Tout semble séparer les animaux des plantes, tant sur le plan anatomique que sur le plan physiologique. Cependant, des mécanismes biologiques similaires peuvent exister entre les deux types d’organismes. C’est ce qu’a découvert une équipe américano-japonaise de biologistes en mettant en évidence l’existence d’une voie de signalisation moléculaire végétale semblable au système nerveux des animaux.

Lorsqu’une plante subit un stress, comme une attaque par exemple, ses systèmes de défense s’activent dans plusieurs zones de son organisme. Mais de quelle manière l’information est-elle transmise ? Selon une nouvelle étude parue dans la revue Science et publiée par des biologistes de l’université du Missouri (États-Unis) et de l’université de Saitama (Japon), les plantes possèdent un système de signalisation moléculaire similaire à celui du système nerveux animal.

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Pour réaliser cette découverte, les chercheurs ont utilisé des protéines fluorescentes afin de suivre la propagation des signaux se déplaçant sous forme d’onde à travers la plante, en réponse à un stress.

« Nous savions qu’un système de signalisation systémique existe, et que si l’on blesse une partie de la plante, cela déclenche ses systèmes de défense dans les autres parties. Mais nous ne connaissions pas l’origine de ce système » explique Simon Gilroy, biologiste à l’université de Wisconsin-Madison.

Cette vidéo montre (via fluorescence) la propagation d’une vague de calcium à travers la plante de moutarde Aarabidopsis, suite à l’agression d’une chenille :

Les scientifiques savaient déjà que lorsqu’une plante est blessée, un signal électrique est généré et se propage à travers la plante. L’inconnue résidait dans le mécanisme de déclenchement de ce signal et la manière dont il se déplace. Cependant, cette découverte a été réalisée par sérendipité (par « hasard »).

En effet, initialement, les chercheurs n’étudiaient pas ce phénomène, mais le comportement des plantes sous l’effet de la gravité en analysant leurs variations de calcium.

Le botaniste Masatsugu Toyota a ainsi créé génétiquement une plante de moutarde afin d’étudier son calcium en temps réel. Pour ce faire, il a utilisé une protéine qui n’entre en fluorescence qu’en présence de calcium. Ensuite, les chercheurs ont coupé une feuille afin de détecter toute variation potentielle de calcium.

Cette vidéo montre que, lorsque du glutamate est directement ajouté sur la pointe d’une feuille, un afflux de calcium est généré et se propage à travers la plante :

Chez les animaux, les cellules nerveuses excitées relarguent un acide aminé particulier, le glutamate, déclenchant un flux d’ions calcium électriquement chargés se propageant de cellules en cellules.

Chez les plantes, un mécanisme semblable se produit : les signaux se propagent à travers l’organisme depuis le site de la blessure, à une vitesse d’un millimètre par seconde. C’est une vitesse bien moins élevée que pour les animaux, dont les signaux nerveux peuvent atteindre 120 m/s. Mais pour une plante, il s’agit déjà d’une signalisation très rapide.

Les botanistes ont découvert que, quand le signal rencontre certains récepteurs, des hormones défensives sont sécrétées dans les régions concernées. Cela conduit la plante à activer ses systèmes de défense, comme la production de substances chimiques toxiques, qui rendent ses feuilles immangeables. Dans le cas de l’herbe, la production de molécules volatiles attirent les guêpes parasitaires alentours, afin que celles-ci pondent dans les insectes hostiles.

Dans cette vidéo, en réponse à une blessure sur une feuille distante, le flux de calcium se propage à travers le réseau vasculaire de la plante :

Les scientifiques pensent que, comme chez les animaux, le glutamate serait à l’origine du flux de calcium. Le glutamate est bien présent chez les plantes, et une étude de 2013 avait montré que, chez les plantes dépourvues de récepteurs du glutamate, aucune réponse électrique n’était déclenchée. Les biologistes ont donc blessé une plante sans récepteurs de glutamate pour voir si un flux de calcium se déclenchait ou non. « Chez les mutants où la signalisation électrique est défaillante, la signalisation calcique l’est aussi » indique Gilroy.

Cette découverte met en lumière la manière dont les cellules végétales communiquent. Les cellules du site de la blessure produisent du glutamate qui, en interagissant avec les récepteurs appropriés, déclenche un flux d’ions calcium activant les systèmes de défense de la plante.

Source : Science

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