane plasmique alors que l'anion ne diffuse pas. Le ph moyen de l'espace apoplastique (espace extracellulaire compris entre la membrane plasmique et la paroi) est d'environ 5,5. Dans ces conditions, une fraction significative de l'aia est sous forme protonée ce qui favorise son entrée dans la cellule, à la faveur du gradient de ph. Dans le cytosol dont le ph est d'environ 7,4, l'aiah est aussitôt dissociée en AIA - et H +. L'auxine est également transportée au travers de la membrane plasmique par des transporteurs sélectifs. Ceux-ci sont de deux types, les transporteurs d'influx qui contrôlent l'entrée de l'auxine et les transporteurs d'efflux qui en contrôlent la sortie. Les approches génétiques ont permis d'identifier les protéines impliquées dans le transport d'influx, elles appartiennent à une famille de perméases aux acides aminés, nommées AUX1/LAX, du nom des mutants d'arabidopsis isolés initialement aux1 (auxin resistant 1) et lax (like aux1). Les transporteurs d'influx ne sont pas présents dans toutes les cellules et semblent être associés au chargement de l'auxine vers le phloème, et à des redistributions localisées d'auxine nécessaire à la croissance et au développement des plantes (par exemple la formation des racines latérales ou le gravitropisme). Ils peuvent avoir un rôle important à jouer quand la concentration en auxine est forte pour augmenter sa capacité à entrer dans les cellules ou au contraire quand la concentration est faible et que la diffusion est négligeable pour drainer l'auxine environnante vers quelques cellules. Ils semblent fonctionner comme co-transporteurs permettant l'entrée simultanée d'un anion AIA - pour deux protons H +. Le transport d'efflux de l'auxine apparaît plus complexe encore et fait intervenir plusieurs types de protéines. Comme explicité précédemment, l'exportation d'auxine par la cellule requiert des transporteurs dans la mesure où la diffusion n'intervient pas. Ces transporteurs d'efflux jouent un rôle essentiel dans le contrôle de l'homéostasie, l'établissement de gradients de concentration localisés ainsi que dans le transport longue distance de l'auxine, des lieux de synthèse situés dans la région apicale vers les racines. Ce transport à longue distance, polarisé, a été évoqué dès les premières observations de Darwin. L'ensemble des travaux réalisés depuis lors montrent que la capacité de redistribution de l'auxine, étroitement liée à l'activité et à la localisation des transporteurs, agit tel le moteur du développement de la plante. C'est un système dynamique, en constante évolution et adaptation. L'activité de transport d'efflux est modulée par phosphorylation, toutefois la cible protéique de cette régulation posttraductionnelle n'est pas clairement identifiée.

6 L'une des familles de protéines les plus étudiées regroupe un ensemble de protéines localisées asymétriquement sur la membrane plasmique de certaines cellules, les protéines PIN. Ces protéines sont retrouvées dans l'ensemble du règne végétal et sont impliquées dans l'efflux d'auxine. Il a été établi que la redistribution d'auxine dépendante de protéines PIN était indispensable au déroulement de processus développementaux essentiels tels que l'acquisition de la polarité et de la symétrie embryonnaire, la formation et le maintien des méristèmes apicaux et racinaires et la phyllotaxie. Ces protéines semblent être rapidement renouvelées au niveau de la membrane plasmique ce qui permet un ajustement constant du flux d'auxine et de son orientation. D'autres protéines appartenant à la famille MDR (MultiDrug Resistant) ou P- Glycoprotéines semblent également jouer un rôle dans le transport de l'auxine. Ces protéines membranaires dépendantes de l'atp sont décrites chez les animaux pour transporter des substances hydrophobes. Elles pourraient jouer un rôle similaire chez les plantes en transportant notamment de l'auxine sous sa forme anionique. Toutefois, elles ne semblent pas être localisées de façon polaire dans les cellules, contrairement aux protéines PIN, et ne contribueraient qu'indirectement au transport polarisé de l'auxine dans la plante. La mise en évidence du transport polarisé de l'auxine et l'étude des transporteurs doit beaucoup à l'utilisation d'inhibiteurs spécifiques du transport, en particulier le NPA (acide naphthylphthalamique) qui inhibe fortement l'efflux de l'auxine. Certains métabolites secondaires naturellement présents dans la plante, notamment parmi les flavonoïdes, peuvent modifier le transport polarisé in vivo. La vitesse moyenne de transport polarisé de l'auxine dans des tiges oscille entre 5 et 20mm/h selon les plantes. A ce transport actif s'ajoute un transport par le phloème. Mécanismes d'action. L'ensemble des mécanismes contrôlant très finement le transport et l'homéostasie de l'auxine dans la plante révèle l'importance du contrôle les concentrations cellulaires et tissulaires en auxine et de leur évolution dans l'action