Les plantes sont capables de ressentir le toucher et les scientifiques ont découvert comment elles réagissent 60 secondes après le toucher.
Une caresse sur une feuille active en moins d'une minute des signaux moléculaires pouvant modifier la croissance de la plante.
Une dizaine de passages avec une brosse douce suffisent. En moins d'une minute, à l'intérieur d'une petite usine de Arabidopsis thalianaune chaîne de protéines est activée. Si le contact se répète dans le temps, cette réponse peut également modifier la croissance de la plante.
Une équipe internationale dirigée par l'Université de Lund a reconstruit l'un des principaux mécanismes par lesquels les plantes réagissent au contact physique. L'étude publiée le Communications naturelles a identifié une chaîne de protéines appelées MAP kinases qui entrent en action dans un délai d'environ 60 secondes après le toucher et contribuent à modifier l'activité de nombreux gènes.
On savait déjà que le vent, la pluie, des blessures ou un animal touchant une feuille pouvaient provoquer une réaction chez les plantes. Depuis plus de 25 ans, on sait également que le contact active certaines MAP kinases, des protéines qui transmettent des signaux au sein des cellules. Il manquait cependant une étape importante : mieux comprendre comment ce premier stimulus est lié aux changements qui se produisent immédiatement après.
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Dix coups de pinceau et la plante commence à réagir
L'expérience est très simple. Les chercheurs ont utilisé des plants de Arabidopsis thaliana 12 jours et je les ai touchés une dizaine de fois avec une brosse douce. Mais pour la plante, ces coups de pinceau sont loin d’être inutiles. En une minute environ, MPK3 et MPK6, deux des protéines impliquées dans la chaîne découverte par les chercheurs, sont activées. Dans le même temps, de nombreuses autres protéines présentes dans les cellules commencent également à changer.
Après seulement une minute, les chercheurs ont identifié 160 points de protéines qui avaient déjà subi une modification chimique. Après trois minutes, ils étaient 321 et après dix minutes, 380. Sur l'ensemble de la période observée, les changements ont affecté 488 points. Deux protéines, appelées MKK4 et MKK5, semblent jouer un rôle particulièrement important. Lorsque les chercheurs ont modifié son fonctionnement, une partie importante de la réponse normale au toucher a été réduite.
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Après 22 minutes, l'activité de plus de deux mille gènes change
La réponse se poursuit également au niveau génétique. Vingt-deux minutes après le passage du pinceau, 2 032 gènes avaient modifié leur activité chez les plantes normales. En comparant ces résultats avec des expériences précédentes, l'équipe a ensuite identifié 1 168 gènes qui semblent faire partie de la réponse plus immédiate des plantes au contact.
Beaucoup dépendent précisément des protéines MKK4 et MKK5. Lorsque ceux-ci ne fonctionnaient pas normalement, 905 gènes réagissaient différemment des autres plantes. Pour 779 d’entre eux, l’activation était plus faible. Un mouvement remarquable pour quelque chose qui, vu de l’extérieur du vase, ressemble à un simple coup de pinceau. Le mécanisme identifié n’explique cependant pas toutes les réponses. Cela laisse au moins 215 gènes qui semblent réagir via d’autres voies encore à identifier.
Si le contact continue, la croissance change également
Les chercheurs ont ensuite voulu comprendre si cette réponse très rapide avait des conséquences visibles dans le temps. Pour ce faire, ils ont touché quelques plantes cultivées dans le sol deux fois par jour pendant 14 jours. Après deux semaines, la surface occupée par les feuilles avait été réduite d'environ 38 % chez les plantes normales par rapport aux plantes qui n'avaient pas été touchées.
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Dans les usines où la première partie de la chaîne de signalisation avait été altérée, la réduction s'est arrêtée à environ 20 %. Chez ceux présentant des problèmes de protéines MKK4 et MKK5, ce taux était d'environ 28 %. Des contacts répétés ont également eu des effets sur la floraison. Les plantes normales touchées quotidiennement ont commencé à fleurir environ trois jours plus tard. Dans certaines usines modifiées, le retard semblait moindre, mais la différence n'était pas suffisamment nette pour exclure la possibilité qu'elle soit due au hasard.
La capacité des plantes à modifier leur développement en réponse à des stimuli physiques est appelée thigmomorphogenèse. Dans la nature, les coups de pinceau sont remplacés par quelque chose de beaucoup plus courant : le vent, la pluie, les animaux, les insectes et tout autre contact susceptible de plier ou d'abîmer les tissus.
Le premier capteur tactile est toujours manquant
L’étude reconstitue donc une partie importante du mécanisme, mais le début de l’histoire manque toujours. Quelque chose doit d'abord détecter la pression sur la feuille et démarrer la chaîne de signaux. Les chercheurs émettent l’hypothèse que des protéines présentes sur la membrane cellulaire ou d’autres capteurs capables de réagir au stress physique pourraient être impliqués. On ne sait cependant pas encore exactement ce qu’est ce premier capteur.
L'étude a également analysé l'acide jasmonique, une hormone végétale impliquée dans les réponses aux blessures et à d'autres formes de stress. Dans les dix premières minutes suivant le contact, les plantes incapables de le produire ont montré une réponse protéique très similaire à celle des plantes normales. Cela signifie que la plupart des tout premiers signaux observés suivent au moins en partie un chemin différent.
L'Université de Lund, en présentant les résultats, nous rappelle également que nous sommes toujours dans le domaine de la recherche fondamentale. Les expériences ont été principalement menées sur Arabidopsis et dans des conditions contrôlées. Pour comprendre si ces connaissances peuvent également être utilisées en agriculture, des études spécifiques seront nécessaires sur les cultures et directement dans les champs. Pour l’instant, nous en savons un peu plus sur ce qui se passe lorsque l’on touche une feuille. Nous ne le remarquons presque pas. Au bout d'une minute, l'usine a déjà déclenché des centaines de signaux.
