Comme de nombreux jardiniers amateurs peuvent en témoigner, la capacité de certaines plantes à repousser des parties d'elles-mêmes est impressionnante. Couper une tige et la placer dans l'eau peut produire un nouveau légume. Au niveau microscopique, les botanistes observent que, face à ces coupes, les plantes choisissent entre deux réponses : la régénération ou la défense. Une étude récente publiée dans Developmental Cell explore comment orienter la plante vers la régénération plutôt que la défense pour stimuler une croissance rapide.
Quand une plante est blessée, elle dispose de multiples mécanismes de réparation ou de protection via ses composés chimiques. Cependant, comme le notent les auteurs, cette réponse oscille généralement entre les deux : régénérer un membre cassé ou produire des toxines pour repousser les herbivores.
Pour déterminer si ces réactions se succèdent ou si la défense prime toujours, les chercheurs ont manipulé la biologie végétale. En modifiant les réponses chimiques, ils ont prolongé la phase de régénération chez Arabidopsis thaliana et le maïs.
Kenneth Birnbaum, professeur de biologie à l'Université de New York et co-auteur de l'étude, a posé des questions fondamentales : comment une plante détecte-t-elle une blessure ? Quelles étapes relient le dommage à la régénération ? Son équipe a analysé l'ADN végétal dans les heures suivant une blessure.
En étudiant les dicotylédones (comme Arabidopsis, à deux cotylédons) et les monocotylédones (comme le maïs, à un seul), les biologistes ont obtenu des résultats pour les deux grands types de plantes. Arabidopsis, ou arabette, est un modèle idéal : première plante à avoir son génome séquencé, avec des racines fines et transparentes facilitant l'analyse, explique Lieven De Veylder, professeur de biotechnologie végétale à l'Université de Gand (non impliqué dans l'étude).
Birnbaum a découvert que les récepteurs de type glutamate végétaux activent rapidement la défense, comme en prévision d'une attaque. Ces molécules, analogues aux récepteurs cérébraux humains, détectent les acides aminés et déclenchent la défense en cas de blessure.
Ces récepteurs inondent les cellules de calcium, signalant aux voies de signalisation d'agir face à des pathogènes comme bactéries ou champignons. Contrairement aux attentes initiales, ce calcium favorise la défense plutôt que la régénération.
Précédemment, les deux réponses semblaient liées. Mais en manipulant ces récepteurs, l'étude montre qu'elles peuvent être dissociées.
Pour tester cela, les chercheurs ont activé les récepteurs via deux méthodes. L'une, développée par José Feijó (Université du Maryland), utilise un récepteur génétiquement modifié. Comparant plantes sauvages et "quadruple mutantes" (quatre gènes de récepteurs supprimés), ils observent une régénération accrue chez les mutantes.
Les mutations génétiques comportent des incertitudes, note Birnbaum. Pour confirmer, l'équipe a appliqué un inhibiteur chimique issu de la neurobiologie humaine.
En bloquant chimiquement l'afflux de calcium, ils réduisent la défense et doublent la durée de régénération chez Arabidopsis et maïs. Le succès est mesuré par la repousse de racines ou la formation de callus (tissu de cellules souches).
Le défi majeur était de valider sur dicotylédones et monocotylédones. "À notre surprise, cela fonctionne aussi bien dans les deux", déclare Birnbaum, indiquant une signalisation conservée entre variétés végétales.
"C'est comme une conservation entre humains et oiseaux", ajoute-t-il.
Théoriquement, booster la régénération renforce la résilience des cultures face au changement climatique. De nombreuses cultures comme le maïs sont déjà modifiées génétiquement ; cela en serait une nouvelle forme.
Certaines cultures clés, comme maïs et sorgho, régénèrent mal. Prolonger cette phase les rendrait plus résistantes aux dommages.
De Veylder évoque des facteurs comme la composition cellulaire expliquant ces difficultés, comparables à certains arbres non régénératifs. Améliorer cela offrirait biodiversité accrue, récoltes abondantes, moins d'insécurité alimentaire et meilleure capture de carbone.
Cependant, il appelle à la prudence : "Il faut d'abord comprendre les outils avant d'appliquer aux cultures."
