De voir à l’œil nu et en temps réel comment les plantes réagissent aux agressions extérieures

Depuis un certain temps maintenant, les chercheurs observent un phénomène intrigant : lorsqu’une partie d’une plante est attaquée (par une chenille affamée, par exemple), des systèmes de défense sont activés dans les autres parties de la plante. Mais comment le savent-elles ? Une nouvelle étude apporte un éclairage nouveau sur ce processus, mettant en lumière les impressionnants moyens par lesquels les plantes communiquent et ils ont les étonnantes vidéos qui vont avec.

Les plantes n’ont pas de nerfs, mais il s’avère qu’elles ont quelque chose d’étonnamment similaire : un réseau de signalisation, similaire à ce que de nombreux animaux utilisent dans leur propre système nerveux.

Selon le botaniste Simon Gilroy de l’université du Wisconsin à Madison (États-Unis) :

Nous savons qu’il y a ce système de signalisation systémique, et si vous blessez à un endroit, le reste de la plante déclenche ses réactions de défense. Mais nous ne savions pas ce qu’il y avait derrière ce système.

Gilroy et le botaniste Masatsugu Toyota, voulaient voir comment ce signal se propage et, toujours selon Gilroy :

Nous savons que si vous blessez une feuille, vous obtenez une charge électrique, et vous obtenez une propagation qui se répand à travers la plante. On ne savait pas ce qui avait déclenché cette charge électrique, ni comment elle s’était déplacée dans la plante. Mais il y avait probablement un coupable : le calcium.

Le calcium se trouve presque partout dans les cellules, agissant souvent comme un capteur. Parce qu’il porte une charge électrique, il peut produire un signal concernant un changement dans l’environnement. Mais le problème, c’est que le calcium est très difficile à étudier, qu’il est très difficile de l’augmenter et de le diminuer rapidement et que les chercheurs devaient trouver un moyen de l’étudier en temps réel.

Ils ont donc créé génétiquement une plante moutarde qui révélerait en temps réel les changements dans la concentration de calcium. Les plantes ainsi développées produisent une protéine qui réagit au calcium. En gros, chaque fois qu’il y a une décharge de calcium, la plante s’allume. Ils ont découvert que cela leur permettait de voir le processus de transmission de signaux, qui se propage à une vitesse d’environ 1 millimètre par seconde, rapide comme l’éclair dans le monde végétal, mais encore une fraction seulement de ce que nous voyons dans le monde animal.

A partir de l’étude : alors qu’une chenille du chou mange les feuilles de la moutarde Arabidopsis, une vague de calcium traverse la plante, révélée par une lumière fluorescente, déclenchant des réactions de défense dans les feuilles éloignées. (Simon Gilroy/ Science)

Toyota et Gilroy ont montré que lorsque la plante est menacée (le plus souvent par des insectes), des ondes de calcium se répandent de la source de l’attaque dans la plante. Dès que la vague défensive arrive, des hormones défensives sont libérées dans la plante pour tenter d’empêcher les dommages de se produire. Ces hormones nocives dissuadent certains prédateurs des plantes de les manger.

L’équipe voulait aussi voir ce qui déclenche en premier lieu cette libération de calcium. De précédentes recherches avaient suggéré que le glutamate, un acide aminé et un neurotransmetteur important chez les plantes et les animaux, en était à l’origine.

L’apport de glutamate directement à l’extrémité d’une feuille crée une forte vague de calcium sur toute la plante, visualisée par une lumière fluorescente. (Simon Gilroy/ Science)

Ils ont donc utilisé des plantes “mutantes” dépourvues de récepteurs de glutamate et ils ont constaté que la circulation du calcium était également perturbée.

Selon Gilroy :

Et voilà que les (plantes) mutantes, qui éliminent la signalisation électrique, éliminent complètement la signalisation calcique.

Donc, essentiellement, lorsque la plante est piquée ou attaquée, elle libère du glutamate à partir du site de la plaie. De là, cela déclenche une onde de calcium qui circule dans la plante, ce qui entraîne l’activation de ses mécanismes de défense hormonale. C’est un processus remarquablement complexe et dynamique, pour un groupe d’organismes souvent considérés comme inertes et dépourvus de système nerveux.

En plus de décrire ce processus, les vidéos peuvent aussi aider les scientifiques à visualiser cet étonnant mécanisme.

L’étude publiée dans Science : Glutamate triggers long-distance, calcium-based plant defense signaling et présentée sur de l’université du Wisconsin à Madison : Blazes of light reveal how plants signal danger long distances.