Les plantes sont trop stressées (encore plus dans un environnement en constante évolution)
Tout au long de leur vie, les plantes sont exposées à un large éventail de défis environnementaux qui peuvent affecter leur croissance et compromettre leur santé. Ces menaces externes peuvent être classées comme stress abiotiques s'il est causé par "facteurs non vivants » (gel/refroidissement ou chaleur, déficit hydrique ou inondation, rayonnement UV, salinité du sol, carence en éléments nutritifs, pollution de l'air et contamination du sol) ou comme stress biotiques s'il est causé par un « facteur vivant » (p. ex. virus, bactéries, champignons, nématodes, insectes, mauvaises herbes).
Selon l'intensité et la durée du stress, les facteurs environnementaux peuvent légèrement affecter le développement des organes de la plante (sous et/ou au-dessus du sol) ou avoir un impact sérieux sur la reproduction des plantes. Dans le pire des cas, les plantes peuvent subir une combinaison de facteurs de stress environnementaux qui menacent grandement leur survie.
Les organes stressés envoient des signaux à l'extérieur et à l'intérieur des plantes
En mars 2023, la revue scientifique Cellule a publié un article de recherche qui a montré une curieuse réaction des plantes sous pression : elles sont « calmes » lorsqu'elles sont cultivées dans des conditions optimales mais « crient » lorsqu'elles sont stressées. L'actualité scientifique est partie autour le world et ces découvertes inattendues sont devenues virales sur les réseaux sociaux. Que montre exactement l'article ?
L'équipe de recherche coordonnée par Professeur Lilach Hadany (École des sciences végétales et de la sécurité alimentaire, Université de Tel Aviv) a découvert que les plants de tomates et de tabac commencent à émettre des sons ultrasoniques à proximité (à 3-5 mètres) deux jours après avoir subi une privation d'eau ou des dommages physiques. Ce phénomène pourrait être causé par cavitation – la génération de bulles d'air lors de la rupture des colonnes d'eau dans les tiges des plantes soumises à la sécheresse ou aux blessures. Les êtres humains ne sont pas capables d'entendre ces fréquences, mais les scientifiques étudient actuellement la possibilité que d'autres organismes - tels que des insectes, des petits mammifères, d'autres plantes - vivant dans le même environnement puissent percevoir les sons et réagir.
Outre les « cris de douleur », les plantes stressées subissent également des fluctuations hormonales internes, comme les animaux. En effet, il est établi depuis longtemps que les plantes vivant dans des conditions sous-optimales accumulent hormones de stress qui agissent dans le corps de la plante pour déclencher un large éventail de réponses défensives et adaptatives aux niveaux moléculaire, cellulaire et physiologique.
Hormones et Phytohormones
Les organismes multicellulaires (tels que les animaux, les plantes et les champignons) produisent des molécules de signalisation appelées hormones qui se déplacent dans leur corps pour réguler les processus de développement et physiologiques. Ces messagers chimiques sont actifs à de très faibles concentrations et peuvent voyager de leur site de production vers des tissus et organes distants, où ils provoquent des réponses moléculaires et cellulaires.
Le terme phytohormones a été inventé par Frits Went et Kenneth Thimann en 1937 pour décrire des composés organiques qui peuvent agir localement et systémiquement comme régulateurs de croissance des plantes. Les phytohormones sont généralement nécessaires pour réguler la formation de différents organes tout au long du cycle de vie de la plante, mais certaines d'entre elles (par exemple, Acide abscissique et Acide jasmonique) – sont également activés dans des conditions de stress pour coordonner la croissance et la défense des plantes, inhibant souvent les processus de développement pour augmenter la survie.
Jasmonates : production, transport et transmission du signal
Cette classe de phytohormones dérivées de lipides a été décrite pour la première fois en 1962. et nommés Jasmonates (JAs) car leur structure a été identifiée à partir d'extraits d'huile de jasmin grandiflorum fleurs. Depuis leur découverte, plusieurs groupes de recherche dans le monde ont étudié les voies métaboliques qui contribuent à la biosynthèse des JA et à l'accumulation de leurs précurseurs, ainsi que les réactions cataboliques qui transforment les hormones bioactives en composés inactifs (bien revu par Wasternack & Hause, 2013 et Wasternack & Song, 2017).
Les JA dérivent d'acides gras polyinsaturés, tels que acide α-linolénique, à travers une série complexe de réactions métaboliques qui se déroulent séquentiellement dans différents compartiments de la cellule végétale (par exemple, chloroplaste, peroxysome, cytosol). Certains précurseurs de JA sont également stockés dans la vacuole.
Comment le stress peut-il induire la production de JA ? Lors d'une attaque externe, les plantes endommagées peuvent détecter des «métabolites étrangers» - tels que les modèles moléculaires associés aux microbes (MAMP) et les modèles moléculaires associés aux pathogènes (PAMP) - qui agissent comme éliciteurs, molécules capables de déclencher une cascade d'événements cellulaires et moléculaires (voie de transduction du signal) conduisant à l'induction du métabolisme JA.
Les JA accumulés peuvent être transportés localement (transmission à courte distance vers les cellules voisines) ou systémiquement (transmission à longue distance vers des cellules distantes via les vaisseaux). Par exemple, le transport médié par le phloème est essentiel pour les communications feuille à feuille et tige à tige. La signalisation locale et systémique est facilitée par une famille de transporteurs JA (nommés JAT) avec différentes localisations subcellulaires, qui favorisent l'import/export cellulaire hormonal et l'import nucléaire (revu par Li et al., 2021).
Effets en aval de la voie JA : réponse de la défense à l'attaque d'agents pathogènes
Dans le noyau, les JA déclenchent des changements dans la transcription de gènes sélectionnés qui sont impliqués dans la signalisation du stress et la réponse de défense. Par exemple, l'accumulation de JA en réponse à une attaque d'insectes active l'expression de gènes qui codent pour des protéines à effets toxiques ou des composés organiques volatils (COV) qui attirent les ennemis naturels des herbivores (revu par Erb & Reymond, 2019). De même, un dérivé de JA induit la biosynthèse du terpène, un métabolite secondaire à forte activité antifongique qui confère une résistance à la moisissure grise causée par le agent pathogène nécrotrophe Botrytis cinerea dans la fraise (rapporté dans Zhang et al., 2022).
Curiosité : JA et évolution des plantes carnivores
Les JA sont également impliquées dans l'interaction entre les insectes et les plantes carnivores vivant dans des environnements pauvres en nutriments. Précisément, la voie JA est activée lors du deuxième stimulus mécanique dans la plante Dionaea muscipula (communément appelée Pièges à mouches Vénus), suivie de l'induction de gènes codant pour des hydrolases – des enzymes lytiques utilisées dans la digestion des insectes proies piégés dans les lobes de la plante.
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Métabolisme, signalisation et transport des jasmonates – ScienceDirect
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