de cette hormone. Dans le concept d'hormone, les changements de concentrations sont certes importants mais le message hormonal aussi doit être lu, reconnu, interprété et traduit par les cellules pour aboutir à une réponse cellulaire puis tissulaire observable à l'échelle d'un tissu, d'un organe ou de la plante entière. Restée longtemps obscure, la compréhension des mécanismes d'action de l'auxine a progressé au cours de ces dernières années grâce à de nombreuses recherches combinant des approches de biochimie, de biologie moléculaire et de génétique. Toutefois, les données restent très parcellaires et d'importants efforts de recherche seront encore nécessaires pour élucider toute la complexité des mécanismes d'action de l'auxine. Compte tenu de l'omnipotence de l'auxine dans le contrôle de la croissance des plantes et de leurs réponses adaptatives aux modifications environnementales, l'élucidation de l'ensemble des mécanismes d'action de cette phytohormone clé constitue l'un des défis de la recherche du domaine végétal dans les prochaines décennies. Classiquement une hormone est perçue par un récepteur, puis une cascade d'évènements est activée (dite voie de signalisation) ce qui se traduit par une modification de l'expression de différents gènes, gènes codant des protéines qui selon leur fonction vont à leur tour agir sur d'autres cibles, et ainsi de suite pour aboutir à une ou des réponses cellulaires coordonnées. L'auxine n'échappe pas à ce schéma de base mais il est probable qu'il n'y ait pas une mais plusieurs voies de signalisation agissant de concert ou séparément pour contrôler l'ensemble des réponses. Ces voies semblent très contraintes avec des contrôles au niveau de l'expression des gènes (transcription ADN), de la stabilité des ARN, et au niveau des protéines de leur synthèse (traduction), des modifications post-traductionnelles (par exemple phosphorylation/ déphosphorylation) et de leur durée de vie (dégradation ciblée). Ces niveaux multiples de

7 contrôles permettent des régulations très fines des réponses dans le temps et un ajustement continu au sein des tissus. A ce jour deux récepteurs d'auxine distincts ont été identifiés et de plus l'hypothèse selon laquelle les protéines impliquées dans le transport de l'auxine pourraient aussi jouer un rôle de récepteur a été avancée sans être toutefois validée. L'un des récepteurs a été identifié dans les années 1980 sur la base de sa capacité à lier l'auxine, d'où son nom ABP1 (Auxin Binding Protein 1). Ce récepteur est en partie associé à la membrane plasmique et pourrait donc percevoir très rapidement toute modification de concentration en auxine. La cascade de signalisation correspondante n'est pour le moment pas connue mais ce récepteur semble être indispensable à la croissance et à la survie de la plante. L'autre récepteur, nommé TIR1, a été identifié plus récemment, il s'agit d'une protéine nucléaire intervenant directement dans le contrôle de la dégradation de répresseurs de transcription, c'est-à-dire des protéines présentes dans le noyau de la cellule et dont le rôle est de bloquer la transcription de certains gènes. En présence d'auxine, le récepteur TIR1 intéragit avec les répresseurs IAA/AUX, ces derniers sont modifiés puis dégradés laissant libres les activateurs de transcription de la famille ARF (Auxin Response Factor). La transcription des gènes dits de réponse précoce à l'auxine peut alors démarrer. Cette dernière est transitoire et sera de nouveau inhibée par des répresseurs nouvellement synthétisés ce qui permet de limiter dans le temps les effets déclenchés par la perception du signal auxine. Rôles de l'auxine et applications Pour l'auxine comme pour la majorité des hormones végétales, la mise en évidence de ses effets sur la croissance et le développement des plantes provient pour une large part de l'observation des effets de l'application exogène d'auxine sur des plantes à différents stades de développement, des organes isolés ou des cellules en culture. Dans certains cas, des corrélations ont été établies entre les contenus en auxine et la croissance ou certaines étapes de développement. Plus récemment, l'apport des approches de génétique a permis de confirmer et d'affiner notre connaissance du rôle de cette hormone par l'étude de plantes mutantes ou de plantes transgéniques altérées dans les contenus en auxine endogène, la perception de l'hormone, la transmission du signal auxine, les réponses moléculaires précoces ou le transport. Les effets de l'auxine sont multiples et cette hormone agit sur les trois réponses cellulaires coordonnées qui sous-tendent l'ensemble des processus de croissance chez les plantes, à savoir la division, l'élongation et la différenciation. L'auxine est généralement considérée comme la phytohormone majeure dans le contrôle de la croissance et du développement. Il est toutefois important de noter que dans un grand nombre de cas l'auxine n'agit pas seule