Les plantes se parlent. Une étude révèle comment

AGI – Les mécanismes de communication entre les plantes ont été révélés par une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Masatsugu Toyota de l’Université de Saitama au Japon. Les résultats de l’étude sont publiés dans Nature Communications. Les plantes émettent des composés organiques volatils (COV) dans l’atmosphère en réponse à des dommages mécaniques ou à des attaques d’insectes.

Les plantes intactes à proximité perçoivent les COV libérés comme des signaux de danger, activant des réponses défensives contre les menaces futures. Ce phénomène de communication aérienne entre les plantes via les COV il a été documenté pour la première fois en 1983 et a été observé chez plus de 30 espèces végétales différentes. Cependant, les mécanismes moléculaires sous-jacents à la perception des COV et à l’induction des défenses restent encore flous.

L’équipe a visualisé la communication entre les plantes via les COV en temps réel et a révélé comment les COV sont absorbés par les plantes, déclenchant réponses défensives dépendantes du calcium (Ca2+) contre les menaces futures. “Nous avons construit un équipement pour pomper les COV émis par les plantes nourries par des chenilles sur les plantes voisines non endommagées et l’avons combiné avec un système d’imagerie fluorescente en temps réel dans un champ ouvert”, explique Toyota.

Cette configuration innovante a permis de visualiser des éclairs de fluorescence qui s’est propagée dans une plante de moutarde Arabidopsis thaliana après exposition aux COV émis par des plantes endommagées par les insectes. Les plantes créent des capteurs de protéines fluorescents pour le calcium intracellulaire. Par conséquent, les changements dans la concentration de calcium intracellulaire peuvent être surveillés en observant les changements de fluorescence.

“En plus des attaques d’insectes, les COV libérés par les feuilles endommagées manuellement ont induit des signaux Ca2+ dans les plantes voisines non endommagées”, explique Toyota. Pour identifier quel type de COV induisait des signaux Ca2+ dans les plantes, l’équipe Toyota a étudié divers COV connus pour induire des réponses de défense dans les plantes. Ils ont découvert que deux COV, le (Z)-3-hexenal (Z-3-HAL) et le (E)-2-hexenal (E-2-HAL), tous deux aldéhydes à six carbones, induisaient du Ca2+ chez Arabidopsis. Le Z-3-HAL et l’E-2-HAL sont des produits chimiques volatils aux odeurs herbacées appelés volatils de feuilles vertes (GLV) émis par des plantes ou des herbivores endommagés mécaniquement.

L’exposition d’Arabidopsis au Z-3-HAL et au E-2-HAL a entraîné une régulation positive des gènes liés à la défense. Pour comprendre la relation entre les signaux Ca2+ et les réponses de défense, ils ont traité Arabidopsis avec l’inhibiteur des canaux calciques LaCl3 et l’agent chélateur du calcium EGTA. Ces substances supprimaient les deux signaux Ca2+ que l’induction de gènes liés à la défense, fournissant la preuve qu’Arabidopsis détecte les GLV et active les réponses de défense de manière dépendante du calcium.

Les chercheurs ont également identifié quelles cellules spécifiques affichaient des signaux Ca2+ en réponse aux GLV en concevant des plantes transgéniques qui exprimaient les capteurs de protéines fluorescentes exclusivement dans les cellules de garde, de mésophylle ou d’épiderme. Après exposition au Z-3-HAL, Ca2+ signale sIls ont été générés dans les cellules de garde en 1 minute environ puis dans les cellules du mésophylle, tandis que les cellules épidermiques généraient des signaux Ca2+ plus lentement. Les cellules gardiennes sont des cellules en forme de haricot situées à la surface des plantes et forment des stomates, de petits pores qui relient les tissus internes à l’atmosphère.

“Les plantes n’ont pas de ‘nez’mais les stomates servent de porte d’entrée à la plante pour permettre l’entrée rapide des GLV dans les espaces intercellulaires des tissus foliaires”, explique Toyota. En effet, ils ont découvert que le prétraitement à l’acide abscissique (ABA), l’une des phytohormones connues pour sa capacité ” pour fermer les stomates, les réponses Ca2+ réduites dans les feuilles de type sauvage. D’autre part, les mutants présentant une fermeture stomatique altérée induite par l’ABA ont maintenu des signaux Ca2+ normaux dans les feuilles même lorsqu’ils ont été traités avec l’ABA.

« Nous avons enfin découvert l’histoire complexe de savoir quand, où et comment les plantes réagissent aux « messages d’alarme » aériens de leurs voisins menacés », dit-il. « Ce réseau de communication éthéré, caché à notre vue, joue un rôle essentiel dans la protection rapide des usines voisines contre les menaces imminentes », ajoute-t-il. Cette recherche pionnière approfondit non seulement notre compréhension du monde fascinant des plantes, mais met également en lumière les façons extraordinaires dont la nature les a équipées pour prospérer et s’adapter face à l’adversité. Les implications profondes de ces découvertes résonnent bien au-delà des limites de la science végétale, offrant un aperçu du réseau complexe de la vie sur Terre.

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