Des chercheurs de Cambridge ont montré que les plantes peuvent réguler la chimie de la surface de leurs pétales pour créer des signaux irisés visibles pour les abeilles.
Alors que la plupart des fleurs produisent des pigments qui semblent colorés et agissent comme un repère visuel pour les pollinisateurs, certaines fleurs créent également des motifs tridimensionnels microscopiques sur la surface de leurs pétales. Ces stries parallèles reflètent des longueurs d’onde particulières de lumière pour produire un effet optique irisé qui n’est pas toujours visible pour les yeux humains, mais visible pour les abeilles.
Il y a beaucoup de concurrence pour attirer l’attention des pollinisateurs et, étant donné que 35 % des cultures mondiales dépendent des pollinisateurs animaux, comprendre comment les plantes fabriquent des motifs de pétales qui plaisent aux pollinisateurs pourrait être important pour orienter les futures recherches et politiques en matière d’agriculture, de biodiversité et de conservation.
Les recherches menées par l’équipe du professeur Beverley Glover au département des sciences végétales de Cambridge ont révélé que la structuration des pétales est plus complexe qu’il n’y paraît. Les résultats précédents indiquaient que le flambage mécanique de la fine couche de cuticule protectrice à la surface des jeunes pétales en croissance pouvait déclencher la formation de crêtes microscopiques.
Ces crêtes semi-ordonnées agissent comme des réseaux de diffraction qui reflètent différentes longueurs d’onde de lumière pour créer un faible effet de halo bleu irisé dans le spectre UV bleu que les bourdons peuvent voir. Cependant, pourquoi ces stries ne se forment que dans certaines fleurs ou même seulement sur certaines parties des pétales n’a pas été compris.
Edwige Moyroud, qui a commencé cette recherche dans le laboratoire du professeur Glover et dirige maintenant son propre groupe de recherche au laboratoire Sainsbury, a développé l’hibiscus indigène australien, la mauve de Venise (Hibiscus trionum), comme une nouvelle espèce modèle pour essayer de comprendre comment et quand ces nanostructures se développent.
« Notre modèle initial a prédit que la croissance des cellules et la quantité de cuticules que ces cellules fabriquent étaient des facteurs clés contrôlant la formation de stries », a déclaré le Dr Moyroud, « mais lorsque nous avons commencé à tester le modèle à l’aide de travaux expérimentaux sur la mauve de Venise, nous avons découvert que leur formation dépend également fortement de la chimie de la cuticule, qui affecte la façon dont la cuticule répond aux forces qui provoquent le flambage.
« La prochaine question que nous voulons explorer est de savoir comment différentes chimies peuvent modifier les propriétés mécaniques de la cuticule, en tant que matériau de construction de nanostructure. Il se peut que différentes compositions chimiques aboutissent à une cuticule avec une architecture différente ou avec une rigidité différente et donc différentes façons de réagir aux forces subies par les cellules lors de la croissance du pétale. »
Ce projet a révélé qu’il existe une combinaison de processus travaillant ensemble et permettant aux plantes de façonner leurs surfaces. Le Dr Moyroud a ajouté : « Les plantes sont de formidables chimistes et ces résultats illustrent comment elles peuvent ajuster avec précision la chimie de leur cuticule pour produire différentes textures sur leurs pétales. Les motifs formés à l’échelle microscopique peuvent remplir une gamme de fonctions, de la communication avec les pollinisateurs à défense contre les herbivores ou les agents pathogènes.
« Ce sont des exemples frappants de diversification évolutive et en combinant expériences et modélisation informatique, nous commençons à comprendre un peu mieux comment les plantes peuvent les fabriquer. »
Les conclusions seront publiées dans Biologie actuelle.
« Ces informations sont également utiles pour les travaux de biodiversité et de conservation, car elles aident à expliquer comment les plantes interagissent avec leur environnement », a déclaré le professeur Glover, également directeur du jardin botanique de l’université de Cambridge, dans lequel les chercheurs ont remarqué pour la première fois les fleurs irisées de Venise. mauve.
« Par exemple, des espèces étroitement apparentées mais qui poussent dans différentes régions géographiques peuvent avoir des motifs de pétales très différents. Comprendre pourquoi le motif des pétales varie et comment cela pourrait affecter la relation entre les plantes et leurs pollinisateurs pourrait aider à mieux éclairer les politiques de gestion future. des systèmes environnementaux et de la conservation de la biodiversité.
Étudier ce qui motive la création de motifs de pétales 3D
Les chercheurs ont adopté une approche par étapes pour les enquêtes. Ils ont d’abord observé le développement des pétales et ont remarqué que les motifs de la cuticule apparaissent lorsque les cellules s’allongent, suggérant que la croissance était importante. Ils ont ensuite déterminé si la mesure des paramètres physiques liés à la croissance, tels que l’expansion cellulaire et l’épaisseur de la cuticule, pouvait prédire de manière adéquate les modèles observés, et ont constaté que ce n’était pas le cas. Ils ont ensuite fait un pas en arrière pour tenter d’identifier ce qui manquait.
Les propriétés d’un matériau, qu’il soit inorganique ou produit par des cellules vivantes comme la cuticule, sont susceptibles de dépendre de la nature chimique de ce matériau. Dans cet esprit, les chercheurs ont décidé d’examiner la chimie des cuticules et ont découvert qu’il s’agissait en effet d’un facteur déterminant. Pour ce faire, ils ont d’abord utilisé une nouvelle méthode issue du domaine de la chimie pour analyser la composition de la cuticule à des points très spécifiques à travers le pétale. Cela a montré que les régions de pétales aux textures contrastées (lisse ou striée) diffèrent également par la chimie de leur surface.
En comparant avec la cuticule lisse, ils ont trouvé que la cuticule striée avait des niveaux élevés d’acide dihydroxy-palmitique et de cires et de faibles niveaux de composés phénoliques. Pour tester si la chimie de la cuticule était effectivement importante, ils ont ensuite lancé une approche transgénique chez Hibiscus pour modifier la chimie de la cuticule directement dans les plantes, en utilisant des gènes similaires à ceux connus pour contrôler la production de molécules de cuticule dans une plante modèle différente, Arabidopsis.
Cela a montré que la texture de la cuticule peut être modifiée, sans changer la croissance cellulaire, simplement en modifiant la composition de la cuticule. Comment la chimie de la cuticule peut-elle contrôler son repliement 3D ? Les chercheurs pensent qu’un changement dans la chimie de la cuticule affecte les propriétés mécaniques de la cuticule car, même lorsqu’ils sont étirés à l’aide d’un dispositif spécial, les pétales transgéniques à cuticule lisse restent lisses, contrairement à ceux des plantes de type sauvage.
Plus d’information:
Edwige Moyroud et al, La chimie des cuticules entraîne le développement de réseaux de diffraction à la surface des pétales d’Hibiscus trionum, Biologie actuelle (2022). DOI : 10.1016/j.cub.2022.10.065