Le besoin nutritif des plantes et leur développement (1/2)

Toute plante a son architecture propre, de la pointe des racines à celle des feuilles. Comment les racines perçoivent-elles la présence des sels minéraux nutritifs et comment réagissent-elle à leur carence ? Comment le sommet de la tige choisit-il d’initier un rameau, une feuille ou une fleur ? Les intervenants de cette séance (retransmise en deux parties) vous apportent des éléments de réponse.

_ Grâce aux plantes modèles -maïs, pois ou arabette des dames- les
chercheurs ont ouvert une fenêtre sur les stratégies d’adaptation des plantes et nous livrent quelques clefs au cours de cette séance conjointe Académie des sciences / Académie d'agriculture, du 24 mars 2009.

Dans cette première partie de retransmission de séance, écoutez l'Académicien des sciences Michel Caboche, Laurent Nussaume et Jan Traas.
Dans la deuxième partie, retrouvez Christian Dumas de l'Académie des sciences, Patrick Laufs, et Catherine Rameau

Les plantes, comme les animaux, ont leurs hormones de développement. À côté des hormones principales de la « dominance apicale », comme l’auxine, une famille d’hormones, probablement très
ancienne, les strigolactones, n’en finit pas de dévoiler ses potentialités.
Dernière découverte en date : elles sont le messager de l’auxine pour empêcher la ramification des tiges aériennes ; auxine que l’on trouve également impliquée dans la diversité de forme des feuilles découpées en folioles, dites « composées ». Feuille simple ou composée, limbe à bord denté ou à bord lisse, les chercheurs commencent à décrypter le déterminisme génétique de cette riche palette.

Du phosphate pour nourrir vos plantes

Laurent Nussaume (Directeur du Laboratoire de biologie du développement des plantes - UMR 6191 CNRS/ CEA Cadarache/Université Aix-Marseille) s'intéresse à la réponse de la plante à la carence en phosphate du sol.
Cet anion constitue en effet un élément nutritif majeur qui module très fortement l’architecture de la plante. Des approches de génétique ont permis de modifier notre vision des processus mis en jeu. Les baisses de croissance observées ne sont pas des conséquences directes de carences métaboliques mais résultent de cascades de transduction complexes.

Les mécanismes de perception mis en jeu demeurent encore aujourd’hui presque totalement inconnus. On suspecte la présence de voies de perception et de transduction redondantes. Ceci expliquerait l’échec de la majorité des approches génétiques utilisées jusqu’ici pour tenter de les identifier, les mutations se trouvant compensées par des protéines de fonction homologue. Pour contourner cet obstacle nous avons utilisé la génétique chimique. Cette approche consiste à cribler des milliers de composants pour identifier des inhibiteurs des voies de perception du phosphate. Ces derniers possèdent, en théorie, la capacité de bloquer une famille de protéines homologues et donc de contourner les problèmes liés à la redondance fonctionnelle. Cette expérience, couronnée de succès a permis d’identifier diverses molécules permettant de supprimer ou de mimer la carence en phosphate chez la plante modèle Arabidopsis thaliana.

Le développement du méristème végétatif caulinaire, ou développement des tiges d'une plante

Le mot méristème provient du grec meristos (qui signifie division). Dans les années 1750 où se situe un renouveau pour la connaissance du végétal et la formation de la botanique, les naturalistes s'intéresse à l'extrémité de la tige, partie où s'effectue le développement. C'est en effet une caractéristique du végétal que de croître par ses extrémités.

C'est ce à quoi s'intéresse Jan Traas, (Directeur du Laboratoire de Reproduction et Développement des Plantes INRA/CNRS/UCBL/ENS-Lyon).

L’organogenèse continue chez les plantes supérieures est assurée par des groupes de cellules non différenciées appelés méristèmes, mis en place durant l’embryogenèse. Au moins une partie des cellules méristèmatiques peuvent être considérées comme l’équivalent des cellules souches animales, puisqu’elles sont capables de générer à la fois des cellules identiques à elles-mêmes et des cellules destinées à se différencier. Dans cet exposé, Jan Traas s'intéresse principalement au méristème apical caulinaire, qui génère toutes les parties aériennes de la plante. Des approches génétiques, menées principalement chez
quelques espèces modèles, Arabidopsis thaliana, Antirrhinum majuset (gueule de loup) et Zea mays (maïs), ont révélé une partie des mécanismes moléculaires qui sous-tendent l’organisation des méristèmes. Associées aux approches biochimiques et cellulaires, ces données ont fourni une solide base à la compréhension de l’intégration des processus cellulaires au sein du méristème. Ainsi, plusieurs régulateurs ont été identifiés : ceux qui déterminent l’identité des organes produits, ceux qui définissent les frontières entre les organes et ceux qui contrôlent leurs initiation et croissance.

Comme chez les animaux, les analyses ont révélé l’importance des facteurs de transcription et des réseaux de signalisation qui intègrent les différents comportements cellulaires dans des domaines distincts du méristème apical et qui assurent leur fonctionnement coordonné.
Actuellement, nos connaissances concernant ce méristème sont si complexes que des approches de modélisation sont devenues indispensables afin de comprendre les mécanismes qui sont en jeu. Ainsi, des collaborations entre biologistes et informaticiens ont permis, par exemple, de mieux comprendre comment les cellules interagissent pour initier des fleurs et des feuilles.

Un grand nombre de lignées transgéniques exprimant des marqueurs, permettent une analyse fine in vivo. Les deux images montrent des méristèmes d'inflorescence vivants, visualisés au microscope confocal. Les cellules sont colorées en orange/rouge. Sur l'image à gauche, des cellules en phase mitotique expriment un marqueur fluorescent jaune. A droite, les cellules expriment un marqueur de la frontière entre le méristème propre et les jeunes boutons floraux

En savoir plus :

Programme et résumé des communications sur Le développement végétatif des plantes. Séance du 24 mars Académie des sciences / Académie d’agriculture de France

Consulter le site de l'Académie d'agriculture : http://www.academie-agriculture.fr/

- Écoutez la deuxième partie de la séance : Les plantes ont leurs hormones (2/2)

- Michel Caboche, membre de l'Académie des sciences
- Michel Caboche sur Canal Académie