Les plantes ont colonisé la grande majorité de la surface de la Terre. Alors, quelle est la clé de leur succès ?
Les gens considèrent souvent les plantes comme des formes de vie simples et insensées. Ils vivent peut-être enracinés au même endroit, mais plus les scientifiques en apprennent sur les plantes, plus il est complexe et réactif nous réalisons qu'ils le sont. Ils savent parfaitement s'adapter aux conditions locales. Les plantes sont des spécialistes qui tirent le meilleur parti de ce qui se trouve à proximité de l'endroit où elles germent.
Cependant, apprendre les subtilités de la vie végétale ne se limite pas à inspirer l’émerveillement des gens. Étudier les plantes, c'est aussi s'assurer nous pouvons encore faire pousser des cultures à l'avenir, car le changement climatique rend nos conditions météorologiques de plus en plus extrêmes.
Les signaux environnementaux façonnent la croissance et le développement des plantes. Par exemple, de nombreuses plantes utilisent la durée de la journée comme signal pour déclencher la floraison. La moitié cachée des plantes, les racines, utilise également les signes de leur environnement pour garantir que leur forme est optimisée pour rechercher de l'eau et des nutriments.
Les racines protègent leurs plantes des stress comme la sécheresse en adaptant leur forme (ramification pour augmenter leur superficie, par exemple) pour trouver plus d'eau. Mais jusqu'à récemment, nous ne comprenions pas comment les racines détectent la présence d'eau dans le sol environnant.
L'eau est la molécule la plus importante sur Terre. Trop ou pas assez peut détruire un écosystème. L’impact dévastateur du changement climatique (comme on l’a vu récemment en Europe et en Afrique de l’Est) rend les inondations et les sécheresses sont plus fréquentes. Depuis le changement climatique is créer des schémas de précipitations de plus en plus erratique, apprenant comment les plantes réagissent pénurie d'eau est vital pour rendre les cultures plus résilientes.
Notre équipe de spécialistes des plantes, des sols et des mathématiciens récemment découvert how racines des plantes adapter leur forme pour maximiser l’absorption d’eau. Les racines se ramifient normalement horizontalement. Mais ils interrompent leur ramification lorsqu’ils perdent le contact avec l’eau (par exemple en poussant dans un espace rempli d’air dans le sol) et les racines ne reprennent leur ramification qu’une fois qu’elles se reconnectent au sol humide.
Notre équipe a découvert que les plantes utilisent un système appelé hydrosignalisation gérer où les racines se ramifient en réponse à Disponibilité de l'eau dans le sol.
L'hydrosignalisation est la façon dont les plantes détectent où se trouve l'eau, non pas en mesurant directement les niveaux d'humidité, mais en détectant d'autres molécules solubles qui se déplacent avec l'eau dans les plantes. Ceci n'est possible que parce que (contrairement cellules animales) les cellules végétales sont connectées les unes aux autres par de petits pores.
Ces pores permettent à l'eau et aux petites molécules solubles (y compris les hormones) de se déplacer ensemble entre racine cellules et tissus. Lorsque l’eau est absorbée par la racine de la plante, elle traverse les cellules épidermiques les plus externes.
Les cellules externes des racines contiennent également un hormone qui favorise la ramification appelée auxine. L'absorption d'eau déclenche la ramification en mobilisant l'auxine vers l'intérieur des tissus racinaires internes. Lorsque l’eau n’est plus disponible à l’extérieur, par exemple lorsqu’une racine pousse dans un espace rempli d’air, la pointe de la racine a encore besoin d’eau pour pousser.
Ainsi, lorsque les racines ne peuvent pas absorber l’eau du sol, elles doivent compter sur l’eau provenant de leurs propres veines situées au plus profond de la racine. Cela change la direction du mouvement de l’eau, la faisant désormais se déplacer vers l’extérieur, ce qui perturbe le flux de l’hormone de ramification, l’auxine.
La plante fait également un hormone anti-ramification appelée ABA dans les veines de ses racines. L'ABA se déplace également avec le flux d'eau, dans la direction opposée à l'auxine. Ainsi, lorsque les racines puisent l'eau des veines des plantes, elles attirent également vers elles l'hormone anti-ramification.
L’ABA arrête la ramification des racines en fermant tous les petits pores qui relient les cellules des racines, un peu comme les portes blindées d’un navire. Cela isole les cellules racinaires les unes des autres et empêche l’auxine de se déplacer librement avec l’eau, bloquant ainsi la ramification des racines. Ce système simple permet aux racines des plantes d’adapter leur forme aux conditions locales de l’eau. C'est appelé xérobranchement (prononcé zérobranchement).
Notre étude a également révélé que les racines d'une plante utilisent un système similaire à celui de ses pousses pour réduire la perte d'eau. Les feuilles arrêtent la perte d'eau en cas de sécheresse en fermant les micropores appelés stomates à leur surface. La fermeture des stomates est également déclenchée par l’hormone ABA. De même, dans les racines, l'ABA réduit la perte d'eau en fermant les nanopores appelés plasmodesmes qui relient chaque cellule racinaire entre elles.
Les racines de tomate, de cresson, de maïs, de blé et d’orge réagissent toutes de cette manière à l’humidité, même si elles évoluent dans des sols et des climats différents. Par exemple, les tomates sont originaires d'un désert sud-américain, tandis que cresson alénois vient des régions tempérées d’Asie centrale. Cela suggère que le xérobranchement est un trait commun chez les plantes à fleurs, qui sont plus de 200 millions d'années plus jeunes que les plantes non fleuries telles que les fougères.
Les racines des fougères, une espèce de plante terrestre à évolution précoce, ne réagissent pas à l'eau de cette manière. Leurs racines poussent de manière plus uniforme. Cela suggère que les espèces à fleurs s'adaptent mieux à d'eau stress que les plantes terrestres plus anciennes telles que les fougères.
Les plantes à fleurs peuvent coloniser un plus large éventail d’écosystèmes et d’environnements que les espèces non fleuries. Compte tenu des changements rapides dans les régimes de précipitations à travers le monde, la capacité des plantes Il est plus important que jamais de détecter et de s’adapter à un large éventail de conditions d’humidité du sol.