Comme de nombreux jardiniers amateurs peuvent en témoigner, la capacité de certaines plantes à repousser des parties d'elles-mêmes est plutôt étonnante. Couper un morceau de tige et le placer dans une tasse d'eau peut donner un tout nouveau légume. Mais au niveau microbiologique, les botanistes ont constaté qu'en réponse à ces coupes, les plantes choisissent entre deux réponses :la régénération et la défense. Une nouvelle étude publiée dans Developmental Cell explore si la flore pourrait être poussée vers la régénération plutôt que vers la défense pour aider à stimuler une croissance rapide.
Lorsqu'une plante est blessée d'une manière ou d'une autre, elle a de nombreuses façons de se réparer ou de se protéger en utilisant les produits chimiques de son corps. Mais comme le soulignent les auteurs de l'étude, cette réponse oscille généralement entre les deux. Par exemple, une plante individuelle pourrait soit faire repousser son membre cassé, soit se protéger en produisant des toxines qui éloignent les animaux.
Pour déterminer si ces deux réactions se produisent en séquence ou si la défense vient toujours avant la régénération, les chercheurs ont tenté de manipuler la biologie des plantes pour qu'elle oscille dans une direction. En altérant les réponses chimiques, ils ont essayé d'étirer la durée pendant laquelle Arabidopsis thaliana et le maïs se concentrerait sur la régénération.
Selon Kenneth Birnbaum, professeur de biologie à l'Université de New York et l'un des auteurs de l'étude, les travaux ont commencé par quelques questions centrales. Comment une plante sait-elle qu'elle est blessée ? Et quelles premières étapes relient une blessure à la régénération ? Pour répondre à ces questions, son équipe s'est concentrée sur l'ADN de la plante elle-même pour voir comment il évoluait dans les premières heures après avoir subi une blessure.
En misant sur les dicotylédones, une variété végétale à deux tiges comme Arabidopsis , et les monocotylédones, qui ont une seule tige comme le maïs, les biologistes ont pu fournir des résultats pour les deux principaux types de plantes. Les chercheurs ont commencé avec Arabidopsis , ou arabette, qui est un régénérateur solide et un outil de laboratoire populaire pour les microbiologistes (c'était la première plante à avoir séquencé son génome entier). Il a également des racines fines, transparentes et espacées qui facilitent l'analyse, explique Lieven De Veylder, professeur de biotechnologie végétale à l'Université de Gand en Belgique, qui n'a pas participé à l'étude.
Birnbaum a découvert que les protéines de type récepteur du glutamate des plantes ont commencé à renforcer leur mécanisme de défense, presque comme si elles se préparaient au combat, dit-il. Ces molécules, qui sont analogues aux récepteurs du glutamate présents dans le cerveau humain, détectent les acides aminés pour le métabolisme et à d'autres fins. Ils alimentent également le système de défense d'une plante lorsqu'elle est blessée.
Les protéines de type récepteur du glutamate dans les plantes agissent en inondant le calcium dans les cellules, ce qui indique aux petits chevaux de trait d'agir rapidement lorsque leur défense a été violée par des agents pathogènes comme des bactéries ou des champignons. Alors que les chercheurs pensaient initialement que le calcium signalait aux cellules de commencer à se régénérer, ils ont découvert que les cellules recevaient en fait l'ordre d'augmenter leur défense.
Birnabaum dit qu'ils supposaient auparavant que les deux réponses étaient inextricablement liées l'une à l'autre. Mais en manipulant les récepteurs dans cette étude, ils ont découvert que les plantes pouvaient réellement séparer leurs réactions.
Pour tester cela, les auteurs ont activé les récepteurs par deux processus différents. Une méthode consistait à utiliser un récepteur génétiquement manipulé sur lequel travaillait José Feijó de l'Université du Maryland. Les chercheurs ont comparé la réponse aux blessures des plantes ordinaires à des échantillons dont quatre de leurs gènes de protéines de type récepteur du glutamate ont été modifiés pour supprimer leur réaction. En conséquence, la plante "quadruple mutante" a démontré une augmentation de la régénération.
Mais travailler avec des mutations génétiques s'accompagne d'un grand nombre d'inconnues, dit Birnbaum. Alors pour confirmer leurs découvertes, l'équipe a utilisé un traitement chimique adapté de la recherche neurobiologique humaine pour inhiber les réponses des récepteurs de la plante.
Birnbaum a découvert qu'en empêchant chimiquement les récepteurs d'envoyer du calcium, ils étaient capables de réduire la réponse de défense et d'augmenter la réponse de régénération pendant une courte période. À travers les deux Arabidopsis et le maïs, le temps de régénération a doublé. Le succès de la régénération a été mesuré par des tests tels que la capacité à faire repousser des racines ou une structure de cellules souches appelée cal.
Mais le plus gros test était de voir si l'inhibition des récepteurs fonctionnerait à la fois sur les monocotylédones et les dicotylédones. « À notre grande surprise, à bien des égards, ils ont aussi bien fonctionné dans les deux divisions », déclare Birnbaum. Pour lui, cela signifie que la signalisation de défense fonctionne de la même manière à travers les variétés végétales.
"C'est en quelque sorte voir quelque chose qui est conservé entre, disons, les humains et les oiseaux", note-t-il.
Théoriquement, la capacité d'augmenter la régénération pourrait être utilisée pour renforcer la résilience des cultures essentielles face au changement climatique. Étant donné qu'un grand pourcentage de cultures telles que le maïs ou le sucre sont déjà génétiquement modifiées, ce ne serait qu'une autre façon de les modifier pour les rendre plus résistantes, dit Birnbaum.
Le problème est que certaines des cultures les plus importantes comme le maïs et le sorgho sont comparativement assez mauvaises pour la régénération. Augmenter le temps de régénération de ces plantes leur permettrait de s'améliorer au cas où elles subiraient plus de dégâts.
De Veylder note qu'il existe de nombreuses raisons possibles, y compris des différences dans la composition cellulaire, qui pourraient rendre le maïs plus difficile à régénérer. Dans une comparaison avec les arbres, il dit qu'il existe de nombreuses espèces qui ne peuvent pas se régénérer après avoir subi des blessures. Si cela devait changer, les gens en tireraient potentiellement de nombreux avantages :une biodiversité accrue, des récoltes plus abondantes, moins d'insécurité alimentaire et une capture du carbone encore plus efficace.
Mais De Veylder met également en garde contre le fait de sauter le pas, en particulier en termes d'extrapolation de ces résultats à d'autres types de cultures. « La plupart des gens essaient simplement de comprendre les composants dont vous avez besoin pour innover », dit-il. "Je pense que c'est encore tôt. Les gens veulent d'abord avoir la boîte à outils avant d'aller dans les cultures. »
