Un mécanisme biologique familier aux personnes qui jeûnent aide les racines des plantes à devenir plus fortes. La découverte réalisée par des scientifiques de l’Université de Copenhague apporte une réponse à une question restée longtemps sans réponse et une compréhension plus approfondie de la « bouche » des plantes qui peuvent contribuer au développement de cultures résilientes au climat.
Imaginez manger avec vos pieds et avoir la moitié de votre corps sous terre. Telle est la vie de la plupart des plantes, avec leurs racines comme bouches par lesquelles elles mangent et boivent. Les racines servent également à ancrer les plantes et à les protéger du vent et de la pluie. En effet, les racines sont essentielles à la vie d’une plante.
Mais beaucoup de choses restent inconnues sur la vie des plantes. La manière dont leurs racines sont grandes et fortes est une question depuis longtemps et il manque des pièces clés au puzzle.
Dans une nouvelle étude publiée récemment, des chercheurs du département de biologie de l’université de Copenhague partagent leur découverte sur la manière dont les plantes contrôlent la croissance des racines.
Il s’avère qu’un mécanisme bénéfique de nettoyage des cellules végétales, appelé autophagie, joue un rôle clé. Le même mécanisme existe chez l’homme et s’inscrit dans une tendance populaire en matière de santé.
« Le jeûne est devenu populaire car il semble avoir toute une série d’effets bénéfiques pour la santé chez l’homme, car les périodes sans nourriture amènent le corps à activer un processus de nettoyage pour éliminer divers déchets dans les cellules. Dans notre étude, nous avons prouvé que le même mécanisme, qui existe également dans le règne végétal, joue un rôle vital dans la capacité des racines des plantes à croître et à absorber l’eau et les nutriments pour le reste de la plante », explique le professeur adjoint Eleazar Rodriguez du département de biologie, qui a dirigé l’étude.
Les racines ont un « battement de cœur »
On sait depuis longtemps que l’auxine, une hormone végétale, contrôle la croissance des plantes, y compris la croissance des racines. L’auxine est un carburant pour une sorte de « battement de cœur » qui bat dans chaque extrémité des racines d’une plante. Environ toutes les quatre à six heures, les niveaux d’auxine et le rythme cardiaque des racines d’une plante atteignent un maximum qui provoque la croissance de nouvelles racines.
« Le mouvement d’une racine, c’est presque comme regarder un serpent glisser vers l’avant à la recherche d’eau et de nourriture dans le sol. Et nous pouvons voir que le rythme cardiaque est plus fort à chaque fois que la racine serpente », explique Rodriguez.
Mais la question de savoir comment les plantes contrôlent leur rythme cardiaque afin d’optimiser la croissance des racines reste une question sans réponse. C’est là qu’intervient le mécanisme de nettoyage interne de l’usine.
« Dans nos expériences, nous avons désactivé le mécanisme de nettoyage pour comprendre sa signification. Imaginez si tous les éboueurs de Copenhague se mettaient en grève : il ne faudrait pas longtemps avant que les déchets remplissent les rues. La même chose s’est produite dans les cellules végétales, comme les battements de cœur qui stimulent la croissance des racines sont devenus beaucoup plus faibles et désynchronisés », explique Rodriguez.
Cela a permis aux chercheurs de conclure que le mécanisme de nettoyage aide à maintenir les niveaux de différents composants biochimiques en parfait équilibre pour assurer la croissance des racines la plus efficace.
Peut aider à faire germer de nouvelles cultures résilientes au climat
Selon les chercheurs, les nouvelles connaissances sur les racines des plantes pourraient s’avérer importantes dans la lutte contre le changement climatique. Les périodes prolongées de sécheresse et d’inondations constituent une nouvelle norme qui impose des exigences accrues en matière de sécurité alimentaire. Ainsi, les racines des cultures, qui doivent pouvoir pousser même dans ces conditions difficiles.
« De nombreuses méthodes permettant de modifier les caractéristiques génétiques des plantes sont aujourd’hui disponibles. Elles peuvent être utilisées pour amener les plantes à développer des racines plus longues, plus rapidement et, ce faisant, à devenir plus résistantes aux sécheresses ou aux inondations. L’une des méthodes fait appel à des bactéries. qui vivent en symbiose avec la plante et peuvent amener la plante à modifier son modèle de croissance. Plusieurs entreprises danoises y travaillent actuellement », explique Ph.D. Jeppe Ansbøl, étudiant co-auteur de l’étude.
Les nouvelles connaissances s’appliquent à toutes les plantes à fleurs et peut-être plus encore, selon le chercheur. En principe, des cultures comme les tomates, les pommes de terre, le riz, le blé et le maïs pourraient être modifiées pour produire des racines plus nombreuses et plus denses, car nous savons maintenant comment les plantes font pousser leurs racines.
« Plus les plantes ont de racines, plus elles peuvent absorber d’eau et de nutriments, donc les plantes poussent mieux plus vite. Nous dépendons fortement des plantes car elles nous nourrissent, extraient le CO2 de l’atmosphère et produisent l’oxygène que nous respirons. En tant que tel, il est extrêmement important de bien les comprendre, et c’est pourquoi nous venons de faire un grand pas en avant », conclut Rodriguez.
Faire grève les éboueurs des cellules
L’autophagie signifie « s’auto-manger » et constitue un mécanisme clé lorsque les plantes développent des racines. Pour étudier l’importance de l’autophagie, les chercheurs ont développé une plante mutante Arabidopsis (thale cress) dans laquelle son autophagie était désactivée.
Dans le même temps, ils ont rendu luminescente la protéine ARF7, qui est la protéine qui contrôle les réponses auxines et que les éboueurs des cellules végétales nettoient pour assurer une croissance optimale des racines. Les éboueurs de l’usine collectent les déchets des cellules et les transportent vers une sorte de station de recyclage située dans l’usine, appelée vacuole.
« Lorsque nous avons perturbé l’autophagie de la plante, il y avait des déchets partout et nous avons pu détecter la protéine ARF7 parmi les déchets », explique Rodriguez.
Plus d’information:
Elise Ebstrup et al, L’autophagie sélective d’ARF7 médiée par NBR1 module la ramification des racines, Rapports EMBO (2024). DOI : 10.1038/s44319-024-00142-5