Le secret de la croissance des plantes enfin percé

Publié par Redbran le 27/11/2023 à 06:00
Source: INRAE
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Contrairement aux animaux, les plantes ont des cellules qui sont toutes entourées d'une paroi rigide. Elle les protège mais les enferme dans un squelette rigide. Alors comment peuvent-elles grandir malgré cette paroi ?

Des scientifiques d'INRAE, du CNRS, en collaboration avec des équipes suisses et belges, ont percé une partie de ce secret. Véritables architectes, les plantes allient sucres et protéines pour conférer à la paroi sa résistance et son extensibilité et permettre la croissance des cellules. Au-delà de l'apport des connaissances, ces résultats publiés le 10 novembre dans Science, revêtent une importance cruciale pour la modélisation et la prédiction des effets des changements environnementaux sur la croissance des plantes.


Le secret de la croissance des plantes enfin percé.
© INRAE - Nicolas Bertrand

Les plantes ont la capacité d'utiliser l'énergie solaire pour convertir le CO2 atmosphérique en sucres. Ces sucres constituent une source presque inépuisable d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) et servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) aussi de briques de construction. Avec ces briques, les plantes construisent un rempart (Un rempart est un élément de fortification entourant un bourg, une ville ou une...) autour de chaque cellule: la paroi.

Cette paroi sert à la fois de barrière protectrice et de support pour un squelette, pressurisé. Ce dernier confère de la rigidité aux organes de la plante, comme un matelas gonflable. En effet, la paroi est si robuste qu'elle peut résister à des pressions considérables à l'intérieur de la cellule, atteignant jusqu'à 10 fois celle de notre atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). Curieusement, la présence de cette paroi n'empêche pas le grossissement des cellules lorsque la plante grandit.

Une question se pose alors: comment cette paroi peut grandir, sans perdre son intégrité, ce qui ferait exploser la cellule ? Pour comprendre ce mécanisme, les scientifiques ont analysé en détails le processus d'assemblage de cette paroi.

Pour cela ils ont étudié la croissance du tube pollinique de l'arabette des dames, une plante modèle. Sa paroi cellulaire comprend deux composants majeurs, notamment des fibres et une matrice, principalement constituée de pectines. Les pectines sont bien connues pour leur rôle de gélifiant dans la confection de confitures !

Une équipe d'INRAE avait déjà découvert qu'une fois déposées dans la paroi, les pectines gonflent, suite à une transformation chimique, et permettent l'expansion de la paroi.

Ici la même équipe montre que ces pectines gonflées, recouvertes de charges négatives, se comportent comme de petits aimants. Et les aimants s'attirent, négatifs avec positifs. Ici, la charge positive qui se lie à ces pectines sont des protéines de la paroi. Il se crée ainsi un réseau, comme aimanté, qui confère sa résistance et son extensibilité à la paroi.

Pour les plantes chez qui cette protéine est altérée, le réseau ne se forme pas et lors de la croissance, le tube pollinique explose sous la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) des cellules.


Image 3D d'un tube pollinique d'Arabidopsis thaliana marqué moléculairement. Le signal vert montre la structure en forme de toile formée par les polysaccharides de pectine (Les pectines (du grec ancien πηκτός / pêktós,...) en liaison avec les complexes protéiques de la paroi cellulaire. Cet arrangement (La notion d'arrangement est utilisée en probabilités, et notamment pour les...) physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) régulé par les protéines fournit un système de support permettant une croissance soutenue des cellules végétales.

Ces résultats sont fondamentaux pour mieux comprendre les mécanismes de croissance des plantes. Ils sont aussi d'une très grande importance pour la modélisation et la prédiction des effets des changements environnementaux sur la croissance des plantes cultivées.

Des résultats d'avenir

Grace à ces résultats, les chercheurs développent actuellement des modèles numériques permettant de simuler et de prédire la croissance et la morphogénèse des plantes en fonction des changements dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...), par exemple ceux associés aux changements climatiques. Dans ces modèles, il est absolument nécessaire d'inclure un mécanisme explicite de la croissance cellulaire.

Référence

Moussu S. et al. (2023). Plant cell wall patterning and expansion mediated by protein-peptide-polysaccharide interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...).
Science 382,719-725(2023).
DOI: https://doi.org/10.1126/science.adi4720
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