La hausse des températures et l’augmentation des sécheresses poussent les scientifiques à chercher des moyens de mieux prédire comment les plantes réagiront au stress. Chaque étude offre un peu plus d’informations. Maintenant, les scientifiques ont découvert un moyen de produire une mine d’informations dans une seule étude. En combinant trois techniques de recherche avancées qui sont rarement utilisées ensemble, ils ont découvert qu’ils pouvaient déterminer comment différents types de plantes se protègent des conditions difficiles. Encore plus surprenant ? Les plantes essaient diverses stratégies pour assurer leur survie.
Lorsqu’elles sont utilisées ensemble, les trois techniques révèlent une quantité surprenante d’informations sur les processus chimiques à l’intérieur des plantes. Les scientifiques peuvent également rechercher des modèles dans les communautés végétales. Les résultats peuvent aider à identifier le moment où les plantes ont besoin de plus d’eau ou de plus de nutriments pour continuer à pousser pendant les périodes de stress, même dans divers environnements.
La façon dont les plantes réagissent à la sécheresse peut également avoir de profondes répercussions sur le mouvement du carbone dans l’environnement, ce qui, en fin de compte, influence le climat.
Travaillant dans le cadre du programme FICUS (Facilities Integrating Collaborations for User Science), les scientifiques ont examiné les effets de la sécheresse sur les processus chimiques à l’intérieur des racines de trois espèces de forêts tropicales humides. L’équipe comprenait des chercheurs de l’Université de l’Arizona, du Pacific Northwest National Laboratory et de l’Université de Fribourg.
Pour comprendre le fonctionnement chimique de l’usine, y compris la façon dont elle utilisait le carbone, l’équipe a combiné des technologies métabolomiques et d’imagerie de pointe au Laboratoire des sciences moléculaires de l’environnement (EMSL), une installation utilisateur du Département de l’énergie (DOE).
Ils ont utilisé une puissante spectroscopie par résonance magnétique nucléaire pour identifier le type et la structure des molécules dans les racines des plantes. Ils ont ensuite créé des images détaillées des tissus à l’aide de la spectrométrie de masse (spectrométrie de masse par désorption/ionisation laser assistée par matrice) et ont effectué des mesures à l’échelle nanométrique des éléments et des isotopes (spectrométrie de masse des ions secondaires à l’échelle nanométrique).
Cette combinaison de techniques a permis de mieux comprendre les différents mécanismes de défense que les plantes utilisent pour survivre à la sécheresse. Une espèce a ajouté de la lignine ligneuse pour épaissir ses racines. La seconde sécrète des antioxydants et des acides gras comme défense biochimique. Le troisième semblait moins affecté par les conditions de sécheresse, mais le sol qui l’entourait avait un niveau de carbone plus élevé.
Cela indique que la plante et les microbes du sol travaillaient ensemble pour protéger la plante. Dans l’ensemble, cette étude montre comment plusieurs techniques peuvent être combinées pour identifier différentes stratégies de tolérance à la sécheresse et des moyens de maintenir la prospérité des plantes.
La recherche est publiée dans la revue Sciences et technologie de l’environnement.
Plus d’information:
Linnea K. Honeker et al, Elucidating Drought-Tolerance Mechanisms in Plant Roots through 1H RMN Metabolomics in Parallel with MALDI-MS, and NanoSIMS Imaging Techniques, Sciences et technologie de l’environnement (2022). DOI : 10.1021/acs.est.1c06772