Le GABA (ou acide γ-aminobutyrique) est une petite molécule bien connue pour être le principal neurotransmetteur inhibiteur dans le système nerveux central, comme l’a très bien décrit Antoine Depaulis dans son article sur le GABA (1). Certains médicaments anxiolytiques, comme le Valium, renforcent son action en modulant l’un de ses récepteurs, le récepteur GABA-A. Il peut être pris sous forme de complément alimentaire, pour potentiellement favoriser l’endormissement et améliorer l’humeur. Ses effets sur notre cerveau, une fois avalé, restent cependant discutés par les scientifiques (2,3). Mais qu’en est-il de l’effet du GABA chez les végétaux ?

Chez les végétaux, le GABA est bien moins connu… Et pourtant, c’est dans les tubercules de pomme de terre qu’il a été découvert pour la première fois, en 1949 (4), soit un an avant sa découverte dans le cerveau des mammifères, en 1950 (5). Diverses fonctions lui ont été attribuées, comme la régulation du pH et du métabolisme énergétique. Il est également impliqué dans la régulation du stress que subissent les plantes au quotidien : sécheresse, infections, attaque d’un herbivore… Et on le retrouve dans toutes les parties des végétaux : fleurs, feuilles, fruits, racines…

Immobiles, sans cerveau ni muscles, les plantes ont dû inventer des solutions d’adaptation à leurs milieux. À travers l’exemple du GABA, je vais vous montrer à quel point les végétaux sont des petits malins !

Pas de neurones, mais de l'électricité ! 

Les plantes fabriquent du GABA presque exactement comme nous ! Comme dans nos neurones, il est produit à partir du glutamate, un acide aminé, par une enzyme, la GAD (glutamate décarboxylase), qui a besoin d’un cofacteur indispensable : le pyridoxal-5'-phosphate, la forme active de la vitamine B6. Le GABA ainsi synthétisé s’introduit dans la mitochondrie via un transporteur nommé GABA perméase, pour être ensuite dégradé par l'enzyme GABA-T (GABA transaminase) en semi-aldéhyde succinique puis en succinate par la semi-aldéhyde succinique déshydrogénase... L'ensemble de ces réactions constitue une voie métabolique appelée « GABA shunt », qui permet notamment de relier le métabolisme du GABA au cycle de Krebs, la « centrale énergétique » de la cellule. Ces enzymes jouent ainsi un rôle essentiel dans la régulation des concentrations de GABA, mais aussi de celles des molécules du cycle de Krebs, et influencent donc le métabolisme énergétique des cellules végétales (6).

Mais le GABA ne se limite pas à un rôle métabolique ! Il peut également agir comme messager, avec un mode d’action bien spécifique, en modulant l'activité de protéines membranaires appelées Aluminium-activated Malate Transporters (ou ALMT, pour les intimes). Ces protéines, spécifiques des végétaux, forment une famille de transporteurs et de canaux qui permettent le passage de certains anions comme le chlorure et le malate, à travers les membranes cellulaires.

En 2015, une étude a montré que le GABA, mais aussi le muscimol¹ (une molécule capable de reproduire certains effets du GABA), inhibaient directement l’activité de certaines de ces protéines. Cette modulation modifie les flux d'ions à travers la membrane et peut ainsi influencer le potentiel électrique des cellules végétales (7). Un phénomène qui rappelle nos neurones ! En effet, les cellules des végétaux sont électriquement chargées, et peuvent produire de véritables signaux électriques, parfois très rapides. C’est ce qui permet à Mimosa pudica, ou sensitive, de replier ses feuilles dès qu’on la touche ou qu’un herbivore la grignote !

Le GABA comme arme

Une feuille est souvent une piste d’atterrissage pour un insecte… et peut être grignotée par un fin gourmet ! Dans la feuille ainsi blessée, on observe alors une augmentation de la production de GABA (8). L’enzyme de synthèse serait activée par la libération de protons dans les cellules, eux-mêmes issus de la vacuole (organite qui stocke des nutriments et qui a divers rôles de régulation osmotique, défense cellulaire…)² sous l’effet des contraintes mécaniques, telles que le grignotage d’un insecte (9). Cette réponse de la plante est considérée comme un mécanisme de défense contre les « prédateurs » (comme la nicotine, mais avec un mécanisme d’action différent…).

