با توجه به تغییرات آب و هوایی نیاز به توسعه استراتژي‌هاي کشاورزي قابل تطابق با تغییرات محیطی ضروري می‌باشد. ملاتونین از جمله موادي است که اخیراً به صورت کاربرد خارجی جهت افزایش مقاومت گیاهان به تنش‌ها و یا افزایش عملکرد و کیفیت آنها در شرایط مزرعه استفاده می‌شود.
ملاتونین مولکولی است که سودمندي‌اش براي انسان به خوبی شناخته شده است. ملاتونین همچنین در خیلی از فرآیندهاي فیزیولوژیکی در گیاهان به‌صورت غیرمستقیم (واسطه) نقش دارد. ملاتونین یک ترکیب طبیعی ایندول آمین مشتق شده از تریپتوفان (ان استیل 5 متوکسی تریپتامین) است که ابتدا تصور می‌شد که فقط در جانوران وجود دارد. این ماده در غده صنوبري گاو در سال 1958 کشف شد. بعد از این کشف براي چهار دهه‌ي بعد منحصرا به‌عنوان یک هورمون حیوانی خصوصاً نوروهورمون مطرح می‌شد. در سال 1993 وجود ملاتونین در گیاه Pharbitis nilتشخیص داده شد ولی این اطلاعات تا سال 1995 گزارش نشد. در سال 1995 وجود ملاتونین در گیاهان تک لپه و دولپه خوراکی تشخیص داده شد. ملاتونین میتواند مستقیماً از سروتونین در یک فرآیند واسط و کاتالیز شده توسطSNAT (Serotonin N-acetyltransferase)،HIOMT (Hydroxyindole-O-methyltransferase) و ASMT (Acetyl serotonin methyl transferase) تولید شود که البته مسیر ترجیحی در گیاهان با مسیر سنتز اکسین (وابسته به تریپتوفان) اشتراك دارد. ایندول استیک اسید (IAA) هم همچنین از تریپتامین و ایندول 3 استالدئید ایجاد شده در فرآیند واسط تولید می‌شود. ساختار شیمیایی ملاتونین نیز در شکل 1 و 2 ارائه شده است.
شکل 1- مسیر بیوسنتزی ملاتونین در گیاهان
آنزیم های شرکت کننده در این متابولیسم عبارتند از تریپتوفان دکربوکسیلاز (TDC)، تریپتوفان هیدروکسیلاز (TPH)، تریپتامین 5-هیدروکسیلاز T5H))، سروتونین N -استیل ترانسفراز (SNAT)، N -استیل سروتونین متیل ترانسفراز (ASMT)، کافئیک اسید متیل ترانسفراز (O-COMT) و N- استیل سروتونین داستیلاز (ASDAC)
فلش‌های سیاه (TDC-T5H-SNAT -ASMT/COMT یا TDC-T5H-ASMT/COMT-SNAT) مسیرهای رایج هستند. فلش‌های نقطه چین (TPH-TDC) یک مسیر غیر معمول را نشان می‌دهد. فلش نقطه‌دار (ASDAC) یک مسیر معکوس را نشان می‌دهد و فلش‌های نقطه‌دار (SNAT-?) نشان‌دهنده مسیر ناتمام است.
شکل 2- ساختارشیمیایی ملاتونین
نقش ملاتونین در گیاهان
در حال حاضر مشخص شده است که ملاتونین در قسمت‌هاي مختلف گیاهان شامل ریشه، ساقه، برگ، گل، میوه و دانه موجود است. ملاتونین اعمال مختلف فیزیولوژیکی را در گیاهان موجب می‌شود. این ماده نقش مهمی در تنظیم رشد و توسعه گیاهان از قبیل جوانه‌زنی بذر، ریشه زایی و تحریک رشد رویشی و گلدهی و پاسخ به تنش بر عهده دارد.
ملاتونین به‌عنوان یک ایندول آمین در نقش یک شبه اکسین در تنظیم توسعه ریشه در گیاهان عمل می‌نماید. این ترکیب علاوه بر نقش پیام‌رسانی تاریکی و محرك تنظیم کننده‌هاي رشد، نقش قابل توجهی به‌عنوان فعالیت آنتی‌اکسیدانی مرتبط با محافظت گیاهان در برابر تنش‌هاي اکسیداتیو داخلی و محیطی بازي می‌کند. ملاتونین همچنین ژن‌هاي ضدتنش درگیر در تنظیم فتوسنتز، چرخه سلول، رونوشت برداري از DNA، متابولیسم کربوهیدرات و بیوسنتز لیپید را در شرایط تنش‌هاي غیر زنده مجدا تنظیم می‌نماید. به طور خاص ملاتونین نقش مهمی در بهبود فرآیند فتوسنتز تحت شرایط تنش‌هاي محیطی دارد. ملاتونین موجب اصلاح عملکرد روزنه از طریق تعادل آب و کاهش تولید ABA در شرایط تنش خشکی می‌شود. ملاتونین همچنین در کارآیی انتقال الکترون تحت شرایط تنش کمبود آب مشارکت دارد. خلاصه عملکرد ملاتونین در گیاهان در شکل 3 نشان داده شده است.
شکل 3-عملکرد و مکانیسم ملاتونین در تنظیم رشد و نمو، تحمل تنش غیرزیستی گیاه
(خطوط نقطه چین- مکانیسم ناشناخته)
ملاتونین به‌عنوان خط اول دفاع و حسگر داخلی تنش اکسیداتیو در گیاهان گزارش شده است. این ماده از گیاهان در برابر خسارات ایجاد شده به واسطه محرك‌هاي تنش شامل فلزات سنگین، اشعه ماوراء بنفش و نوسانات دمایی حفاظت می‌کند. همچنین پیري برگ را به تأخیر می‌اندازد. فعالیت آنتی اکسیدانی ملاتونین شامل 1- پاکسازي مستقیم رادیکال‌هاي آزاد، 2- تحریک آنزیم‌هاي آنتی اکسیدان، 3- تقویت فعالیت دیگر آنتی اکسیدان‌ها و 4 – افزایش کارآیی زنجیره انتقال الکترون میتوکندریایی و در نتیجه تخفیف تراوش الکترون و کاهش تولید رادیکال‌هاي آزاد می‌باشد.گزارش شده که ملاتونین میتواند از گیاهان در برابر تنش‌هاي غیرزنده از قبیل شوري، سرما، خشکی و عفونت‌هاي بیماري‌زا محافظت کند.
مکانیسم فعالیت ملاتونین هنوز در گیاهان به طور کامل آشکار نشده است، به هر حال این ماده رشد و توسعه گیاهان را با عمل کردن به‌عنوان آنتی اکسیدان، تثبیت کننده غشاء و با تنظیم کاهش یا افزایش بیان ژن تغییر می‌دهد. ملاتونین هم طبیعت آبدوست و چربی‌دوست دارد و میتواند از موانع فیزیولوژیکی به راحتی عبور نماید و سریع‌ترین انتقال به داخل سلول را داشته باشد.