Les plantes ont besoin d'être exposées au soleil pour convertir le dioxyde de carbone en hydrocarbures. Outre les photons bleus et rouges dont ils ont besoin, il existe également des balles de lumière UV-B. Les UV-B peuvent endommager les tissus biologiques et l'ADN. Alors que la couche d'ozone absorbe la plupart des UV-B, il en arrive suffisamment à la surface de la Terre pour causer un problème. La première partie d'une plante que les UV-B frappent est la cuticule, un film qui recouvre l'épiderme. Bien qu'il y ait eu beaucoup de travail sur la façon dont la cuticule réduit la perte d'eau, protège contre les agents pathogènes ou soutient une plante, peu de gens ont étudié comment elle interagit avec les UV-B. Ana González Moreno et ses collègues ont publié une étude dans Communications Nature, montrant comment les composés phénoliques de la cuticule peuvent protéger une plante des UV-B.

Phénol, le composé phénolique le plus simple. Image : Toile.

Les phénols, ou composés phénoliques, sont un type particulier de composés organiques qui poussent à l'extrême la capacité du carbone à se lier à lui-même. Le carbone peut former de longues chaînes appelées polymères, et une colonne vertébrale d'atomes de carbone peut contenir divers groupes chimiques pour former des molécules complexes. Les phénols sont ce qui se passe lorsque cette colonne vertébrale se recourbe sur elle-même pour former un anneau, une partie de l'anneau contenant un groupe hydroxyle (-OH).

González Moreno et ses collègues notent que bien qu'il y ait beaucoup d'acides phénoliques dans la cuticule, les acides coumarique, caféique et férulique ont un groupe acyle qui peut être en formation trans ou cis. Ce marquage signifie que les acides ont les mêmes atomes, mais ils diffèrent légèrement dans la façon dont ils sont arrangés.

trans et Cis structure chimique des acides cinnamiques. En rouge la double liaison est responsable de la trans-Cis isomérisation. Image: gonzalez moreno et al. 2022.

Les scientifiques ont utilisé la spectroscopie d'absorption transitoire pour voir comment ces composés phénoliques interagissaient avec les UV-B. Ils ont frappé un épiderme avec des photons UV-B et ont examiné la lumière émise par l'épiderme en réponse. L'équipe a découvert que quelque chose d'étrange se produisait lorsque les UV-B frappaient les composés phénoliques dans la configuration trans.

« Les acides cinnamiques présents dans les cuticules ont une structure moléculaire aromatique conjuguée à une double liaison qui absorbe les rayonnements, notamment du spectre UV-B. La molécule absorbe l'énergie et tourne instantanément », a déclaré la co-auteur Eva Domínguez dans un communiqué de presse.

Lorsque les UV-B frappent la molécule, il faut de l'énergie pour s'enclencher dans une nouvelle configuration. Ce changement est extrêmement rapide. Les mesures montrent qu'il faut moins d'un millionième de seconde. Si c'était tout, les plantes auraient besoin d'un apport constant de composés phénoliques comme boucliers contre les nouveaux photons UV-B. Cependant, la nouvelle configuration n'est pas stable, et cette instabilité aide l'usine.

La molécule reconfigurée émet l'énergie qu'elle a acquise de la lumière UV lorsqu'elle revient à son état initial. Lorsque cela se produit, l'énergie est libérée à une longueur d'onde plus longue, convertissant efficacement la lumière UV en chaleur qui cause beaucoup moins de dommages. Une fois la molécule réinitialisée, elle est prête à absorber un autre photon UV.

González Moreno et ses collègues écrivent que ces acides phénoliques se retrouvent dans les cuticules du règne végétal, avec p-l'acide coumarique étant très commun. Ils notent également que les paléontologues ont identifié p-acide coumarique dans les cuticules des plantes fossiles.

Ce qui rend les composés si utiles en tant que boucliers, c'est leur sélectivité. Ils réagissent à la lumière UV, mais pas à la lumière visible. Cela signifie que les photons rouges et bleus dont les plantes ont besoin pour la photosynthèse peuvent passer à travers.

LIRE L'ARTICLE

González Moreno, A., de Cózar, A., Prieto, P., Domínguez, E. et Heredia, A. (2022) "Mécanisme sans rayonnement de la désactivation des UV par les phénoliques de la cuticule chez les plantes", Communications Nature, 13 (1), https://doi.org/10.1038/s41467-022-29460-9