Les graminées ont des « pores respiratoires » (appelés stomates) qui s’ouvrent et se ferment pour réguler l’absorption de dioxyde de carbone pour la photosynthèse d’une part et la perte d’eau par transpiration d’autre part. Contrairement à de nombreuses autres plantes, les stomates des graminées forment des « cellules auxiliaires » latérales. Grâce à ces cellules, les stomates des graminées peuvent s’ouvrir et se refermer plus rapidement, ce qui optimise les échanges gazeux plante-atmosphère et économise ainsi l’eau.
Pour la présente étude, le professeur Dr Michael Raissig, le Dr Heike Lindner et la co-auteure Roxane Spiegelhalder de l’Institut des sciences végétales (IPS) de l’Université de Berne ont étudié le développement de cellules auxiliaires dans l’herbe Brachypodium distachyon. Ils ont découvert deux protéines qui s’accumulent sur les côtés opposés d’une cellule, agissant comme une « boussole » pour assurer le bon développement des cellules auxiliaires dans les graminées. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue eVie.
Une boussole cellulaire pour le développement de cellules auxiliaires
Les cellules auxiliaires sont formées par une division cellulaire inégale et asymétrique. Dans ce processus, une cellule se divise en une petite cellule, la cellule auxiliaire et une cellule voisine plus grande. Pour que cette division se produise dans le bon rapport et l’orientation, la cellule a besoin de points de repère. Ces repères agissent comme des points d’orientation et sont donnés par des protéines dites de polarité, qui s’accumulent sur les côtés opposés de la cellule et peuvent ainsi définir, par exemple, gauche et droite ou haut et bas.
Dans cette étude, les chercheurs bernois ont découvert deux protéines de polarité qui s’accumulent sur deux côtés opposés. « Dans un sens, les deux protéines agissent comme une boussole cellulaire et contrôlent l’orientation de la division cellulaire et le développement des cellules auxiliaires. Nous avons constaté que les cellules auxiliaires ne se forment pas correctement lorsqu’une de ces protéines est manquante. Cela influence négativement l’efficacité et la échange gazeux économe en eau de l’herbe », explique le chef de projet Michael Raissig.
Pores respiratoires des plantes et changement climatique
« Je suis toujours fasciné par le fait que l’absence d’une boussole cellulaire dans un seul type de cellule puisse affecter la dynamique des échanges gazeux et l’efficacité de l’ensemble de l’usine », déclare Michael Raissig. Il dit que cela est particulièrement pertinent à la lumière du changement climatique, qui provoque une période de sécheresse plus longue et une chaleur excessive.
Les graminées jouent un rôle central dans la sécurité alimentaire humaine; les céréales telles que le maïs, le riz et le blé sont toutes des graminées et fournissent ensemble plus de la moitié des calories consommées par les humains. « Par conséquent, il est de la plus haute importance de comprendre comment les plantes « respirent » et comment et pourquoi les graminées forment des pores » respirants « plus efficaces », ajoute Raissig.
Bien que cette étude se concentre principalement sur la biologie du développement, ces résultats pourraient néanmoins être pertinents pour l’amélioration des cultures agricoles. « Les stomates sont les gardiens cellulaires entre la feuille et l’environnement et sont les premiers à réagir aux changements climatiques », explique Ph.D. étudiante et co-auteur Roxane Spiegelhalder.
Par conséquent, dit-elle, il est impératif de comprendre comment et pourquoi les herbes forment les « gardiens » les plus efficaces afin de « respirer » de manière plus économe en eau. Comment et si ces résultats peuvent être transférés à d’autres cultures, cependant, nécessite des recherches supplémentaires, conclut Spiegelhalder.
Plus d’information:
Dan Zhang et al, les programmes de polarité opposée régulent les divisions cellulaires subsidiaires asymétriques dans les graminées, eVie (2022). DOI : 10.7554/eLife.79913