mais en combinaison ou en opposition avec d'autres hormones. Ainsi, à l'échelle d'un organisme entier la croissance et le développement résultent de l'équilibre subtil entre les effets des différentes hormones (balance hormonale) sans omettre l'importance de la disponibilité en eau et en nutriments. Les interactions entre les hormones concernent leurs effets physiologiques et également la régulation des quantités hormonales en agissant soit sur leur biosynthèse soit sur leur métabolisme. Par exemple l'auxine stimule la biosynthèse de l'éthylène, en revanche l'auxine agit sur le niveau de cytokinine en augmentant leur dégradation alors que les cytokinines pourraient favoriser une augmentation d'auxine active en freinant leur conjugaison. L'importance d'un contrôle fin des changements de concentrations en l'auxine a déjà été évoquée dans les paragraphes précédents, avant d'aborder plus en détail certains effets de l'auxine, il est essentiel de comprendre que pour une même réponse, l'auxine peut soit la stimuler soit l'inhiber selon la concentration locale et pour une même concentration selon le

8 tissu considéré. En d'autres termes les effets de l'auxine résultent à la fois d'un effet dosedépendant et de différences de capacité de réponses des tissus d'où la notion de sensibilité des tissus. Ce sont là deux notions importantes, qui intègrent bien la complexité des mécanismes d'action de l'auxine. - Division cellulaire L'auxine est impliquée dans le contrôle de la division cellulaire chez les plantes. C'est avant tout un signal permissif pour la division cellulaire c'est-à-dire que l'auxine est requise pour que les cellules puissent entrer dans le cycle cellulaire. C'est un rôle majeur car l'activité des méristèmes ou la formation de tout nouvel organe nécessitent à un moment donné l'initiation de la division des cellules et leur prolifération. La cible moléculaire de l'auxine vis-à-vis de l'entrée dans le cycle n'est pas connue, en revanche il a été montré que l'auxine agissait également sur l'expression d'un certain nombre de gènes impliqués dans des phases spécifiques du cycle cellulaire, en particulier des cyclines. L'auxine est nécessaire à la division de cellules végétales en culture in vitro ainsi qu'à la prolifération de cellules sous forme de cals. Même si l'ajout simultané de cytokinines n'est pas toujours nécessaire (car vraissemblablement produites par les cellules elle-mêmes), il a été montré que ces deux hormones agissaient en synergie pour stimuler la prolifération cellulaire. De plus, la modification des concentrations relatives de ces deux hormones permet de stimuler la prolifération de cals, induire la régénération de tissus végétatifs ou la formation de racines. Un rapport auxin/cytokinin élevé est favorable à l'initiation de racines alors qu'un rapport faible promouvoit la formation de bourgeons végétatifs. Toutes les techniques de micropropagation clonale ou de régénération, largement utilisées dans les pratiques horticulturales s'appuient directement sur ces caractéristiques. Dans les plantes, nombre de divisions se situent dans les méristèmes (méristème racinaire et méristème apical, ou méristèmes secondaires) qui restent actifs tout au long de la vie de la plante. La plupart des cellules formées sortent alors du cycle cellulaire, s'allongent et entrent dans des programmes de différenciation. Toutefois, beaucoup de cellules végétales différenciées conservent la capacité de se dédifférencier et d'entrer de nouveau en division si elles sont exposées à une augmentation de concentration en auxine. Une telle réactivation du cycle cellulaire dans des cellules différenciées est un processus normal pendant la croissance de la plante ou en réponse à un stimulus extérieur. C'est le cas par exemple de la formation des racines latérales à partir des cellules différenciées du péricycle en condition normale ou en réponse à la sécheresse, ou de la formation des racines adventives (Cf hormone de bouturage). - Elongation cellulaire, croissance des organes De nombreuses études ont montré que l'auxine était capable de stimuler l'élongation des cellules des parties aériennes de la plante. L'élongation est une croissance orientée des cellules, suivant un axe privilégié correspondant le plus souvent à l'axe de l'organe lui-même comme l'hypocotyle et l'épicotyle (pour les dicotylédones), le coléoptile (pour les monocotylédones), la tige, le pétiole. Au cours de la croissance des feuilles, elle semble intervenir également dans la croissance des cellules dans toutes les dimensions, dans ce cas on parle plutôt d'expansion cellulaire. Dans les racines, les cellules issues du méristème racinaire s'allongent petit à petit et seules de très faibles concentrations d'auxine stimulent cette élongation. En revanche, un apport d'auxine exogène inhibe rapidement et sévèrement cette élongation alors que la même concentration stimule la même réponse dans les tissus aériens.

