Le mouvement des plantes fascine depuis longtemps de nombreux chercheurs. Les légumineuses sont un groupe de plantes réputées pour présenter divers mouvements de feuilles, y compris le « mouvement nyctinastique », dans lequel les feuilles s'ouvrent le jour et se ferment la nuit. Les mouvements similaires des plantes incluent les mouvements induits par la lumière bleue et sensibles au toucher, comme chez les plantes sensibles comme Mimosa pudica.
Le mouvement des structures foliaires est provoqué par des mouvements répétés et réversibles. extension et contraction de moteur cellules, qui sont les cellules d'une structure appelée pulvinus à la base des folioles et des pétioles. De telles extensions et contractions cellulaires répétitives et réversibles sont très rares dans les cellules végétales, qui sont entourées d'une enveloppe rigide. paroi cellulaire. De plus, on ne comprend pas bien comment les cellules motrices sont capables d’extensions et de contractions répétitives et réversibles.
Les parois cellulaires végétales sont composées d'un certain nombre de microfibrilles de cellulose qui rétrécissent ou se dilatent en réponse aux différences de concentration osmotique entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule. Cependant, l’ampleur des changements pouvant être induits par l’anisotropie dans la disposition des microfibrilles de cellulose ne peut pas expliquer la gamme complète de mouvement du pulvin.
Une équipe de recherche dirigée par Miyuki Nakata et Taku Demura de l'Institut des sciences et technologies de Nara (NAIST) a examiné les coupes transversales de cellules motrices pulvinaires de Desmodium paniculatum en utilisant la microscopie confocale au laser pour étudier le mécanisme d'extension et de contraction cellulaires répétitives et réversibles. Ils ont identifié des « fentes » circonférentielles uniques dans la paroi cellulaire des cellules motrices qui contenaient moins de cellulose. Les structures ont été conservées dans deux sous-familles de légumineuses, dont le soja, le kudzu et les plantes sensibles.
Lors du transfert de tranches de tissu provenant de cellules motrices corticales de légumineuses vers des solutions d'osmolarité différente, les fentes pulvinaires ont augmenté en largeur, indiquant un mécanisme par lequel parois cellulaires végétales pourrait fléchir en réponse à des solutions d’osmolarité différente.
Grâce à une combinaison d'analyses détaillées de la paroi cellulaire, simulations informatiques, et des observations de fentes pulvinaires dans des cellules en cours d'extension et de contraction, les fentes pulvinaires ont été déterminées comme étant des structures mécaniquement flexibles qui s'ouvrent et se ferment pendant l'extension et la contraction cellulaire.
"La modélisation informatique suggère que les fentes pulvinaires facilitent l'extension anisotrope dans la direction perpendiculaire aux fentes en présence d'une pression de turgescence", explique Miyuki Nakata. Les chercheurs ont comparé cette action aux coupes droites ou aux fentes utilisées dans le kirigami, un artisanat japonais en papier, pour améliorer l'extensibilité de la feuille de papier.
Ainsi, l’équipe de recherche a proposé que ces fentes pulvinaires uniques soient des structures qui agissent pour permettre plus de mouvement des cellules motrices corticales que ne le permettraient autrement les microfibrilles de cellulose typiques de la paroi cellulaire.
"Nous émettons l'hypothèse que les fentes pulvinaires jouent un rôle dans le mouvement dynamique des feuilles par le biais d'une déformation répétitive et réversible des cellules motrices corticales, de concert avec d'autres facteurs, notamment l'orientation de la cellulose, la composition riche en pectine de la paroi cellulaire, la géométrie des cellules motrices corticales et le cytosquelette d'actine», déclare Miyuki Nakata.
L'étude est publiée dans la revue Physiologie végétale.