Les plantes ne possèdent pas de nerfs et de muscles qui permettent un mouvement rapide chez les animaux. Cependant, Mimosa pudica, communément appelée plante ne me touche pas, honte ou sensible, déplace ses feuilles en pliant immédiatement l’organe moteur « pulvinus » en réponse au toucher et aux blessures. Depuis l’ère de Charles Darwin, ce mouvement spectaculaire des feuilles a été étudié. Cependant, les molécules de signalisation à longue distance qui déclenchent les mouvements rapides des feuilles et les rôles physiologiques de ce mouvement restent inexplorés.
L’équipe, dirigée par le professeur Masatsugu Toyota (Université de Saitama, Japon), a révélé quels signaux parcourent de longues distances et déclenchent des mouvements rapides chez Mimosa pudica et pourquoi Mimosa pudica déplace ses feuilles immédiatement.
La recherche est publiée le 14 novembre dans Communication Nature. Takuma Hagihara a dirigé les travaux en tant que doctorant. étudiant dans le laboratoire de Toyota et a collaboré avec des chercheurs du laboratoire de Hasebe à l’Institut national de biologie fondamentale, au Japon.
« Pour clarifier les signaux à longue distance et les fonctions physiologiques des mouvements rapides des feuilles, nous avons créé le Mimosa pudica « fluorescent » et « immobile » transgénique », explique Toyota. Les vidéos démontrent que les éclats de fluorescence se propagent rapidement à travers les feuilles et déclenchent des mouvements de feuilles. La lumière fluorescente suit le calcium cytosolique en temps réel.
« Mimosa pudica ferme ses feuilles à peine 0,1 seconde après l’arrivée des signaux Ca2+ dans l’organe moteur pulvini », ajoute Toyota.
Toucher une pointe de feuille a déclenché séquentiellement des signaux de Ca2+ dans les mouvements de pulvini et de feuillet. Crédit : Masatsugu Toyota/Université de Saitama
Des études antérieures ont suggéré que les signaux électriques, tels qu’un potentiel d’action, sont essentiels pour les mouvements rapides des feuilles chez Mimosa pudica.
« Nous avons développé un système d’enregistrement simultané du Ca2+ cytosolique et des signaux électriques pour révéler la relation spatio-temporelle entre ces signaux », explique Toyota. Lors de la blessure de la feuille, le Ca2+ et les signaux électriques se sont propagés de manière systémique à des vitesses similaires et ont traversé le site d’enregistrement à un moment similaire. Par conséquent, les signaux Ca2+ et électriques à longue distance ont été couplés spatio-temporellement chez Mimosa pudica.
Le prétraitement des feuilles de Mimosa pudica avec les inhibiteurs du canal Ca2+, La3+ et le vérapamil, et le réactif chélateur du Ca2+, EGTA, a bloqué à la fois les signaux Ca2+/électriques et les mouvements des feuilles en réponse à la plaie. Ces données soutiennent l’idée que le Ca2+ agit comme une molécule de signalisation à longue distance qui déclenche des mouvements rapides des feuilles chez Mimosa pudica.
« Mimosa pudica est l’une des plantes les plus célèbres en raison de ses mouvements spectaculaires », explique Toyota. « Cependant, bien qu’il existe de nombreuses hypothèses sur les fonctions physiologiques des mouvements rapides des feuilles, la raison pour laquelle Mimosa pudica déplace ses feuilles n’a pas été scientifiquement élucidée. »
En utilisant la technique d’édition du génome CRISPR/Cas9, l’équipe de scientifiques de Toyota a créé un mutant elp1b « immobile » dépourvu d’organe moteur pulvini. Ils ont comparé le Mimosa pudica mobile de type sauvage et le Mimosa pudica génétiquement et pharmacologiquement immobile et ont découvert que les insectes herbivores, tels que les sauterelles, consommaient ces feuilles immobiles plus que les feuilles de type sauvage.
Ils ont également visualisé les signaux Ca2+, les mouvements des feuilles et le comportement d’une sauterelle sur la feuille au microscope. Lors de l’alimentation par la sauterelle, les folioles se sont déplacées séquentiellement parallèlement à la propagation des signaux de Ca2+, et par la suite, la sauterelle a arrêté l’alimentation et s’est éloignée.
« Nous avons finalement obtenu la preuve que des mouvements rapides basés sur la propagation du Ca2+ et des signaux électriques protègent Mimosa pudica des attaques d’insectes », explique Toyota. « Les plantes possèdent divers systèmes de communication qui sont normalement cachés à la vue ; voir c’est croire », ajoute-t-il.
Plus d’information:
Takuma Hagihara et al, Les mouvements rapides médiés par le calcium se défendent contre les insectes herbivores chez Mimosa pudica, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-34106-x
Fourni par l’Université de Saitama