En effet, chez les invertébrés, le GABA peut être toxique. Comme chez les vertébrés, il est inhibiteur dans le cerveau : il fait entrer des ions chlorure (Cl⁻) dans les neurones. Mais chez les insectes, il agit aussi directement sur les muscles, qui baignent dans l’hémolymphe (l’équivalent de leur sang) : en ouvrant leurs canaux chlorure, il les « éteint », ce qui peut entraîner une paralysie, voire la mort de l’animal (10). Ainsi, l’avermectine, sans être pour autant un analogue du GABA, est un insecticide qui active les canaux chlorure des nerfs et des muscles des invertébrés, provoquant leur paralysie, puis leur mort. Ses dérivés ont une utilisation agricole (abamectine ; insectes, acariens…) mais aussi médicale (ivermectine ; poux, vers parasites…). Leur découverte a valu le prix Nobel de médecine 2015 à William Campbell et Satoshi Ōmura (11).

Le GABA semble donc être une défense chimique chez les végétaux : une fois ingéré par un insecte, il peut perturber son fonctionnement neuromusculaire, voire le tuer (9).

Le GABA dans la gestion du stress (hydrique)

Les animaux peuvent se déplacer pour trouver les conditions de vie optimales : chercher une feuille appétissante ou chasser un caribou... Les végétaux n’ont pas cette capacité et sont soumis aux conditions extérieures, comme les périodes de chaleur extrême. Ils ont tout de même développé des stratégies d’adaptation !

À la surface des feuilles se trouvent des pores microscopiques appelés stomates. Ces pores sont entourés de deux cellules spécialisées, les cellules de garde, qui contrôlent leur ouverture et leur fermeture, comme des vannes. L'ouverture des stomates permet l'entrée du dioxyde de carbone (CO₂) indispensable à la photosynthèse, mais entraîne également des pertes d'eau sous forme de vapeur : c'est le phénomène de transpiration. Elle permet aussi la libération de l'oxygène produit lors de la photosynthèse. Lorsqu’il fait jour, et que la plante dispose de suffisamment d'eau, les cellules de garde accumulent des ions et de l'eau, ce qui augmente leur turgescence et provoque l'ouverture des stomates. Parmi les acteurs de cette régulation, on retrouve nos chers canaux ALMT (plus particulièrement les ALMT9), situés dans la membrane de la vacuole (tonoplaste) des cellules de garde. Ces canaux permettent l'entrée d'ions chlorure (Cl⁻) et de malate dans la vacuole, ce qui favorise, par osmose, l'entrée d'eau, contribuant ainsi à l'augmentation du volume des cellules de garde et à l'ouverture du stomate. À l'inverse, durant la nuit ou en situation de déficit hydrique, les cellules de garde perdent leur turgescence, entraînant la fermeture des stomates. Cette fermeture permet notamment de limiter les pertes d'eau, une fonction bien utile pendant nos étés caniculaires !

Mais quel rôle joue le GABA dans ce mécanisme ? Des chercheurs ont étudié des plantes génétiquement modifiées dont le gène codant l'enzyme GAD (mutant gad2) ne permet plus une production normale de GABA. Ils ont observé chez ces plantes une augmentation de la transpiration par rapport aux plantes témoins, suggérant une ouverture plus importante ou plus prolongée des stomates. Le GABA agirait comme un inhibiteur de l'activité des canaux ALMT9 dans les vacuoles des cellules de garde. En modulant ces canaux, il limite ainsi les flux d'ions chlorure vers les vacuoles et contribue à freiner l'ouverture des stomates (12).

Le GABA participe ainsi à la régulation des échanges gazeux et des pertes hydriques chez les végétaux, et contribue à leur adaptation aux épisodes de sécheresse.

