Tige d’Arabidopsis avec une adhésion cellulaire affaiblie traitée avec un inhibiteur de l’hormone de croissance brassinostéroïde, qui ralentit la croissance épidermique, provoquant des contraintes mécaniques et ouvrant des fissures lorsque les cellules épidermiques sont séparées. Crédit : Rob Kesseler et Robert Bellow
Une plante aquatique obscure a mis en lumière la façon dont les plantes empêchent les fissures dues aux contraintes et aux contraintes associées à la croissance.
Cette découverte a été faite par le Dr Robert Kelly-Bellow et Karen Lee de l’équipe du professeur Enrico Coen au John Innes Centre. Tout a commencé par une curieuse observation d’un mutant nain de la plante carnivore, Utricularia gibba.
Les tiges de cette plante flottante sont remplies d’espaces aériens et ce creux signifie que la colonne vasculaire à l’intérieur de la tige peut se déformer en cas de stress. Cet effet ne serait pas apparent dans la plupart des plantes, qui ont des tiges solides.
Les chercheurs ont vu que chez un mutant nain, la colonne centrale était ondulée au lieu d’être droite. Ils ont émis l’hypothèse que cette colonne vertébrale bancale était causée par un conflit interne, une disparité entre ce qui se passait à l’intérieur de la tige de la plante et l’épiderme ou la peau. La modélisation informatique par le co-auteur, le Dr Richard Kennaway, a montré que cette idée pouvait expliquer ce qui a été observé.
« On s’est rendu compte que chez ces types de nains, seul l’épiderme, la peau de ceux-ci, veut être court, le tissu interne veut toujours être long d’où l’effet de flambement », explique le professeur Enrico Coen du John Innes Centre, auteur de l’étude qui paraît dans Science.
« Ce fut une surprise – auparavant, les gens pensaient que les variétés naines, qui sont très importantes en agriculture, seraient naines parce que tout dans la tige est affecté pour pousser moins mais en fait c’est juste la peau dans ce cas, créant une sorte de camisole de force. .”
D’autres investigations ont révélé que le Utricularia gibba mutant nain manquait d’une hormone de croissance appelée brassinostéroïde.
Ils ont émis l’hypothèse que cette hormone permet normalement à la peau de s’étirer, donnant une camisole de force plus indulgente et permettant à la tige de la plante de s’allonger.
Pour tester cette idée, ils ont utilisé un mutant de la plante modèle Arabidopsis qui affaiblit la colle entre les cellules, pour voir si la réduction du brassinostéroïde entraînerait la formation de fissures majeures dans la peau de la tige en raison des contraintes.
« C’est exactement ce que nous avons vu », explique le professeur Coen. « Normalement, une tige d’Arabidopsis avec une colle affaiblie se fissurera légèrement car l’hormone est là pour desserrer le carcan. Mais quand l’hormone manquait, la peau était complètement arrachée et la plante était presque sans peau.
La modélisation informatique par le co-auteur, le professeur Richard Smith, a montré que l’hormone brassinostéroïde soulageait probablement la camisole de force en desserrant les fibres des parois cellulaires épidermiques.
« Les cellules végétales sont collées entre elles et sont contraintes de se comporter de manière coordonnée rien que par leur pectine, leur colle, qui les lie. Ce que nous montrons dans cette étude, c’est qu’il s’agit d’une force incroyablement puissante ; la colle est si forte qu’il suffit de modifier la croissance d’une couche et les autres cellules suivront », explique le professeur Coen.
« Des études antérieures ont souligné que les plantes envoient des signaux moléculaires pour se développer de manière coordonnée, et cela fait toujours partie de l’explication. Mais ce que montre notre étude, c’est que la glu des cellules végétales est également un élément essentiel de la coordination de la croissance. Se serrer les coudes est très important. »
Le coauteur, le Dr Christopher Whitewoods du laboratoire Sainsbury de l’Université de Cambridge, souligne l’importance potentielle de ces découvertes pour les recherches futures. « Le fait que les interactions mécaniques entre les couches cellulaires contrôlent la croissance dans les tiges de deux espèces extrêmement différentes espèces soulève la question de savoir s’ils contrôlent d’autres aspects du développement des plantes, tels que la structuration interne complexe des feuilles. Nous sommes ravis de tester si c’est le cas ».
Les résultats ont mis en lumière les variétés de cultures naines, comme le blé et le riz, qui sous-tendent la révolution verte de l’agriculture, expliquant comment les gènes contrôlent leur croissance et comment nous pourrions améliorer leur efficacité à l’avenir.
Leurs découvertes concernent également les processus de développement chez les animaux, tels que la formation de fissures dans la peau de crocodile et la formation de l’intestin, où les interactions mécaniques entre les couches joueraient également un rôle.
De nombreuses hypothèses semblent prometteuses au départ, mais échouent ensuite à durer tout le cours expérimental. Ce n’est pas le cas dans ce cas, reflète le professeur Coen.
« Le premier aperçu du tissu bancal de notre plante aquatique naine était passionnant car dès que nous avons vu cela, nous avons eu une idée de ce qui pourrait se passer. Mais la plus grande excitation est venue de tester l’idée dans un système complètement différent.
« La nature est insaisissable. Quatre-vingt-dix-neuf pour cent des bonnes idées tombent à plat lorsqu’elles sont soumises à un test critique. Mais parfois, une idée survit et vous savez alors que la nature vous a révélé l’un de ses secrets », dit-il.
L’étude a été financée par UKRI/BBSRC.
