Les fentes pulvinaires dans la paroi cellulaire des cellules motrices des légumineuses facilitent le contrôle du mouvement des feuilles

Le mouvement des plantes fascine depuis longtemps de nombreux chercheurs. Les légumineuses sont un groupe de plantes célèbres pour présenter divers mouvements de feuilles, y compris le « mouvement nyctinastique », dans lequel les feuilles s’ouvrent le jour et se ferment la nuit. Des mouvements de plantes similaires incluent des mouvements induits par la lumière bleue et sensibles au toucher, comme dans les plantes sensibles comme Mimosa pudica.

Le mouvement dans les structures foliaires est causé par l’extension et la contraction répétées et réversibles des cellules motrices, qui sont les cellules d’une structure appelée pulvinus à la base des folioles et des pétioles. De telles extensions et contractions cellulaires répétitives et réversibles sont très rares dans les cellules végétales, qui sont entourées d’une paroi cellulaire rigide. De plus, on ne comprend pas bien comment les cellules motrices sont capables d’extension et de contraction répétitives et réversibles.

Les parois cellulaires végétales sont composées d’un certain nombre de microfibrilles de cellulose qui rétrécissent ou se dilatent en réponse aux différences de concentration osmotique entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule. Cependant, la quantité de changement qui peut être induite par l’anisotropie dans l’arrangement des microfibrilles de cellulose ne peut pas expliquer la gamme complète de mouvement du pulvinus.

Une équipe de recherche dirigée par Miyuki Nakata et Taku Demura à l’Institut des sciences et technologies de Nara (NAIST) a examiné les coupes transversales de cellules motrices pulvinaires de Desmodium paniculatum à l’aide de la microscopie laser confocale pour étudier le mécanisme d’extension et de contraction cellulaires répétitives et réversibles. Ils ont identifié des « fentes » circonférentielles uniques dans la paroi cellulaire des cellules motrices qui contenaient moins de cellulose. Les structures ont été conservées dans deux sous-familles de légumineuses, dont le soja, le kudzu et les plantes sensibles.

Lors du transfert de tranches de tissu de cellules motrices corticales de légumineuses vers des solutions d’osmolarité différente, les fentes pulvinaires ont augmenté de largeur, indiquant un mécanisme par lequel les parois cellulaires végétales pourraient fléchir en réponse à des solutions d’osmolarité différente.

Grâce à une combinaison d’analyses détaillées de la paroi cellulaire, de simulations informatiques et d’observations de fentes de pulvinar dans des cellules en cours d’extension et de contraction, les fentes de pulvinar ont été déterminées comme étant des structures mécaniquement flexibles qui s’ouvrent et se ferment pendant l’extension et la contraction des cellules.

« La modélisation informatique a suggéré que les fentes pulvinar facilitent l’extension anisotrope dans la direction perpendiculaire aux fentes en présence de pression de turgescence », explique Miyuki Nakata. Les chercheurs ont comparé l’action aux coupes droites ou aux fentes utilisées dans le kirigami, un papercraft japonais, pour améliorer l’extensibilité de la feuille de papier.

Ainsi, l’équipe de recherche a proposé que ces fentes pulvinaires uniques soient des structures qui agissent pour permettre plus de mouvement des cellules motrices corticales que ne le permettraient autrement les microfibrilles de cellulose typiques dans la paroi cellulaire.

« Nous proposons une hypothèse selon laquelle les fentes pulvinaires jouent un rôle dans le mouvement dynamique des feuilles par la déformation répétitive et réversible des cellules motrices corticales de concert avec d’autres facteurs, notamment l’orientation de la cellulose, la composition riche en pectine de la paroi cellulaire, la géométrie des cellules motrices corticales et le cytosquelette d’actine », explique Miyuki Nakata.

L’étude est publiée dans la revue Physiologie végétale.