Des chercheurs de l’Université de Copenhague ont renversé une croyance de longue date concernant les cellules vésicales du quinoa. Pensées à l’origine pour améliorer la tolérance à la sécheresse et au sel, ces cellules se défendent en réalité contre les ravageurs et les maladies, offrant ainsi de nouvelles perspectives pour la sélection de variétés de quinoa plus fortes et plus résilientes. Ci-dessus, les cellules épidermiques de la vessie vues au microscope. Crédit : Université de Copenhague
Le quinoa et les plantes similaires très résilientes ont à leur surface des structures uniques en forme de ballon, appelées « vessies ». Pendant 127 ans, on a supposé que ces vessies aidaient les plantes à résister à la sécheresse et aux conditions salées. Cependant, des recherches récentes de l’Université de Copenhague ont démystifié cette théorie.
Ces cellules dites de la vessie remplissent en réalité une fonction complètement différente mais importante. Cette découverte laisse penser que des plants de quinoa encore plus résistants pourront désormais être cultivés, ce qui pourrait conduire à une culture beaucoup plus large de cette culture durable dans le monde entier.
En regardant au microscope, cela ressemble à un ballon d’eau. Ou une œuvre d’art en verre. Mais ce n’est qu’une cellule dite de la vessie. Si vous vous demandiez à quoi ça servait, vous ne seriez pas le premier. Pendant 127 ans, même les esprits les plus brillants en biologie végétale ont cru que les vessies remplies de liquide recouvrant les feuilles, les fleurs en grappes et les tiges de diverses plantes rustiques étaient quelque chose de complètement différent de ce qu’elles sont aujourd’hui.
Vidéo de ravageurs (thrips) attaquant une plante de quinoa dépourvue de cellules vésicales. Crédit : Université de Copenhague
La découverte a été faite grâce à une nouvelle recherche de l’Université de Copenhague qui contredit complètement les attentes des chercheurs. Ces nouvelles connaissances pourront probablement être utilisées pour étendre la culture d’une culture particulièrement nutritive et résiliente au climat.
« Le quinoa a été présenté comme une culture d’avenir car il est riche en protéines et très tolérant à la sécheresse et au sel, et donc au changement climatique. Les scientifiques pensaient que le secret de la tolérance au quinoa résidait dans les nombreuses cellules épidermiques de la vessie situées à la surface de la plante. Jusqu’à présent, on pensait qu’ils servaient de décharge à sel et de stockage d’eau. Mais ce n’est pas le cas, et nous en avons des preuves solides », déclare le professeur Michael Palmgren du Département des sciences végétales et environnementales.
Rempart contre les nuisibles
Il y a trois ans, un groupe de recherche dirigé par le doctorant Max Moog et son superviseur Michael Palmgren a commencé à étudier les cellules épidermiques de la vessie des plants de quinoa d’une manière qui n’avait jamais été utilisée auparavant. L’espoir était de comprendre les mécanismes de la plante qui la rendent résistante au sel et à la sécheresse.
À cette fin, les chercheurs ont cultivé des plantes mutantes dépourvues de cellules vésicales pour comparer leurs réactions au sel et à la sécheresse avec celles de plants de quinoa sauvages recouverts de cellules vésicales.
À leur grande surprise, les chercheurs ont découvert que les cellules de la vessie n’avaient aucune influence positive sur la capacité de la plante à tolérer le sel et la sécheresse. Au contraire, ils semblent affaiblir la tolérance. Au lieu de cela, les cellules de la vessie servent de barrière contre les parasites et les maladies.
Les pousses juteuses de la plante quinoa sont couvertes de petites vessies (à gauche). À droite, une plante mutante totalement exempte de cellules vésicales. Les flèches bleues pointent vers les thrips – de petits insectes qui sont de sérieux ravageurs et par lesquels le mutant est attaqué plus sévèrement. Crédit : Université de Copenhague
« Que nous ayons versé de l’eau salée sur les plantes mutantes dépourvues de cellules vésicales ou que nous les ayons exposées à la sécheresse, leurs performances ont été brillantes et contre toute attente. Donc, quelque chose n’allait pas. En revanche, on a pu constater qu’elles étaient fortement infestées de petits insectes – contrairement aux plantes recouvertes de cellules vésicales. C’est à ce moment-là que j’ai réalisé que les cellules de la vessie devaient avoir une fonction complètement différente », explique Max Moog, aujourd’hui postdoctorant au Département des sciences végétales et environnementales et premier auteur de l’étude publiée dans la revue Biologie actuelle.
