Les plantes peuvent signaler un danger grâce à une flambée de lumière
Dans une vidéo, on peut voir une chenille affamée, commencer à grignoter le tour des feuilles, se rapprocher de sa base, puis en une dernière bouchée, la coupe du reste de la plante.
Dans les secondes qui suivent, un éclair de lumière fluorescent s'étend aux autres feuilles, un signal qui les prépareraient à de futures attaques de la chenille ou de ses congénères.
Dans plus d'une dizaine de vidéos comme celle-ci, le professeur de botanique de l'Université du Wisconsin, Simon Gilroy, et son laboratoire, ont révélé comment le glutamate (un neurotransmetteur abondant chez les animaux) active cette vague de calcium lorsque la plante est blessée.
Ces vidéos fournissent le meilleur aperçu jusqu'à présent sur les systèmes de communication à l'intérieur des plantes, invisibles à l’œil nu.
L'étude a été publiée le 14 septembre 2018 dans le journal Science. Masatsugu Toyota a dirigé les travaux en tant que chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Gilroy.
A l'Université Saitama au Japon, Gilroy et Toyota ont collaboré avec les chercheurs de l'agence japonaise des sciences et technologies, l'Université d'état du Michigan et l'Université du Missouri.
"Nous savons qu'il y a ce système de signalisation systémique, et si l'on blesse la plante en un endroit, le reste de celle-ci déclenche ses réponses défensives" explique Gilroy, "mais nous ne savions pas ce qu'il y avait derrière ce système. Nous savons maintenant que si l'on blesse une feuille, on obtient une charge électrique qui se déplace le long de la plante."
La cause de cette décharge électrique et de son déplacement dans la plante étaient inconnus. Cependant, le calcium était une piste. Omniprésent dans les cellules, le calcium agit souvent comme un signal concernant un environnement en mutation. Et comme il porte une charge, il peut également produire un signal électrique. Cependant, le calcium est éphémère, il grimpe et se concentre rapidement. Les chercheurs avaient donc besoin d'un moyen de voir le calcium en temps réel.
Toyota a donc développé des plantes qui révélaient le calcium sous un jour totalement différent. Les plantes produisent une protéine qui ne devient fluorescente qu'autour du calcium, ce qui permet aux chercheurs de suivre sa présence et sa concentration.
Ensuite ont été testées, les morsures de chenilles, les coupures de ciseaux et les plaies écrasantes. En réponse à chaque type de dommage, des vidéos montrent l'éclairage des plantes lorsque le calcium s'écoule de l'endroit endommagé vers les autres feuilles.
Ce n'est qu'une fraction de la vitesse de l'influx nerveux animal, mais dans le monde végétal, c'est ultra-rapide, assez rapide pour s'étendre aux autres feuilles en quelques minutes. Il n'a fallut que quelques minutes de plus pour que les niveaux d'hormones liés à la défense atteignent des pointes dans des feuilles éloignées.
Ces hormones de défense aident la plante à se préparer aux menaces futures, par exemple en augmentant les niveaux de produits chimiques nocifs pour éloigner les prédateurs.
Le scientifique suisse Ted Farmer avait déjà démontré que les signaux électriques liés à la défense dépendaient des récepteurs du glutamate, un acide aminé qui est un neurotransmetteur majeur chez les animaux et également répandu parmi les plantes. Farmer a montré que les plantes mutantes dépourvues de récepteurs du glutamate perdaient également leur réponse électrique aux menaces.
Aussi, Toyota et Gilroy ont examiné le flux de calcium lors de blessures chez ces plantes mutantes. "Il s'avère que les mutantes qui bloquent complètement la signalisation électrique bloquent aussi la signalisation calcique" dit Gilroy.
Là où des plantes normales flambent de couleurs vives avec des ondes de calcium fluorescentes, les vidéos montrent des plantes mutantes qui lancent à peine des éclairs de lumière marginaux.
L'étude met en relation des décennies de recherche qui ont montré comment des plantes, souvent considérées comme inertes, réagissent de manière dynamique aux menaces en préparant des tissus distants pour faire face à de futures attaques.
Le glutamate conduit au calcium qui conduit aux hormones de défense, entrainant une altération de la croissance et de la biochimie, le tout sans système nerveux.
Gilroy dit qu'en plus d'aider à relier toutes ces pièces, les vidéos lui permettent de visualiser l'activité intense normalement invisible des plantes.