Le GABA, un rôle dans la saveur des fruits ?

La tomate « Sicilian Rouge High GABA », lancée au Japon en 2021 par la société Sanatech Seed, est un fruit génétiquement édité avec la méthode CRISPR-Cas9 (des ciseaux moléculaires qui ciblent l’ADN) pour produire 4 à 5 fois plus de GABA, sans ajout de gène étranger (13). Ses vendeurs lui prêtent des « bienfaits » (baisse de la tension, relaxation, bien-être), qui restent toutefois peu étayés (2,3).

Les modifications du métabolisme du GABA pourraient aussi jouer sur le goût, notamment de la tomate (Solanum lycopersicum) mais aussi de la pomme (Malus domestica) en influençant l'accumulation de malate et de glutamate, bien que les mécanismes d’action restent encore flous (6).

Les canaux ALMT9 jouent un rôle clé dans l’accumulation de malate dans les fruits (14, 15). La variation des concentrations de malate peut modifier la saveur et notamment l’acidité du fruit. On en retrouve particulièrement dans les pommes, raisins, poires… Or le malate fait partie des molécules du cycle de Krebs, auquel le GABA shunt est relié. Et comme le GABA freine les canaux ALMT9, on peut imaginer qu’il puisse aussi influencer l’acidité des fruits.

Le métabolisme du GABA peut aussi changer une autre saveur ! Le GABA est produit à partir du glutamate par l’enzyme GAD : modifier le métabolisme du GABA modifie donc aussi les concentrations de glutamate. Par exemple, une plante mutante produisant plus de GABA, sa concentration en glutamate diminuera. A l’inverse, une plante mutante ayant une diminution de GABA, aura une concentration de glutamate plus élevée (6, 16). Le glutamate est connu pour son rôle d’exhausteur de goût, notamment dans la cuisine asiatique, le fameux goût umami (17), saveur que l’on retrouve dans la sauce soja, certaines algues, le miso, certains champignons…

En somme, en modulant des voies métaboliques communes, le GABA pourrait influencer non seulement la physiologie de la plante, mais aussi certaines caractéristiques nutritionnelles et gustatives de ses fruits.

Le GABA, une petite molécule pour illustrer la diversité du monde vivant

Plantes et animaux partagent la même voie de production du GABA, mais chacun s’en sert à sa manière. Chez les mammifères adultes, le GABA « apaise » l’activité neuronale dans la plupart des cas, mais chez les végétaux, il permet de lutter contre la sécheresse, les herbivores, et pourrait même influencer le goût des fruits et des légumes...

Le GABA existe également chez des êtres vivants apparus bien avant nous sur Terre… les bactéries ! Chez Escherichia coli, par exemple, une enzyme GAD transforme le glutamate en GABA et consomme au passage des protons, ce qui l’aide à survivre à l’acidité de notre estomac (18). Mais ça, c’est une autre histoire !

Comme le disait François Jacob, l’évolution « bricole » avec ce qui existe déjà (19). Une même petite molécule peut ainsi servir des fonctions très différentes, de la petite bactérie au cerveau d’Homo sapiens en passant par les pommes de terre.

Notes et références

¹ Le muscimol, qui est synthétisé par l’amanite « tue-mouches » (Amanita muscaria), est très utilisé en neurosciences pour activer les récepteurs GABA-A. Il est également connu pour ses effets hallucinogènes.

² La vacuole occupe la majorité du volume (jusqu’à 80-90 %) dans la cellule végétale. Elle est composée majoritairement d’eau et de divers solutés (glucides, acides malique et citrique, vitamines, minéraux…). Lorsqu’on presse un fruit, le contenu des vacuoles des cellules est libéré et compose la majorité du jus de fruit !

Un grand merci à mon cher Antoine Depaulis pour ses relectures et suggestions.

