La cuticule est la première ligne de protection d'une feuille contre l'environnement. Isabel Molina et ses collègues ont été examinant de près la cuticule des plants de maïs adultes. "Notre groupe se concentre sur la compréhension de la façon dont les plantes produisent des barrières lipidiques protectrices qui se déposent à l'interface avec l'environnement", a déclaré Molina. "Ces barrières sont la cuticule des pousses et la subérine (ou liège) de l'écorce des arbres, des racines et de la peau de la pomme de terre. L'équipe a mené une grande partie de ses travaux antérieurs sur l'usine modèle bien caractérisée Arabidopsis thaliana – une plante de la famille de la moutarde. Bien qu'arabidopsis ne soit en aucun cas une plante cultivée, elle est très utile dans l'étude de nombreux domaines de la biologie végétale. Beaucoup arabidopsis il existe des mutants offrant des possibilités d'attribuer des fonctions aux produits géniques - enzymes et protéines (facteurs de transcription) impliqués dans les voies qui conduisent à la biogenèse de la cuticule. L'opportunité d'appliquer l'expertise technique et les connaissances scientifiques du groupe à une plante cultivée importante comme le maïs était bien sûr très attrayante. Nous savions que nous pouvions apporter une contribution précieuse.
La cuticule est une partie importante de la plante, a déclaré Molina. « Toutes les plantes et tous les animaux doivent être protégés par des barrières qui les défendent de l'environnement. Tout comme la peau des animaux, la cuticule est une couche cireuse recouvrant la partie aérienne des plantes, où elle offre une protection contre les attaques d'insectes et d'agents pathogènes microbiens, les températures extrêmes, les rayons ultraviolets et la déshydratation. Mais peut-être que le rôle le plus important de la cuticule est d'empêcher la perte d'eau de la plante, en prévenant la déshydratation. La cuticule est constituée par la couche la plus externe des cellules, l'épiderme, et composée de cutine, un lipide complexe produit en liant de nombreux acides gras en un polymère solide, et de cires. En plus d'autres composants mineurs, la cire est en grande partie composée de divers types de composés contenant de longues chaînes d'hydrocarbures.
En règle générale, vous pouvez commencer par regarder les feuilles des semis, mais à la place, Molina et ses collègues ont examiné la plante adulte. L'examen des plantes adultes était important, d'autant plus que tant d'autres personnes avaient travaillé sur des plantes juvéniles. Molina a déclaré que les feuilles juvéniles contrastaient de manière frappante avec les feuilles adultes. "Les feuilles juvéniles complètement développées, les 6 à 8 premières feuilles produites par la plante, présentent une composition de cuticule très différente de celle des feuilles adultes à maturité. Par exemple, les feuilles juvéniles ont une couche dense de cristaux de cire qui est absente des feuilles adultes. De plus, les cires des feuilles juvéniles matures sont dominées par des alcools et des aldéhydes à très longue chaîne, avec des proportions plus faibles d'alcanes et d'esters. La plupart des feuilles juvéniles sont généralement dégradées et tombent de la plante pendant le développement des fleurs et des graines lorsque le stress de la sécheresse est le plus dommageable pour le rendement en grains. Sur le plan agronomique, il s'agit sans aucun doute d'une étape plus importante de la durée de vie de la plante, il est donc également impératif d'étudier en profondeur la composition/structure/fonction de la cuticule des feuilles adultes et son rôle dans la tolérance à la sécheresse.
La feuille choisie par l'équipe pour son étude était la feuille 8, la première feuille adulte. Cette feuille, comme ils l'ont noté dans leur article, pousse à partir de la base, ce qui crée un gradient de développement cellulaire le long de la feuille. La barrière d'eau se forme lorsque les cellules de la feuille cessent de se développer, ce qui induit également un gradient de développement de la cuticule. Ce n'était pas une surprise, a déclaré Molina, mais les résultats ont révélé un aspect inattendu. « En termes de composition chimique, nous nous attendions effectivement à de grandes différences entre les parties inférieures de la feuille, en expansion, et les parties supérieures, plus développées. Lorsqu'on a la feuille ou des fragments de feuille en main, ces différences sont flagrantes. La rigidité et l'épaisseur augmentent considérablement en remontant la feuille. La brillance de la surface varie également le long de celle-ci. Nous reconnaissons toutefois avoir été surpris de constater une teneur totale en cire si élevée dans les parties inférieures de la feuille ; ce sont les types de cires présents qui changent de façon si marquée en remontant. Sur le plan structurel, l'épaisseur de la cuticule n'augmente que d'environ 33 % entre 2-4 cm et 10 cm, puis reste constante. Il est donc probable que la rigidité et l'épaisseur de la feuille soient davantage liées à des facteurs structurels autres que la cuticule. »
Ce sont les différences chimiques le long de la feuille qui sont la clé de ce qui se passe dans le développement, a déclaré Molina. "Lier ensemble la composition chimique, la structure observable et la fonction de barrière à l'eau de la cuticule de la feuille de maïs adulte nous a amenés à conclure que la cuticule devient une barrière à l'eau efficace en même temps qu'une augmentation de la proportion d'esters de cire est observée et lorsque l'accumulation du polymère de cutine est importante. Ainsi, ces deux composants semblent être essentiels à la fonction de barrière à l'eau des cuticules des feuilles de maïs adultes.
Bien que les travaux chimiques soient importants, ils s'inscrivent dans un projet plus vaste portant sur l'étude du maïs et visant à aider les agriculteurs à lutter contre le risque croissant de sécheresse. Molina a indiqué qu'il reste encore beaucoup de travail à accomplir. « Cet article ne décrit qu'une partie d'un vaste projet mené par plusieurs laboratoires et généreusement financé par la National Science Foundation (États-Unis). Dans un avenir proche, nous comptons nous appuyer sur les bases posées par cette publication. Nous prévoyons de publier une étude décrivant l'expression génique spécifiquement dans les cellules épidermiques, le long du gradient de développement décrit dans cet article. Il existe un groupe d'environ 500 cultivars, ou lignées, de maïs bien établis, présentant de grandes différences de tolérance à la sécheresse (perte d'eau).
la cuticule). Profitant de l'extrême diversité génétique qui existe dans les nombreuses lignées distinctes de maïs domestiqué, nous identifierons des gènes candidats associés à la fonction de la cuticule pour protéger les feuilles adultes de la déshydratation.
En identifiant les gènes candidats qui sont importants pour la fonction de la cuticule, l'objectif est d'orienter la sélection végétale pour produire des cultures plus résistantes que celles qui peuvent faire face aux pénuries d'eau. Une plante qui peut gérer plus efficacement son approvisionnement en eau est une plante qui peut photosynthétiser plus efficacement. Cela signifie plus de rendement dans le maïs et moins de dégâts dus au stress hydrique.