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Dans les secondes qui suivent, un éclair de lumière fluorescent s'étend aux autres feuilles, un signal qui les prépareraient à de futures attaques de la chenille ou de ses congénères.
Cette lumière fluorescente suit le calcium lorsqu'elle traverse les tissus de la plante, fournissant ainsi un signal électrique et chimique d'une menace.
Dans plus d'une dizaine de vidéos comme celle-ci, le professeur de botanique de l'Université du Wisconsin, Simon Gilroy, et son laboratoire, ont révélé comment le glutamate (un neurotransmetteur abondant chez les animaux) active cette vague de calcium lorsque la plante est blessée.
Vidéo: Credit: Simon Gilroy/UW-Madison
Ces vidéos fournissent le meilleur aperçu jusqu'à présent sur les systèmes de communication à l'intérieur des plantes, invisibles à l’œil nu.
L'étude a été publiée le 14 septembre 2018 dans le journal Science. Masatsugu Toyota a dirigé les travaux en tant que chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Gilroy.
A l'Université Saitama au Japon, Gilroy et Toyota ont collaboré avec les chercheurs de l'agence japonaise des sciences et technologies, l'Université d'état du Michigan et l'Université du Missouri.
"Nous savons qu'il y a ce système de signalisation systémique, et si l'on blesse la plante en un endroit, le reste de celle-ci déclenche ses réponses défensives" explique Gilroy, "mais nous ne savions pas ce qu'il y avait derrière ce système. Nous savons maintenant que si l'on blesse une feuille, on obtient une charge électrique qui se déplace le long de la plante."
La cause de cette décharge électrique et de son déplacement dans la plante étaient inconnus. Cependant, le calcium était une piste. Omniprésent dans les cellules, le calcium agit souvent comme un signal concernant un environnement en mutation. Et comme il porte une charge, il peut également produire un signal électrique. Cependant, le calcium est éphémère, il grimpe et se concentre rapidement. Les chercheurs avaient donc besoin d'un moyen de voir le calcium en temps réel.
Toyota a donc développé des plantes qui révélaient le calcium sous un jour totalement différent. Les plantes produisent une protéine qui ne devient fluorescente qu'autour du calcium, ce qui permet aux chercheurs de suivre sa présence et sa concentration.
Ensuite ont été testées, les morsures de chenilles, les coupures de ciseaux et les plaies écrasantes. En réponse à chaque type de dommage, des vidéos montrent l'éclairage des plantes lorsque le calcium s'écoule de l'endroit endommagé vers les autres feuilles.
Le signal s'est déplacé rapidement, environ un millimètre par seconde.
Ce n'est qu'une fraction de la vitesse de l'influx nerveux animal, mais dans le monde végétal, c'est ultra-rapide, assez rapide pour s'étendre aux autres feuilles en quelques minutes. Il n'a fallut que quelques minutes de plus pour que les niveaux d'hormones liés à la défense atteignent des pointes dans des feuilles éloignées.
Ces hormones de défense aident la plante à se préparer aux menaces futures, par exemple en augmentant les niveaux de produits chimiques nocifs pour éloigner les prédateurs.
Le scientifique suisse Ted Farmer avait déjà démontré que les signaux électriques liés à la défense dépendaient des récepteurs du glutamate, un acide aminé qui est un neurotransmetteur majeur chez les animaux et également répandu parmi les plantes. Farmer a montré que les plantes mutantes dépourvues de récepteurs du glutamate perdaient également leur réponse électrique aux menaces.
Aussi, Toyota et Gilroy ont examiné le flux de calcium lors de blessures chez ces plantes mutantes. "Il s'avère que les mutantes qui bloquent complètement la signalisation électrique bloquent aussi la signalisation calcique" dit Gilroy.
Là où des plantes normales flambent de couleurs vives avec des ondes de calcium fluorescentes, les vidéos montrent des plantes mutantes qui lancent à peine des éclairs de lumière marginaux.
Ces résultats suggèrent que le glutamate qui se répand sur la plaie déclenche l'éclatement du calcium qui se propage à travers la plante.
L'étude met en relation des décennies de recherche qui ont montré comment des plantes, souvent considérées comme inertes, réagissent de manière dynamique aux menaces en préparant des tissus distants pour faire face à de futures attaques.
Le glutamate conduit au calcium qui conduit aux hormones de défense, entrainant une altération de la croissance et de la biochimie, le tout sans système nerveux.
Gilroy dit qu'en plus d'aider à relier toutes ces pièces, les vidéos lui permettent de visualiser l'activité intense normalement invisible des plantes.
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