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Attention danger : le signal d’alarme d’une plante rendu visible

La feuille d'une plante attaquée par un insecte alerte les autres feuilles du danger pour qu'elles y réagissent de façon préventive, montre une vidéo et les travaux réalisés par des biologistes américains.

Le biologiste Masatsugu Toyota et ses collègues de l’Université du Wisconsin à Madison ont observé les réactions chimiques de l’Arabidopsis, l’une des plantes modèles utilisées en biologie, au moment où une chenille s’attaque à l’une de ses feuilles.

Dans une vidéo qui accompagne l’article publié dans le magazine Science (Nouvelle fenêtre) (en anglais), il est possible d’apercevoir une lueur fluorescente circulant d’une feuille vers les autres lorsque l’insecte s'attaque à l'une d'elles en s'approchant de sa base.

Avant la dernière bouchée qui coupe la feuille du reste de la plante, une vague chimique traverse le végétal en quelques secondes. Selon les chercheurs, cette alerte a pour but d’avertir le reste de la plante des attaques futures de la chenille.

Ce signal aide la plante à se préparer aux menaces futures en augmentant, par exemple, les niveaux de produits chimiques nocifs pour éloigner les prédateurs.

Signal d’alarme chimique

Les auteurs expliquent que ce signal d’alarme commence par la libération de glutamate (un neurotransmetteur), qui déclenche une cascade de changements dans la concentration en calcium, lesquelsi se propagent dans le système vasculaire des tissus de la plante et dans ses canaux intercellulaires.

La vidéo qui suit montre le signal qui se répand dans la plante :

Ce système de signalisation longue distance est rapide. Ainsi, en quelques minutes, une feuille intacte peut réagir au mauvais sort d'une feuille éloignée.

Dans le dispositif expérimental, une lumière fluorescente suit le calcium qui traverse les tissus de la plante et qui fournit un signal électrique et chimique d'une menace.

Nous savions que si vous blessez une feuille, vous obtenez une décharge électrique qui se propage à travers la plante. On ne savait toutefois pas ce qui déclenchait cette décharge électrique ni comment elle se déplaçait dans la plante.

Simon Gilroy, Université de Wisconsin à Madison

Le calcium était un candidat. Omniprésent dans les cellules, ce minéral agit souvent comme signal d’un environnement changeant. De plus, il peut produire un signal électrique. Mais le calcium est éphémère, sa concentration augmente et diminue rapidement.

Les chercheurs avaient donc besoin d'un moyen de voir le calcium en temps réel pour confirmer son rôle.

La vidéo qui suit montre le signal qui se répand dans une feuille saine :

Les chercheurs ont donc mis au point des plantes qui montrent le calcium sous un tout nouveau jour : des plantes qui produisent une protéine qui ne devient fluorescente qu'autour du calcium, ce qui permet aux chercheurs de suivre sa présence et sa concentration.

C’est ainsi qu’en réponse à chaque type de dommage (morsures de chenilles, coupures de ciseaux ou blessures par écrasement), des vidéos montrent les plantes s'éclairant au fur et à mesure que le calcium s'écoule du site de dommage vers les autres feuilles.

Le signal se déplace rapidement, environ un millimètre par seconde, ce qui est plus lent que l'influx nerveux chez les animaux, mais qui, dans le monde végétal, est assez rapide pour que le signal passe aux autres feuilles en quelques minutes seulement.

Les présents travaux font, en quelque sorte, le lien entre des décennies de recherches qui ont révélé comment les plantes, souvent considérées comme inertes, réagissent dynamiquement aux menaces en préparant leurs tissus éloignés à faire face aux attaques futures, le tout sans système nerveux.

Biologie

Science