Morphologie des cellules végétales: mystérieux puzzle
Publié par Adrien le 12/08/2019 à 08:00
Source: Université McGill

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En découvrant la mécanique et le mécanisme moléculaire qui dictent la forme des cellules végétales, une équipe de chercheurs de l'Université McGill a partiellement levé le voile sur les processus fondamentaux qui régissent la formation des tissus dans les organismes multicellulaires.

Les cellules qui composent les plantes se présentent sous une grande variété de formes et de tailles étroitement liées à la fonction d'un tissu donné.

"Le tissu photosynthétique qui tapisse l'intérieur d'une feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs. Elle est insérée sur les tiges des plantes au...) possède une structure spongieuse faite de cellules en forme d'étoiles qui facilite le passage de l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) et du dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes...). Pour sa part, l'épiderme de la feuille est composé d'une couche plane (La plane est un outil pour le travail du bois. Elle est composée d'une lame semblable à celle d'un couteau, munie de deux poignées, à chaque extrémité de la lame. Elle permet le...) de cellules plates intimement liées les unes aux autres qui ne laisse rien passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.), sauf par des ouvertures bien définies. Mais à vrai dire, nous ne savions pas comment ces formes étonnamment variées prenaient naissance", explique Anja Geitmann, professeure et doyenne de la Faculté des sciences de l'agriculture et de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) de McGill.

Partant du principe que les organismes biologiques sont soumis à des lois physiques, la Pre Geitmann et ses collègues ont eu recours à des principes d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation technique ou...) pour simuler par ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de...) les pressions et les forces nécessaires pour donner une certaine forme à une cellule végétale.

"Dans une cellule végétale, la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) est habituellement supérieure à celle qui règne dans un pneu de voiture, précise la Pre Geitmann. On peut comparer la croissance d'une cellule de plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions (ou règne) des Eucaryotes. Elles sont, avec...) au gonflement d'un ballon en caoutchouc. Nous nous sommes donc posé la question suivante: si c'est la pression qui stimule la croissance d'une cellule végétale, comment est-il possible d'obtenir un ballon (ou une cellule) qui n'est pas sphérique, mais qui a plutôt la forme d'une pièce de puzzle, comme les cellules épidermiques d'une feuille."

Les prédictions découlant des simulations ont servi de point (Graphie) de départ à la découverte des structures biologiques qui déterminent la forme d'une cellule.

Dans le cadre d'études publiées récemment dans les revues Cell Reports et Plant Physiology, l'équipe a fait appel à la 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...) cellulaire et à la microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des...) haute résolution pour démontrer que deux molécules bien connues - la cellulose, matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) utilisée dans la fabrication de textiles, et la pectine, substance gélatineuse qui entre dans la composition de la confiture - jouent un rôle crucial dans le modelage des cellules épidermiques d'une feuille.

"Nos résultats indiquent que la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de...) des cellules épidermiques d'une feuille est semblable à celle des ballons Mylar, explique la Pre Geitmann. Contrairement à un ballon en caoutchouc, qui devient une sphère (En mathématiques, et plus précisément en géométrie euclidienne, une sphère est une surface constituée de tous les points situés à une même distance d'un point appelé centre....) parfaite, le ballon Mylar forme des plis au niveau des joints. Nous croyons que la même chose se produit dans les cellules d'une feuille; ces plis pourraient bien être à l'origine de la forme en pièce de puzzle des cellules épidermiques."

La Pre Geitmann croit que la mécanique donnant à une cellule de feuille sa forme distincte ressemble au processus de modelage d'autres types de cellules végétales.

Son équipe essaie maintenant de déterminer pourquoi la "peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le rôle d'enveloppe protectrice du corps.)" d'une feuille possède une morphologie si complexe en forme de puzzle.

"Nous croyons que les plantes ont évolué de cette façon pour que les feuilles résistent mieux aux contraintes mécaniques destructrices, et nous procédons à des exercices de modélisation et à des essais expérimentaux pour le prouver. La science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce...) est en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs...) de résoudre le puzzle de la vie (La vie est le nom donné :), lentement, une pièce à la fois", conclut-elle.

Cette étude a été financée par une subvention (Une subvention est une aide financière, c’est-à-dire une somme d’argent, qui est allouée par une institution publique ou privée à une personne ou une organisation privée ou publique dans le cadre d'un projet. Les...) à la découverte du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) et par le Programme des chaires de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) du Canada.

L'article "Mechanical Stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général d'adaptation, est l'ensemble des réponses d'un organisme soumis à des...) Initiates and Sustains the Morphogenesis of Wavy Leaf Epidermal Cells", par Amir J. Bidhendi et coll., a été publié dans la revue Cell Reports.

L'article "Pectin chemistry and cellulose crystallinity govern pavement cell morphogenesis in a multi-step mechanism", par Bara Altartouri et coll., a été publié dans la revue Plant Physiology.
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