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Pour rester droites, les plantes doivent connaître leur courbure !

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Les plantes bougent en permanence pour rester érigées malgré la gravité et le vent. Pour ce faire, percevoir la gravité ne suffit pas : elles doivent en quelque sorte avoir conscience de la courbure de leurs tiges ! C'est ce que démontre une étude théorique de l'Inra, prouvant que les végétaux doivent avoir des capacités proprioceptives affûtées. C'est mathématique.

En agriculture, la verse est un accident mécanique de végétation touchant certaines cultures, principalement les céréales, mais aussi les légumineuses, le colza, le tournesol. Elle se traduit par une inclinaison permanente des tiges, qui ne peut être compensée que par un mouvement gravitropique actif (s’il n’y a pas de casse des tiges). La verse peut être due soit à l’effet du vent, soit à une instabilité de la tige qui ne peut plus tenir sous son propre poids (flambage). © colleen_taugher, Flickr, cc by 2.0

Pour conserver leur port érigé (ou dressé), les plantes terrestres doivent en permanence réagir activement aux perturbations liées à l'augmentation de leur masse ou à des variations d'inclinaison de leur ancrage (verse, terrain en pente). Ce contrôle postural est rendu possible par des mouvements actifs, mais imperceptibles pour nous, sous l'effet moteur de la croissance différentielle ou de la formation de bois de réaction (un composé qui permet la motricité des parties ligneuses des arbres).

Sa réussite est très importante pour la plante, mais aussi pour ses usages agronomiques (récupération des verses des céréales) ou forestiers (défauts de forme des troncs et de qualité du bois). Étudiés depuis Darwin et connus sous le nom de gravitropisme, les mécanismes de contrôle de ce mouvement actif étaient encore mal connus jusqu'à présent.

Des chercheurs du centre Inra de Clermont-Ferrand - Theix et de l'université Paris-Diderot viennent de montrer que les plantes ne peuvent pas maintenir leur port érigé à l'aide de la seule perception de leur inclinaison par rapport à la gravité. Il faut lui adjoindre une perception continue de la courbure de leurs tiges et une tendance à la rectification de celle-ci. Il s'agit ainsi d'un phénomène de proprioception, comparable à ce que l'on rencontre chez les animaux et les humains, qui permet aux organismes d'avoir le sens de leur forme et de leur mouvement. Cette découverte a été publiée dans la revue Pnas.

Formes successives d'une inflorescence de l'arabette des dames (Arabidopsis thaliana) au cours de son redressement après une inclinaison à l'horizontale. On voit que l'ensemble de la tige commence par se courber vers le haut. La partie haute se rectifie ensuite progressivement et la courbure se concentre à la base (taille de la hampe : 10 cm, durée totale : 20 h). © Bastien, Douady et Moulia, Inra

La proprioception chez les plantes pour rester droites

Grâce à elle, un modèle mathématique universel reproduisant le contrôle complet des mouvements de redressement sur 11 espèces de plantes à fleurs terrestres, et sur des organes allant de la minuscule germination du blé à des troncs de peupliers, a été proposé et validé. Il montre que le caractère contrôlant la dynamique du mouvement et la forme finale de la plante est un ratio entre sa sensibilité à la gravité et sa sensibilité proprioceptive. Par ailleurs, il est également apparu que ce paramètre doit être ajusté à la taille de la plante. De plus, une méthode de caractérisation rapide de ce ratio a été développée. Elle ne nécessite aucun contact avec le végétal puisqu'elle repose sur des analyses d'images.

Ces résultats modifient la perception que nous avions de la sensibilité des végétaux, en montrant l'importance de la proprioception, à l'instar de ce qui a cours chez les animaux et les humains. Par ailleurs, ils fournissent de nouveaux concepts et outils soit pour l'amélioration génétique de la capacité des cultures à être plus résilientes à la verse, soit pour aider les arbres à produire des fûts rectilignes et des bois de bonne qualité. Ils autoriseront enfin les modélisateurs à mieux prédire les conséquences des changements climatiques qui risquent notamment de modifier le régime des vents.

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