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Posté par Isabelle le Samedi 20/05/2017 à 00:00
Sélectionner des plantes adaptées aux sols pauvres en phosphate
Mise en évidence d'un mécanisme d'arrêt de croissance des racines des plantes.

Une équipe de recherche du CEA et du CNRS (1) ont mis en évidence un mécanisme d'arrêt de la croissance racinaire des plantes lors d'une carence en phosphate dans le sol. L'exploitation de ces résultats permettrait d'améliorer la résistance de plantes cultivées dans les sols acides ou pauvres en phosphates, ou d'augmenter leurs propriétés d'extraction de métaux polluants. Les résultats de cette étude paraissent dans Nature Communications le 15 mai 2017.

Des chercheurs du CEA, du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et du Leibniz Institute of Plant Biochemistry (Halle, Germany) ont découvert un mécanisme activé par une carence en phosphate (Un phosphate, en chimie inorganique, est un sel d'acide phosphorique résultant de l'attaque d'une base par de l'acide phosphorique.) et inhibant la croissance de la racine principale des plantes. Grâce à leurs racines, les plantes puisent dans le sol les nutriments nécessaires à leur croissance. Le phosphore (Le phosphore est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole P et de numéro atomique 15.) est un élément essentiel à la vie (La vie est le nom donné :), mais la forme soluble absorbable par les plantes (le phosphate) est souvent présente en quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une...) limitée dans le sol. Les chercheurs ont identifié un mécanisme permettant à la plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions...) de freiner la croissance de sa racine principale lorsqu'elle rencontre une zone pauvre en phosphate, tandis que la croissance des racines latérales est stimulée. Cette exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) préférentielle des couches superficielles du sol, là où le phosphate se concentre, est particulièrement développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales...) dans la culture (La Culture est une civilisation pan-galactique inventée par Iain M. Banks au travers de ses romans et nouvelles de science-fiction. Décrite avec beaucoup de précision et de détail,...) des plantes adaptées aux sols pauvres.

D'après l'étude, lorsque la pointe de la racine principale rencontre un milieu carencé en phosphate, la production d'une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle de protéine...) permettant aux cellules de libérer du malate dans le milieu extracellulaire est stimulée. Ce dernier est un petit acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) pouvant se lier à des ions métalliques comme le fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie...). L'association du malate avec le fer déclenche très rapidement, via une ferroxidase (2), une réaction aboutissant à un blocage de l'élongation et de la division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la réciproque de la fonction...) des cellules racinaires (Figure 1).


La carence en phosphate stimule l'entrée du régulateur transcriptionnel (vert) dans le noyau de la cellule, où il active l'expression de l'exporteur de malate (bleu). Associé au malate, le fer inhibe l'expansion longitudinale des parois cellulaires et donc bloque l'élongation des cellules racinaires. © CEA

Cette découverte permettrait de sélectionner des plantes adaptées à des sols pauvres en phosphate pour une agriculture plus durable. Par ailleurs, les acides organiques, tels que le malate, favorisent la solubilisation de métaux comme le césium (Le césium est un élément chimique de symbole Cs et de numéro atomique 55.) et l'uranyle (un oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.) d'uranium) dans les sols et ainsi leur absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une...) par la plante. La stimulation (Une stimulation est un événement physique ou chimique qui active une ou plusieurs cellules réceptrices de l'organisme. La cellule traduit la...) de ce mécanisme racinaire pourrait ainsi être une nouvelle stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) pour améliorer la phytoextraction de ces métaux polluants.

Note:
(1) Du laboratoire Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres...) végétale et microbiologie (La microbiologie est la science qui étudie les micro-organismes (ou microorganismes).) environnementales (CEA de Cadarache/CNRS/ AMU), en collaboration avec l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) de biologie structurale (CNRS/CEA/Université Grenoble Alpes) et le Leibniz Institute of Plant Biochemistry (Halle, Germany).
(2) La ferroxidase a été découverte il y a 10 ans par le même laboratoire. Cette découverte a été publiée par Nature Genetics (Nature Genetics, est une revue scientifique britannique spécialisée dans tous les aspects de la recherche en génétique, de la...) 2007, 39(6):792-6.


Référence publication:
Nature Communications 8, Article number: 15300 (2017)
doi:10.1038/ncomms15300

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Source: CEA