Illustrations : Loan Samalens

1. Depaulis A. 2016. Le GABA, un neurotransmetteur bien excitant. Echosciences Grenoble. https://www.echosciences-grenoble.fr/communautes/atout-cerveau/articles/le-gaba-un-neurotransmetteur-bien-excitant
2. Boonstra E, de Kleijn R, Colzato LS, Alkemade A, Forstmann BU, Nieuwenhuis S. 2015. Neurotransmitters as food supplements: the effects of GABA on brain and behavior. Front. Psychol. 6:1520. doi:10.3389/fpsyg.2015.01520
3. Hepsomali P, Groeger JA, Nishihira J, Scholey A. 2020. Effects of oral gamma-aminobutyric acid (GABA) administration on stress and sleep in humans: a systematic review. Front. Neurosci. 14:923. doi:10.3389/fnins.2020.00923
4. Steward FC, Thompson JF, Dent CE. 1949. γ-Aminobutyric acid, a constituent of the potato tuber? Science 110:439–40
5. Roberts E, Frankel S. 1950. γ-Aminobutyric acid in brain: its formation from glutamic acid. J. Biol. Chem. 187:55–63
6. Xu B, Millar AH, Gilliham M. 2026. γ-Aminobutyric acid (GABA): metabolite, messenger, and mediator of stress adaptation. Annu. Rev. Plant Biol. 77:25–52. doi:10.1146/annurev-arplant-062425-092239
7. Ramesh SA, Tyerman SD, Xu B, Bose J, Kaur S, et al. 2015. GABA signalling modulates plant growth by directly regulating the activity of plant-specific anion transporters. Nat. Commun. 6:7879
8. Wallace W, et al. 1984. Rapid accumulation of γ-aminobutyric acid and alanine in soybean leaves in response to an abrupt transfer to lower temperature, darkness, or mechanical manipulation. Plant Physiol. 75:170–175
9. Bown AW, MacGregor KB, Shelp BJ. 2006. Gamma-aminobutyrate: defense against invertebrate pests? Trends Plant Sci. 11:424–427
10. von Keyserlingk HC, Willis RJ. 1992. The GABA-activated Cl⁻ channel in insects as target for insecticide action: a physiological study. In Insecticides: Mechanism of Action and Resistance, ed. D Otto, B Weber, pp. 205–236. Intercept
11. Nobel Prize Outreach. 2015. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2015. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2015/summary/
12. Xu B, Long Y, Feng X, Zhu X, Sai N, et al. 2021. GABA signalling modulates stomatal opening to enhance plant water use efficiency and drought resilience. Nat. Commun. 12:1952
13. Waltz E. 2022. GABA-enriched tomato is first CRISPR-edited food to enter market. Nat. Biotechnol. 40:9–11. doi:10.1038/d41587-021-00026-2
14. Ye J, Wang X, Hu T, Zhang F, Wang B, et al. 2017. An InDel in the promoter of Al-ACTIVATED MALATE TRANSPORTER9 selected during tomato domestication determines fruit malate contents and aluminum tolerance. Plant Cell 29:2249–2268. doi:10.1105/tpc.17.00211
15. Li C, Krishnan S, Zhang M, Hu D, Meng D, et al. 2024. Alternative splicing underpins the ALMT9 transporter function for vacuolar malic acid accumulation in apple. Adv. Sci. 11:2310159. doi:10.1002/advs.202310159
16. Koike S, Matsukura C, Takayama M, Asamizu E, Ezura H. 2013. Suppression of γ-aminobutyric acid (GABA) transaminases induces prominent GABA accumulation, dwarfism and infertility in the tomato (Solanum lycopersicum L.). Plant Cell Physiol. 54:793–807
17. Kurihara K. 2009. Glutamate: from discovery as a food flavor to role as a basic taste (umami). Am. J. Clin. Nutr. 90:719S–22S
18. Feehily C, Karatzas KAG. 2013. Role of glutamate metabolism in bacterial responses towards acid and other stresses. J. Appl. Microbiol. 114:11–24
19. Jacob F. 1977. Evolution and tinkering. Science 196:1161–1166. doi:10.1126/science.860134