Lorsque les chercheurs ont analysé ce qui se cache à l’intérieur des cellules de la vessie, ils n’ont pas trouvé de sel comme prévu – bien qu’ils aient ajouté du sel supplémentaire à la plante. Au lieu de cela, ils ont trouvé des composés qui repoussent les intrus.
« Nous avons découvert que les cellules de la vessie agissent comme une barrière physique et chimique contre les insectes affamés. Lorsque de minuscules insectes et acariens se promènent sur une plante recouverte de cellules vésicales, ils sont tout simplement incapables d’accéder aux pousses vertes juteuses qui les intéressent le plus. Et dès qu’ils tentent de ronger les cellules vésicales, ils constatent que le contenu est toxique pour eux », explique Michael Palmgren.
Les vessies, dont la surface de nombreuses variétés de quinoa est entièrement recouverte, ressemblent à de petits ballons sur une tige. Crédit : Université de Copenhague
Entre autres choses, les cellules épidermiques de la vessie du quinoa contiennent de l’oxalique acideun composé également présent dans la rhubarbe, qui agit comme un poison mortel pour les ravageurs.
Les expériences ont également démontré que les cellules de la vessie protègent même le quinoa contre l’une des maladies bactériennes les plus courantes chez les plantes, Pseudomonas syringae. Cela se produit probablement parce que les cellules de la vessie recouvrent partiellement les stomates des feuilles de la plante, point d’entrée de nombreux envahisseurs bactériens.
« Notre hypothèse est que ces cellules de la vessie protègent également contre d’autres maladies des plantes comme le mildiou, une maladie fongique qui limite fortement les rendements du quinoa », explique Max Moog.
La clé d’un « super-quinoa » extra tolérant
Il existe des milliers de variétés de cette culture sud-américaine et la densité des cellules de la vessie à la surface de la plante varie d’une variété à l’autre. Mais de nombreux éléments suggèrent que la densité détermine l’efficacité de la protection des cellules de la vessie.
Vidéo de parasites (thrips) essayant d’attaquer une plante de quinoa. Crédit : Université de Copenhague
« Les variétés de quinoa avec une densité plus élevée de cellules vésicales sont probablement plus robustes contre les ravageurs et les maladies. En revanche, ils peuvent être légèrement moins tolérants au sel et à la sécheresse. Et vice versa. Ces variations ne changent rien au fait que le quinoa est généralement très résistant au sel et à la sécheresse. Mais l’explication doit être trouvée ailleurs que dans les cellules de la vessie », poursuit Max Moog :
« Grâce aux efforts visant à étendre la culture du quinoa dans le monde, les nouvelles connaissances peuvent être utilisées pour adapter la culture à diverses conditions régionales. Par exemple, le sud de l’Europe connaît des conditions très sèches, tandis que les ravageurs constituent un problème plus grave que la sécheresse dans le nord de l’Europe. Ici, dans le nord de l’Europe, il serait logique de se concentrer sur les variétés de quinoa densément couvertes de cellules vésicales.
Selon Michael Palmgren, les nouveaux résultats fournissent une recette concrète pour savoir comment produire du « super-quinoa » relativement facilement :
« Jusqu’à présent, ces cellules de la vessie ont été ignorées lors de la sélection du quinoa. Si vous souhaitez une culture très résistante aux ravageurs et aux maladies, tout en restant tolérante au sel et à la sécheresse, vous pouvez choisir de sélectionner des variétés densément couvertes de cellules vésicales. Ainsi, nous disposons peut-être désormais d’un outil qui nous permet simplement de procéder à des croisements pour obtenir un « super-quinoa » extrêmement tolérant », explique Michael Palmgren.
Michael Palmgren et Max Moog de l’Université de Copenhague. Crédit : Université de Copenhague
Les résultats de la recherche ajoutent une nouvelle dimension à nos connaissances sur le quinoa. Jusqu’à présent, on savait très peu de choses sur la manière dont la plante se défend contre les attaques d’organismes hostiles.
« Nous savons désormais que le quinoa est non seulement tolérant aux facteurs de stress non biologiques comme la sécheresse et le sel, mais également aux influences biologiques telles que les ravageurs et les bactéries pathogènes. Et en même temps, nous avons découvert le secret de ces étranges cellules de la vessie. Cette recherche est un exemple de la façon dont ce qui est établi ne s’avère pas toujours vrai », conclut le professeur.
La recherche est financée par la Fondation Novo Nordisk et l’Université de Copenhague et le programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne dans le cadre du programme de bourses Marie Skłodowska-Curie.
