Aleksandra Rypień et Dorota Kwiatkowska examinez les feuilles papyracées colorées, appelées effrayant bractées, qui entourent le inflorescence de Golden Everlasting, le sujet de leur récent Annals of Botany papier Le gradient des traits structuraux entraîne des mouvements hygroscopiques des bractées scarieuses entourant Helichrysum bracteatum les capitules sont adaptés pour se déplacer lorsque l'humidité de l'environnement change. Bien que toutes leurs cellules soient mortes, celles-ci restent prêtes à se courber vers le centre de l'inflorescence pour cacher les fleurons ou vers l'extérieur pour les exposer.
Les plantes, malgré le manque de muscles, ont développé un large éventail de mécanismes pour générer du mouvement. Les mouvements des organes des plantes varient en vitesse : des mouvements de croissance très lents des pousses au claquement des feuilles des plantes carnivores ou à la dispersion explosive rapide des graines. Les biologistes ont étudié comment les organes des plantes bougent en l'absence de muscles depuis l'œuvre pionnière de Charles Darwin. Les résultats de ces investigations sont cruciaux pour comprendre la propagation des plantes ou leur réaction aux conditions environnementales changeantes. De plus, nous avons adapté un certain nombre de mécanismes de mouvement "inventés" par les plantes pour construire des constructions modernes qui sont par exemple capables de réagir en changeant de forme en réponse à un changement d'humidité ou de température.
Les mécanismes de certains mouvements semblent incroyables. C'est le cas pour hygroscopique mouvements, où les organes perpétuent des mouvements hygroscopiques réversibles longtemps après leur séparation de la plante mère ou après la mort de la plante. Leur mécanisme est basé sur la déformation des parois cellulaires due aux changements de teneur en eau, principalement en réponse aux changements d'humidité du milieu environnant. Parce que la taille, la structure ou la composition des parois cellulaires dans différentes parties d'organes ne sont pas les mêmes, leur mouillage ou séchage génère une compression dans certaines parties d'organes et une tension dans d'autres, ce qui conduit finalement au mouvement. Dans son parcours, l'organe se plie, se tord, tourne ou s'enroule souvent.
Ce n'est pas tout l'organe qui fournit la force motrice du mouvement, mais seulement sa partie appelée actuateur, qui est constitué d'une partie active et d'une résistance. Une telle construction ressemble à un actionnement thermique bande bi-métal qui se courbe en réponse aux changements de température, seul l'actionneur de l'installation réagit à l'eau plutôt qu'à la température. La partie active est capable de se contracter lors du séchage ou de gonfler lors du mouillage, tandis que la partie résistante stabilise les forces en développement. Les mouvements hygroscopiques contribuent à la protection des fleurs, à la pollinisation, à l'ouverture des fruits ou des cônes ou à la dispersion des graines chez de nombreuses espèces végétales.
Notre recherche visait à expliquer le mécanisme des mouvements hygroscopiques effectués par les bractées papyracées colorées de l'immortelle (également appelée Éternel doré). Son nom botanique est Xerochrysum bracteatum, appelé plus tôt Helichrysum bracteatum, un membre de la famille des tournesols (Asteraceae) originaire d'Australie, mais souvent cultivée dans le monde entier pour des bouquets secs. Le trait morphologique le plus commun de la famille du tournesol est l'agrégation de nombreuses fleurs dans un capitule Entourées de bractées, les bractées de l'immortelle sont scarieuses (composées de cellules mortes), grandes et colorées. On les confond souvent avec des pétales, mais ce sont en réalité des feuilles modifiées qui entourent et protègent l'inflorescence. Elles conservent leur aspect esthétique pendant de nombreuses années, sans flétrir ni se décolorer, même après la coupe et le séchage de la tige florale. Les bractées de l'immortelle subissent d'importantes déformations réversibles en fonction de l'humidité : elles se courbent vers l'extérieur à partir du capitule par temps sec, exposant les fleurons ou les petits fruits, ou vers l'intérieur, les protégeant lorsque l'humidité ambiante est trop élevée (le capitule de la vidéo ci-dessus était simplement posé à la surface de l'eau). Pour notre étude, une bractée détachée du capitule effectue exactement les mêmes mouvements.
En suivant attentivement les mouvements de la bractée et en mesurant sa déformation dans différentes parties, nous avons d'abord identifié l'actionneur de la bractée. Il s'agit d'une charnière située près de la base de la bractée, à laquelle la bractée se plie. Cette flexion entraîne un déplacement passif de la partie restante de la bractée, dont la forme ressemble à une lame (dans la vidéo 3, la pince a tenu la base de la bractée pendant que la lame est en mouvement). Le limbe est la bractée qui recouvre ou découvre les fleurons. En mesurant la déformation de la surface des bractées due aux changements d'humidité, nous avons montré que la flexion des bractées à la charnière résulte d'une profonde différence d'extension des parois cellulaires aux surfaces des bractées opposées : la surface externe s'étend fortement lorsqu'elle devient humide ou se rétrécit fortement lorsqu'elle sèche, tandis que la la surface faisant face au centre de l'inflorescence ne change que légèrement. La lame est également déformée en raison du mouillage ou du séchage, mais la déformation est plus petite et très similaire sur les deux surfaces, et donc ses changements de forme sont mineurs.
