Des petits trous chez les plantes
Publié par Adrien le 03/02/2020 à 08:00
Source: CNRS INSB
Les tissus aériens des plantes sont protégés de la déshydratation par la cuticule. Chez les plantes à graines, celle-ci est produite en premier lieu par l'embryon qui est ainsi protégé dès sa sortie de la graine. Pour être fonctionnelle, la cuticule doit être continue. Cet article, publié dans la revue Science, met en évidence un mécanisme qui permet de détecter les trous dans la cuticule embryonnaire et de les combler chez Arabidopsis thaliana. Ce mécanisme met en jeu un dialogue (Le dialogue est une communication entre deux ou plusieurs personnes ou groupes de personnes. Il doit y avoir au minimum un émetteur et un récepteur. Une donnée émise, c'est le...) moléculaire complexe entre l'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première division de...) et le tissu l'entourant dans la graine (Dans le cycle de vie des « plantes à graines », la graine est la structure qui contient et protège l'embryon végétal. Elle est...), l'albumen.


Figure: Un dialogue moléculaire entre l'embryon et le tissu l'entourant dans la graine, l'albumen, permet de détecter les trous dans la cuticule embryonnaire et de les combler chez Arabidopsis.
© Gwyneth Ingram & Nicolas Doll.

La vie (La vie est le nom donné :) végétale est apparue et s'est 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...) en milieu aquatique. La sortie des plantes hors des eaux a eu lieu il y a environ 450 millions d'années et a profondément modifié la face de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...). Les conditions de vie entre le milieu terrestre et aquatique étant très différentes, cette transition a requis un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'adaptations majeures chez les plantes leur permettant de survivre aux conditions stressantes de la vie hors de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.). Une des contraintes majeures du milieu terrestre est qu'il est très desséchant pour des organismes composés majoritairement d'eau comme les plantes. Conserver l'eau dans les tissus est par conséquent une des problématiques majeures pour les plantes vivant sur terre. Au cours de processus de sélection naturelle, les plantes ont ainsi développé une couche hydrophobe (Un composé est dit hydrophobe (du grec υδρο, hydro = eau, et Φοβοσ, phóbos = peur) ou...) entourant leurs tissus aériens, appelée cuticule, qui limite fortement leur perte en eau. La cuticule est essentielle pour leur survie et des défauts dans cette structure entrainent le plus souvent la mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si on a pu parler de la mort dans un sens cosmique plus général, incluant par exemple la mort des étoiles). Chez les...). Du fait de son importance, la cuticule est requise dès lors que la 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 les autres...) est exposée aux conditions sèches de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). Dans le cas des plantes à graines, cela arrive lorsque l'embryon sort de la graine, au cours de la germination pour former la jeune plantule. Par conséquent, la présence d'une cuticule entourant et protégeant l'embryon est déjà nécessaire à ce stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.). La cuticule se forme ainsi antérieurement, au cours du développement de la graine. Lors de ces étapes, l'embryon est entouré d'autres tissus et n'est pas encore soumis aux conditions stressantes de l'atmosphère.

Chez l'arabette des dames (Arabidopsis thaliana), plante très étudiée par les généticiens, la découverte de mutants qui ont des problèmes de formation de la cuticule embryonnaire a été la première étape dans la compréhension de ce mécanisme. Chez certains mutants, l'embryon a perdu la capacité de former une cuticule continue et, dans des conditions d'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).) normales, la jeune plantule meurt rapidement de déshydratation (La déshydratation est la perte ou l'élimination de l'eau d'un corps. Cette dernière peut être partielle ou totale. Toutefois le terme de dessiccation est plus utilisé pour parler de déshydratation...), l'eau des tissus s'échappant par les trous. Il s'agit alors de comprendre comment l'embryon d'une plante non mutante arrive à générer une cuticule continue à sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...), assurant ainsi sa protection et sa survie suite à la germination. C'est en étudiant les gènes affectés dans ces mutants, en collaboration avec des laboratoires allemands et suisses, que les chercheurs ont pu décrire un mécanisme de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de l'intégrité de la cuticule embryonnaire.

Ce travail montre que l'embryon émet un messager chimique qui se déplace en passant par les trous de la cuticule vers le tissu l'entourant dans la graine, l'albumen. Ce messager, inactif dans l'embryon, est activé par 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...) de l'albumen. Une fois actif, il revient vers l'embryon en passant à nouveau par les trous de la cuticule. Il est alors perçu par des récepteurs à la surface de l'embryon et une réponse se met en place, conduisant à la fermeture (Le terme fermeture renvoie à :) des trous de la cuticule. Lorsque la cuticule est fermée de manière continue, le messager ne peut plus traverser la surface de l'embryon et reste ainsi séparé de son activateur qui lui, est retenu de l'autre côté de la barrière, dans l'albumen. Si un nouveau trou apparait lors de la croissance de l'embryon, ce mécanisme s'active à nouveau permettant son comblement.

Ainsi, par le dialogue entre l'embryon et l'albumen, la plante est capable de produire une cuticule sans trou et donc fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en...) avant la germination. Ce mécanisme est essentiel pour la jeune plantule, lui permettant de survivre aux conditions sèches de l'atmosphère dès lors qu'elle y est exposée.

Pour en savoir plus:

A two-way molecular dialogue between embryo and endosperm is required for seed development (Development est une revue scientifique bimensuelle à comité de lecture couvrant tous les champs de la génétique évolutive du développement allant de la biologie cellulaire, des cellules souches, la biologie...).

Doll NM, Royek S, Fujita S, Okuda S, Chamot S, Stintzi A, Widiez T, Hothorn M, Schaller A, Geldner N, Ingram G.
Science. 2020 Jan 24;367(6476):431-435. doi: 10.1126/science.aaz4131.

Laboratoire:

Reproduction et Développement des Plantes (CNRS/INRAE/ENS de Lyon/Université de Lyon)
46 Allée d'Italie.
69364 Lyon cedex 07.
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