9 Les mécanismes moléculaires expliquant ces différences importantes de sensibilité ne sont pas aujourd'hui connus. L'auxine semble agir en deux phases distinctes sur la stimulation de l'élongation cellulaire. Tout d'abord une action rapide mesurable après seulement quelques dizaines de minutes où l'auxine provoque une acidification de l'espace extracellulaire (apoplaste) provoquant un relâchement de la paroi des cellules sous l'effet du ph et un étirement des cellules sous l'effet de la pression osmotique. Dans un deuxième temps l'auxine provoque également la production ou l'activation d'enzymes pariétales qui vont hydrolyser certains éléments de la paroi et aider à la capacité d'élongation des cellules ainsi que favoriser la synthèse et la secrétion par les cellules de nouveaux composés pariétaux. En revanche l'auxine ne semble pas être impliquée dans la régulation de la pression de turgescence qui joue un rôle moteur dans la mécanique de l'élongation. L'auxine n'est pas la seule hormone impliquée dans l'élongation ou l'expansion cellulaire. Ses effets sont combinés à ceux de deux autres phytohormones: l'acide gibbérellique et les brassinostéroïdes. L'auxine agit également en combinaison avec l'éthylène et l'acide jasmonique dans le contrôle de croissance asymétrique. - Différenciation des vaisseaux conducteurs L'auxine détermine les sites de différenciation des vaisseaux conducteurs et contribue à ce que les cellules vasculaires forment des faisceaux connectés les uns aux autres. Dans une jeune feuille, au fur et à mesure que les vaisseaux conducteurs s'organisent et se différencient, la feuille devient un puits d'auxine et le phloème nouvellement formé assure son exportation, ce qui renforce les gradients locaux. Chez les espèces ligneuses, l'auxine joue un rôle essentiel dans l'activité du cambium et dans la formation des vaisseaux conducteurs qui forment le bois. En cas de blessure, l'auxine facilite la différenciation de nouveaux vaisseaux et leur connexion avec les vaisseaux préexistants afin que la sève puisse de nouveau circuler. - Tropismes, Polarité et symétrie embryonnaire Les plantes répondent à des signaux directionnels (lumière, gravité) par une croissance inégale d'un coté ou de l'autre de la tige ou des racines, provoquant une courbure et donc une réorientation. Ce n'est généralement pas l'ensemble de la plante qui se courbe mais une zone particulière de la tige ou des racines correspondant à une zone de compétence pour que les cellules s'allongent ou non. Suite au stimulus, un gradient d'auxine transversal (par rapport à l'axe de la tige ou de la racine) se forme. Dans la tige, l'élévation de concentration locale va stimuler la croissance des cellules alors que sur l'autre face la diminution de concentration sera insuffisante pour que les cellules s'allongent. Dans les racines s'est exactement l'inverse, en effet les cellules exposées à la concentration la plus élevée seront inhibées alors que sur la face opposée la faible concentration en auxine induira une élongation accrue. Ces réponses tropiques sont à la fois des manisfestations de l'effet dose-dépendant exercé par l'auxine sur l'élongation cellulaire et l'illustration de la différence de sensibilité des cellules à l'auxine entre les racines et la tige. Pour ces réponses, la formation du gradient d'auxine est essentielle et requiert l'activité des transporteurs pour créer localement un gradient d'auxine. La formation de gradients localisés d'auxine est également critique au cours de l'embryogénèse pour l'organisation des cellules au sein de l'embryon. Cette organisation concerne l'acquisition de l'axe de symétrie de la future plantule et l'individualisation d'un pole apical (futur partie aérienne) et basal (future racine).

