Des chercheurs proposent une cartographie dynamique de quelque 200 des protéines qui permettent aux plantes de ressentir leur environnement. De quoi peut-être un jour concevoir des plantes plus résistantes aux stress environnementaux. © luna, Fotolia

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Les plantes ont-elles un sixième sens ?

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Sans nez, ni yeux ni oreilles, les plantes sont pourtant capables de ressentir leur environnement. Comment ? Une équipe internationale de chercheurs nous révèle quelques-uns de leurs secrets.

Si les plantes parviennent à ressentir leur environnement, c'est grâce à une batterie de protéines, dont, principalement, les récepteurs LRR-kinases. Ces protéines un peu particulières, transmembranaires, dépassent de part et d'autre des membranes des cellules. Côté extérieur, elles sont capables de détecter des substances chimiques dans leur environnement, et de déclencher ainsi, au sein des cellules, une réponse.

Une équipe internationale propose aujourd'hui une cartographie dynamique de quelque 200 de ces protéines. En faisant apparaître non seulement ces molécules mais aussi leurs interactions, elle montre que les récepteurs LRR-kinases travaillent bien en réseau et que certains occupent une place critique pour l'intégrité du système.

Les récepteurs LRR-kinases traversent la membrane de la cellule pour permettre aux plantes de capter des informations relatives à leur environnement proche. © Université de l’Alabama à Birmingham

Aider les plantes à s’adapter

C'est grâce à l'arabette des dames — Arabidopsis thaliana de son nom scientifique — que les chercheurs ont pu arriver à leurs conclusions. Celle-ci en effet présente plus de 600 récepteurs kinases différents, soit 50 fois plus que n'en possède le corps humain. Ainsi les chercheurs ont-ils pu tester plus de 40.000 interactions, aussi bien sur les parties extracellulaires des protéines que sur leurs parties intracellulaires.

Les résultats de cette première étude d'envergure pourraient aider les chercheurs à identifier notamment les récepteurs à l'origine des réponses aux stress environnementaux — réchauffement, sécheresse, agents pathogènes, etc. — des plantes exploitées par l'Homme. Ils pourraient également servir à la conception de nouveaux capteurs de substances chimiques.

Pour en savoir plus

Le « sixième sens » des plantes

Les cryptochromes, protéines présentes chez les organismes vivants comme les plantes et les animaux sont des pigments récepteurs de lumière bleue qui interviennent dans de nombreux processus (croissance, développement...) liés au cycle circadien (jour/nuit). Des chercheurs du laboratoire Physiologie cellulaire et moléculaire des plantes (université Paris-VI / CNRS) en collaboration avec des équipes allemandes de l'université de Marbourg et de Francfort viennent pour la première fois de démontrer leur rôle dans la perception du champ magnétique chez les végétaux à travers une expérience réalisée sur la plante Arabidopsis thaliana.

Article du CNRS publié le 12/09/2006

Certains oiseaux, dont les espèces migratrices, ont la remarquable capacité d'utiliser le champ magnétique terrestre pour s'orienter. Ils « sentent » l'orientation nord-sud de ce champ et s'en servent comme point de repère pour choisir la direction à prendre. Cette perception du champ géomagnétique est dépendante de la lumière. En effet, l'orientation correcte des oiseaux migrateurs n'est possible qu'en présence de lumière bleue ou verte tandis que les autres longueurs d'onde du spectre sont perturbantes.

C'est dans l'œil des oiseaux, précisément dans la rétine, une structure riche en terminaisons nerveuses et en photorécepteurs, que se situe le siège de la perception du champ magnétique. Les cryptochromes, molécules présentes sur la rétine des oiseaux, pourraient entrer en jeu dans ce mécanisme et jouer un rôle dans la réponse au champ magnétique car elles présentent toutes les propriétés physico-chimiques requises (absorption de lumière bleue ou verte et formation de structures « radical pair »). Elles permettraient ainsi à certains oiseaux, notamment migrateurs de s'orienter.

Plantules d'Arabidopsis thaliana âgées de 5 jours. Elles ont subi la même quantité de lumière mais avec des champs magnétiques différents. La plantule avec la plus petite tige (hypocotyle) est celle qui a reçu le plus fort champ magnétique.

Comme il n'était pas possible de vérifier cette hypothèse sur les oiseaux migrateurs, les chercheurs se sont penchés sur le comportement d'une plante de laboratoire aux propriétés physico-chimiques similaires : Arabidopsis thaliana. On sait en effet que les plantes montrent des changements de comportement en réponse à l'activation des cryptochromes par la lumière bleue : par exemple, l'inhibition de la pousse de l'hypocotyle (structure simple et précoce qui grandit essentiellement sans division cellulaire). Afin de déterminer si le champ magnétique peut influencer la fonction des cryptochromes, les chercheurs ont placé des plants d'Arabidopsis thaliana en présence de lumière bleue et d'un champ magnétique d'intensité variable. Leur étude montre qu'une augmentation de l'intensité du champ magnétique accroît le processus d'inhibition de pousse de l'hypocotyle seulement en présence de lumière bleue, c'est-à-dire lorsque les cryptochromes sont les photorécepteurs utilisés par la plante. Par contre, aucun effet inhibiteur n'est détecté en présence de lumière rouge, conditions dans lesquelles les plantes utilisent d'autres photorécepteurs : les phytochromes. De plus, des plantes mutantes dépourvues de cryptochromes sont insensibles aux variations du champ magnétique.

Ces travaux montrent donc pour la première fois que, chez les plantes, les fonctions des cryptochromes sont sensibles aux champs magnétiques et suggèrent que le mécanisme de perception du magnétisme chez les plantes et, par extension chez les oiseaux migrateurs utilise ces mêmes molécules photosensibles. Les cryptochromes étant des molécules hautement conservées au cours de l'évolution des espèces, on peut supposer que même s'ils n'en font pas usage, tous les organismes biologiques sont dotés d'un sixième sens : celui de percevoir les champs magnétiques.

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