Au Japon, des scientifiques semblent vouloir résoudre des énigmes zen. Un arbre qui tombe dans la forêt alors que personne n’est là pour l’entendre émet bel et bien un son, ou plutôt une odeur.
En s’intéressant de plus près aux modes de communication cachés des plantes, des chercheurs de l’université de Saitama ont pu observer visuellement l’émission et la réception de signaux « d’avertissement » par des plantes stressées et blessées à leurs voisines. Quelques secondes après avoir été blessées, elles émettent un fin brouillard de composés en suspension dans l’air, signalant aux autres plantes d’élever leurs défenses.
Depuis le début des années 1980, les scientifiques connaissent l’interaction entre les plantes, appelée « l’écoute des plantes ». Les plantes endommagées manuellement ou par des herbivores, tels que les insectes, émettent des composés organiques volatils (COV) qui sont perçus par d’autres plantes situées à proximité. Les saules et les peupliers de Sitka ont montré des propriétés anti-herbivores lors de l’exposition aux COV. Il en va de même pour 30 autres espèces de plantes, telles que le haricot de Lima, le tabac, la tomate, l’armoise et l’Arabidopsis.
Mais jusqu’à récemment, cette signalisation n’avait pas été observée en temps réel, et encore moins enregistrée sur vidéo. Lors d’une étude, Masatsugu Toyota, un professeur à l’université de Saitama, et son équipe ont exposé Arabidopsis, un plant de moutarde, à deux types de COV – le (Z)-3-hexénal et le (E)-2-hexénal – tous deux des aldéhydes à six carbones. Ceux-ci sont également connus sous le nom de volatils de feuilles vertes (GLV) et dégagent une odeur piquante d’herbe.
La situation n’était pas naturelle. Capturées dans une bouteille, les chenilles ont été nourries avec des feuilles coupées de plants de tomates, et le contenu gazeux a été examiné. La concentration résultante a ensuite été pompée dans l’air vers la plante réceptrice, la baignant dans des composés volatils.
« Nous avons construit un équipement pour pomper les COV émis par les plantes dont se nourrissent les chenilles sur les plantes voisines intactes et nous l’avons associé à un système d’imagerie fluorescente en temps réel à grand champ », a expliqué M. Toyota, biologiste moléculaire et auteur principal de l’étude, dans une publication évaluée par des collègues.
« Outre les attaques d’insectes, les COV libérés par les feuilles écrasées manuellement ont induit des signaux [d’ions calcium] dans les plantes voisines non endommagées. »
Les plants d’Arabidopsis ont été génétiquement modifiés de manière à ce que certaines cellules contiennent des capteurs de protéines fluorescentes. Cela a permis aux chercheurs d’observer des éclats de vert fluorescent ondulant sur les feuilles étalées de la plante lorsque son mécanisme de défense a été déclenché par l’exposition au composé volatil.
Une vidéo montre comment les plantes réagissent aux signaux de danger. (Avec l’aimable autorisation de Masatsugu T., Aratani, Y., Uemura, T., Hagihara, T. et al)
Les capteurs fluorescents détecteraient une réaction de stress connue depuis longtemps grâce à d’autres expériences. En particulier, la signalisation des ions calcium a été liée à la perception du stress non seulement dans les cellules végétales, mais aussi chez l’homme. Désormais, ces signaux calciques – des signaux d’alerte pour les autres plantes – seraient observés en temps réel.
Exclusivement conçus dans les cellules de garde, les cellules mésophylles et les cellules épidermiques de la plante, les capteurs de protéines fourniraient des indices sur les cellules qui réagissent en premier.
À la surface de la plante, les cellules de garde sont des cellules en forme de haricot qui forment les stomates, de minuscules pores qui ouvrent l’intérieur de la plante à l’atmosphère, lui permettant ainsi de « respirer ». Les cellules mésophylles constituent le tissu interne de la plante, tandis que les cellules épidermiques sont comme les cellules de la peau, formant l’extérieur.
À l’aide d’un microscope à fluorescence, les chercheurs Yuri Aratani et Takuya Uemura ont observé des signaux d’alerte provenant des cellules de garde dans la minute qui suit l’exposition à des signaux de danger. Les cellules mésophiles ont réagi plus tard.
D’autres tests ont permis d’isoler les « narines » de la plante comme étant les stomates ; le prétraitement de la plante avec de l’acide abscissique, une phytohormone, a effectivement fermé les stomates de la plante, qui a montré une forte réduction de la signalisation calcique.
Les plantes ne possèdent pas de « nez », mais les stomates servent de porte d’entrée à la plante et permettent l’entrée rapide des GLV (volatiles des feuilles vertes) dans les interstices des tissus foliaires », a souligné M. Toyota.
Le même prétraitement à l’acide abscissique a ensuite été appliqué à des mutants dont la fermeture des stomates était altérée, ce qui a produit une lueur verte normale. Les « narines » des mutants sont restées ouvertes et des signaux d’alerte sont apparus malgré la phytohormone.
Nous avons enfin dévoilé l’histoire complexe du moment, du lieu et de la manière dont les plantes répondent aux « messages d’alerte » aériens de leurs voisines menacées », a déclaré M. Toyota.
« Ce réseau de communication éthéré, caché à nos yeux, joue un rôle essentiel dans la protection des plantes voisines contre les menaces imminentes en temps opportun. »
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