10 - Croissance des fruits L'auxine joue également un rôle majeur à toutes les étapes de la reproduction. Les concentrations les plus élevées en auxine ont été retrouvées dans des fruits en développement. L'auxine est essentielle à la croissance du fruit mais agit également sur les tissus adjacents. Au début des années 1950, il a été montré que la présence des akènes à la surface du réceptacle de la fraise était indispensable à son grossissement, l'élimination des akènes bloquant aussitôt la croissance. En revanche, un apport exogène d'auxine sur ces réceptacles nus stimulait de nouveau la croissance. L'arrêt de l'apport exogène provoquant alors une maturation prématurée du réceptacle. La parthénocarpie (production de fruit sans fécondation de l'ovule) peut être induite chez de nombreuses espèces par des applications d'auxine. Il y a un intérêt agronomique croissant pour la production de tels fruits chez des espèces dont la partie charnue est issue du réceptacle ou du gynécée (par exemple: le kaki, la tomate, aubergine ) La pulvérisation d'auxine combinée à d'autres hormones est parfois pratiquée juste après la floraison de pommiers et de poiriers pour limiter le nombre de fruits et donc promouvoir la formation de plus beaux fruits. L'auxine est quelquefois appliquée sur les fruits pour améliorer leur taille, c'est le cas des citrons. De façon plus répandue, les vergers sont pulvérisés avec de l'auxine après la floraison pour augmenter la taille des fruits, leur contenu en sucre et pour différer le développement de la zone d'abscission. Différer la chute des fruits avec un tel traitement est devenu courant, surtout dans les vergers où les fruits sont collectés mécaniquement, ce qui évite la perte des fruits tombant au sol et limite le nombre de passages nécessaires pour récolter. - Hormone de bouturage/ racines adventives A la différence de la majorité des animaux, les plantes ont la capacité de pouvoir développer de nouveaux organes à partir de cellules déjà différenciés. Cette plasticité permet en particulier la formation de racines dites "adventives" à partir de tissus aériens (tiges ou feuilles), notamment pour remplacer la racine principale si celle-ci est endommagée. De nombreuses plantes développent naturellement des racines adventives, ce qui apporte par exemple un meilleur enracinement des thalles de céréales, ou une propagation naturelle des plantes par marcottage. L'auxine joue un rôle majeur dans l'apparition de ces nouvelles racines tout comme elle est essentielle au développement du système racinaire. L'addition d'auxine exogène permet ou augmente la rhizogénèse adventive et l'industrie horticulturale s'appuie largement sur les techniques de micropropagation ou de propagation clonale pour la production de plantes ornementales, d'arbuste ou d'arbres. Ce sont des auxines synthétiques, en particulier 1-ANA et AIB, qui sont vendues commercialement sous l'appellation "hormone de bouturage" et conditionnées soit en solution soit en poudre pour une application facile et contrôlée sur des explants végétaux. - Désherbant/défoliant La plus large exploitation commerciale des phytohormones est sans conteste l'utilisation d'auxines synthétiques comme désherbants sélectifs. Des auxines synthétiques comme le 2,4- D ont été développées dans les années 1940 et utilisées extensivement, en particulier en raison de leur sélectivité. En effet, la toxicité de ces molécules est généralement beaucoup plus grande pour les plantes dicotylédones que pour les monocotylédones. Cette caractéristique explique leur utilisation très répandue pour contrôler la propagation des mauvaises herbes dans les cultures de céréales, de canne à sucre ou dans les gazons.

11 L'agent défoliant entrant dans la composition de "l'agent Orange" n'était autre qu'une auxine de synthèse, l'acide trichlorophénoxyacétique (2,4,5-T). Dans les années 1960, prés de 80 millions de litres de cet agent ont été déversés par avion au Viêt Nam sur les cultures et les forêts. L'impact écologique a été considérable. Toutefois, les effets les plus dramatiques de l'agent Orange sur les populations ont été causés par des produits contaminants appartenant aux dioxines de type TCDD, poison puissant, durable et agissant à très faibles doses et non par l'auxine elle-même. Les effets désherbants ou défoliant des auxines interviennent pour des concentrations élevées, hors de la gamme de concentration où ces molécules sont biologiquement actives en tant que phytohormones. De plus, certaines auxines synthétiques n'étant pas ou très mal métabolisées par les plantes, elles s'accumulent dans les cellules et deviennent toxiques. Les mécanismes moléculaires de cette action désherbante ou de la sélectivité ne sont pas clairement établis. Il est admis que l'élévation importante d'auxine va rapidement saturé les réponses spécifiquement sous contrôle de cette hormone et de plus va engendrer directement ou indirectement un ensemble de modifications comme une biosynthèse accrue d'autres phytohormones (éthylène, acide abscissique) et des réponses dites de stress (production de formes activées d'oxygène [peroxyde d'hydrogène], réponses de défense, de sénescence.