L'arsenal défensif des racines des plantes

Publié par Isabelle le 28/09/2021 à 13:00
Source: Université de Genève
Une équipe de l'UNIGE a découvert les mécanismes de régulation de la formation de la couche protectrice des racines des plantes.


Visualisation de la subérine (induite vers la pointe de la racine de gauche) chez Arabidopsis thaliana, avec un gradient coloré selon l'intensité. © UNIGE

Les plantes s'adaptent à leurs besoins nutritionnels en modifiant la perméabilité de leurs racines, via la production ou la dégradation d'une couche semblable au liège, la subérine. En s'intéressant à la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se...) de cette couche protectrice chez l'Arabette des dames (Arabidopsis thaliana), une équipe internationale, dirigée par des scientifiques de l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en...) (UNIGE), a découvert quatre facteurs moléculaires responsables de l'activation (Activation peut faire référence à :) génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est...) de la subérine. Leur identification a permis de produire des plantes aux racines continuellement recouvertes - ou au contraire totalement dépourvues - de subérine. Celles-ci constituent des outils d'intérêt majeur pour la sélection de plantes plus résistantes aux stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général...) environnementaux. Ces travaux sont à lire dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

L'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) par les racines des éléments nutritifs et de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) présents dans le sol doit être sélective, en particulier lorsque l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) est toxique pour la plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la...). La subérine, présente au niveau des racines des plantes, est une substance composée de lipides qui joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) le rôle de barrière protectrice contre les différents stress de l'environnement. En effet, une étude précédente de Marie Barberon, professeure au Département de botanique (La botanique est la science consacrée à l'étude des végétaux (du grec...) et biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) végétale de la Faculté des sciences de l'UNIGE, a montré que la subérine - constituant principal du liège - peut recouvrir les parois cellulaires, ou au contraire être dégradée pour modifier la perméabilité des racines aux nutriments présents dans l'environnement. La couche de subérine protège ainsi la plante contre les pertes en eau, la présence d'éléments toxiques tels que le sel ou le cadmium (Le cadmium est un élément chimique de symbole Cd et de numéro atomique 48.), mais permet aussi d'optimiser l'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un...) des nutriments nécessaires à la croissance.

Quatre facteurs clés chez l'Arabette des dames

Afin de comprendre comment est régulée la présence de la subérine, une équipe internationale, dirigée par Marie Barberon, s'est intéressée à certains régulateurs présents dans l'endoderme, la couche de cellules qui entoure les vaisseaux transportant la sève (En botanique et en physiologie végétale, la sève est le milieu liquide qui circule...) et qui fabrique la subérine. Cette étude a été réalisée dans l'organisme modèle le plus utilisé par les botanistes, l'Arabette des dames. "Nous avons pu nous servir d'une des caractéristiques de cette plante, à savoir la transparence (Un matériau ou un objet est qualifié de transparent lorsqu'il se laisse traverser par la...) de ses racines, pour observer directement en microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique...) la présence ou non de la subérine après coloration et ainsi identifier les protéines essentielles à sa production", explique Vinay Shukla, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) au Département de botanique et biologie végétale et premier auteur de cette étude. C'est ainsi que les biologistes ont pu déterminer les quatre principales protéines responsables de la formation de la subérine. "Nous avons ainsi obtenu des plantes dont les racines sont toujours recouvertes de subérine. A l'aide de la technique CRISPR/Cas9, nous avons également généré un quadruple mutant pour ces protéines qui est incapable de produire la subérine", poursuit Vinay Shukla.

Un pas dans la direction de plantes super-résistantes

Ces Arabettes modifiées ont ensuite été cultivées dans des milieux avec différentes teneurs en sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un...), un élément nutritif contenu dans le sel et nécessaire à la croissance des plantes, mais qui peut devenir toxique s'il est présent dans les sols en concentration trop élevée. "Nous avons observé que les plantes dont les racines sont continuellement recouvertes de subérine absorbent moins le sodium que celles qui en sont dépourvues. En revanche, ces dernières résistent moins bien aux concentrations toxiques", commente Marie Barberon.

Cette découverte des facteurs clés de la régulation de la formation de subérine dans les racines va permettre de disposer d'outils génétiques précieux pour étudier plus précisément son rôle dans le maintien de l'équilibre en nutriments chez les végétaux, mais aussi dans la résistance aux stress salins, à la sécheresse ou encore aux inondations. Ces résultats pourraient avoir un impact considérable chez les plantes d'intérêt agronomique, en permettant à l'avenir de sélectionner des plantes qui résistent mieux aux conditions environnementales défavorables.

Publication:
Cette recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) est publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), DOI: 10.1073/pnas.2101730118

Contact:
Marie Barberon - Professeure assistante - Département de botanique et biologie végétale - Faculté des sciences - Marie.Barberon atvunige.ch
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