Ensuite, nous avons essayé d'expliquer cette grande différence de déformation de la paroi cellulaire qui se produit sur les surfaces de charnière opposées en réponse aux changements d'humidité. Il est connu pour les organes qui effectuent des mouvements hygroscopiques dans d'autres plantes que la déformation étendue de la paroi cellulaire dans les tissus actifs se produit en raison du gonflement ou du rétrécissement d'une matrice de paroi cellulaire, qui remplit l'espace entre le renforcement fibrilles de cellulose. L'extension ou le rétrécissement de la paroi cellulaire se produit dans la direction orthogonale à celle des fibrilles. Le tissu de résistance a souvent des fibrilles de cellulose dans une orientation très différente du tissu actif (souvent presque perpendiculaire à celui-ci si l'organe est en flexion). Ses parois cellulaires ne subissent généralement pas de déformation aussi dramatique lorsque l'humidité change, et si elles s'étendent ou se rétrécissent, cela se produit dans une direction différente de celle du tissu actif. Gardant cela à l'esprit, nous avons examiné la structure de la charnière de la bractée de l'immortelle. Nous avons accordé une attention particulière à l'arrangement des fibrilles de cellulose, ainsi qu'à la composition des parois cellulaires, en essayant de trouver un composant spécial de la matrice gonflante qui se produirait principalement dans les tissus fortement déformés.
Tout d'abord, nous avons identifié des traits spécifiques de la morphologie des cellules charnières. Du côté fortement déformant, il y a deux ou trois couches de cellules allongées à parois épaisses (ressemblant sclérenchyme de pommes de pin). Les cellules des couches plus profondes sont également allongées, mais leurs parois sont plus minces, tandis que les cellules épidermiques allongées sur la surface opposée de la bractée n'ont que des parois externes épaissies. Concernant la structure de la paroi, certaines tendances sont apparentes si l'on passe d'une surface fortement déformante au côté opposé de la bractée : la fraction tissulaire occupée par les parois cellulaires et l'épaisseur de la paroi cellulaire diminuent, tandis que la compacité des cellules et des parois cellulaires augmente. Dans le même temps, l'orientation des fibrilles de cellulose passe de perpendiculaire à l'axe long de la cellule à presque parallèle (figure 1). La composition de la paroi cellulaire est moins hétérogène. Nous n'avons pu identifier aucun composant de gonflement spécifique aux tissus fortement déformés, bien que nous ayons utilisé un certain nombre de méthodes de coloration classiques, ainsi que des méthodes plus avancées telles que l'immunomarquage et la spectroscopie Raman. Ceci, cependant, est également le cas pour d'autres organes mobiles comme les écailles des pommes de pin. La particularité de la charnière des bractées, et aussi des pommes de pin, est la présence de lignine dans les parois cellulaires de la charnière (d'ailleurs la lignine est presque absente des parois cellulaires de la lame). Bien que ce composant de la paroi soit abondant dans le bois et considéré comme responsable de la rigidité de la paroi et de la diminution de la perméabilité, dans la bractée de l'immortelle, il est spécifique de la charnière, qui est la partie la plus sensible à l'eau.
À ce stade de la recherche, nous étions tout à fait sûrs d'avoir identifié les tissus actifs et résistants de la charnière de la bractée de la fleur de paille, comme des cellules à paroi épaisse ressemblant respectivement au sclérenchyme d'un côté et à l'épiderme de l'autre. Néanmoins, pour confirmer cette interprétation, nous avons effectué des expériences de dissection, en retirant certains tissus de la charnière. À notre grande surprise, les bractées disséquées n'ont pas perdu la capacité de se déplacer. Les bractées dont les cellules à parois épaisses ont toutes été retirées ont pu effectuer des mouvements, ainsi que celles dépourvues d'épiderme opposé. Ainsi nous avons montré que la présence d'une partie des tissus charnières est suffisante pour les mouvements charnières, de sorte que les tissus actifs et résistants ne sont pas définis sans équivoque. Apparemment, la charnière de la bractée de la fleur de paille est une structure comprenant des tissus changeant progressivement, de très résistants à très actifs, plutôt qu'une structure bicouche avec des parties actives et de résistance distinctes mentionnées ci-dessus, souvent attribuées aux organes à mouvement hygroscopique. Une telle construction de charnière rend la bractée capable d'accomplir ses tâches de protection même après les dommages mécaniques.
Aleksandra Rypień a terminé son doctorat en Département de Biophysique et Morphogenèse des Plantes at l'Université de Silésie à Katowice. Elle travaille au Laboratoire de techniques microscopiques de la même université et ses intérêts de recherche portent sur la paroi cellulaire végétale et son rôle dans les mouvements des organes végétaux. Tu peux suivez-la sur Facebook.
Dorota Kwiatkowska est professeur et directeur du Département de biophysique et de morphogenèse des plantes à l'Université de Silésie à Katowice. Ses intérêts de recherche portent sur la croissance et le fonctionnement des pousses végétales d'un point de vue biomécanique.
