Les plantes ont colonisé la grande majorité de la surface de la Terre. Quelle est donc la clé de leur succès ?
Les gens pensent souvent que les plantes sont des formes de vie simples et insensées. Ils peuvent vivre enracinés au même endroit, mais plus les scientifiques en apprennent sur les plantes, le plus complexe et réactif nous réalisons qu’ils le sont. Ils sont excellents pour s’adapter aux conditions locales. Les plantes sont des spécialistes, tirant le meilleur parti de ce qui se trouve à proximité de leur lieu de germination.
Apprendre les subtilités de la vie végétale, c’est plus qu’inspirer l’émerveillement chez les gens. Étudier les plantes, c’est aussi s’assurer nous pouvons encore cultiver à l’avenir, car le changement climatique rend nos conditions météorologiques de plus en plus extrêmes.
Les signaux environnementaux façonnent la croissance et le développement des plantes. Par exemple, de nombreuses plantes utilisent la longueur du jour comme repère pour déclencher la floraison. La moitié cachée des plantes, les racines, utilise également des signes de leur environnement pour s’assurer que leur forme est optimisée pour chercher de l’eau et des nutriments.
Les racines protègent leurs plantes des stress comme la sécheresse en adaptant leur forme (en se ramifiant pour augmenter leur surface par exemple) pour trouver plus d’eau. Mais jusqu’à récemment, nous ne comprenions pas comment les racines détectent si l’eau est disponible dans le sol environnant.
L’eau est la molécule la plus importante sur Terre. Trop ou trop peu peut détruire un écosystème. L’impact dévastateur du changement climatique (comme on l’a vu récemment en Europe et en Afrique de l’Est) les inondations et les sécheresses sont plus fréquentes. Étant donné que le changement climatique est faire des modèles de précipitations de plus en plus erratique, apprendre comment les plantes réagissent au manque d’eau est vital pour rendre les cultures plus résilientes.
Enracinement
Notre équipe de phytotechniciens et de mathématiciens du sol récemment découvert comment les racines des plantes adaptent leur forme pour maximiser l’absorption d’eau. Les racines se ramifient normalement horizontalement. Mais ils interrompent la ramification lorsqu’ils perdent le contact avec l’eau (comme lorsqu’ils poussent à travers un espace rempli d’air dans le sol) et les racines ne reprennent la ramification qu’une fois qu’elles se sont reconnectées au sol humide.
Notre équipe a découvert que les plantes utilisent un système appelé hydrosignalisation pour gérer où les racines se ramifient en réponse à la disponibilité de l’eau dans le sol.
L’hydrosignalisation est la façon dont les plantes détectent où se trouve l’eau, non pas en mesurant directement les niveaux d’humidité, mais en détectant d’autres molécules solubles qui se déplacent avec l’eau dans les plantes. Ceci n’est possible que parce que (contrairement aux cellules animales) les cellules végétales sont connectées les unes aux autres par de petits pores.
Ces pores permettent à l’eau et aux petites molécules solubles (y compris les hormones) de se déplacer ensemble entre les cellules racinaires et les tissus. Lorsque l’eau est absorbée par la racine de la plante, elle se déplace à travers les cellules épidermiques les plus externes.
Les cellules racinaires externes contiennent également un hormone qui favorise la ramification appelée auxine. L’absorption d’eau déclenche la ramification en mobilisant l’auxine vers l’intérieur des tissus racinaires internes. Lorsque l’eau n’est plus disponible à l’extérieur, par exemple lorsqu’une racine pousse à travers un espace rempli d’air, l’extrémité de la racine a encore besoin d’eau pour se développer.
Ainsi, lorsque les racines ne peuvent pas absorber l’eau du sol, elles doivent compter sur l’eau de leurs propres veines profondément à l’intérieur de la racine. Cela change la direction du mouvement de l’eau, la faisant maintenant se déplacer vers l’extérieur, ce qui perturbe le flux de l’auxine, une hormone de ramification.
La plante fait également un hormone anti-ramification appelée ABA dans ses veines racinaires. L’ABA se déplace également avec le flux d’eau, dans le sens opposé à l’auxine. Ainsi, lorsque les racines puisent l’eau des veines des plantes, les racines attirent également l’hormone anti-ramification vers elles-mêmes.
L’ABA arrête la ramification des racines en fermant tous les petits pores qui relient les cellules racinaires, un peu comme les portes blindées d’un navire. Cela scelle les cellules racinaires les unes des autres et empêche l’auxine de se déplacer librement avec l’eau, bloquant la ramification des racines. Ce système simple permet aux racines des plantes d’adapter leur forme aux conditions hydriques locales. C’est appelé xérobranche (prononcé zéro-branchement).
Le pouvoir des fleurs
Notre étude a également révélé que les racines d’une plante utilisent un système similaire pour réduire la perte d’eau lors de ses pousses. Les feuilles stoppent la perte d’eau pendant les conditions de sécheresse en fermant des micro-pores appelés stomates à leur surface. La fermeture des stomates est également déclenchée par l’hormone ABA. De même, dans les racines, l’ABA réduit la perte d’eau en fermant des nano-pores appelés plasmodesmes qui relient chaque cellule racinaire.
Les racines de la tomate, de l’arabette, du maïs, du blé et de l’orge réagissent toutes à l’humidité de cette manière, bien qu’elles évoluent dans des sols et des climats différents. Par example, les tomates sont originaires d’un désert sud-américaintandis que cresson alénois vient des régions tempérées d’Asie centrale. Cela suggère que la xérobranche est un trait commun chez les plantes à fleurs, qui ont plus de 200 millions d’années de moins que les plantes non florifères telles que les fougères.
Les racines des fougères, une espèce de plante terrestre à évolution précoce, ne réagissent pas à l’eau de cette façon. Leurs racines poussent plus uniformément. Cela suggère que les espèces à fleurs s’adaptent mieux au stress hydrique que les plantes terrestres antérieures telles que les fougères.
Les plantes à fleurs peuvent coloniser un plus large éventail d’écosystèmes et d’environnements que les espèces sans fleurs. Compte tenu des changements rapides des régimes de précipitations à travers le monde, la capacité des plantes à détecter et à s’adapter à un large éventail de conditions d’humidité du sol est plus importante que jamais.
Cet article est republié de La conversation sous licence Creative Commons. Lis le article original.