Projet ANR-13-BSV5-0005 – GRAP2 : Perception de la gravité chez les plantes: de la cellule à la réponse biomécanique.
Programme : Blanc - SVSE 5 - Physique, chimie du vivant et innovations biotechnologiques (Blanc SVSE 5) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Olivier POULIQUEN (Centre National de la Recherche Scientifique Délégation Provence et Corse _ laboratoire IUSTI UMR7343)
Partenaires : Institut Universitaire des Systèmes Thermiques Industriels; Laboratoire de Physique et Physiologie Intégratives de l'Arbre Fruitier et Forestier
Montant : 369234.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : La sensibilité des plantes à la gravité (gravitropisme) joue un rôle essentiel dans le développement et l’adaptation des végétaux à des changements environnementaux, du contrôle de la direction de germination au maintien de la posture finale. Une étape essentielle de cette sensibilité se situe dans des cellules perceptives (les statocytes) qui contiennent des petits grains d’amidon (les statolithes),  Les grains étant plus denses que le fluide intracellulaire, ils sédimentent indiquant la direction de la gravité. Malgré de nombreuses études sur le sujet, les mécanismes à l'œuvre dans les statocytes et le lien avec le redressement de la plante à l'échelle macroscopique sont encore mal compris. Notre projet à la frontière de la biologie, de la mécanique et de la physique vise à étudier la réponse gravitropique aux deux échelles, l'échelle de la plante et l'échelle cellulaire.
Le premier volet concerne le redressement macroscopique de la plante et repose sur un dispositif de phénotypage quantitatif original appelé gravitron  (mis au point lors d’un projet CNRS "Interface physique, biologie et chimie : soutien à la prise de risque)". Ce dispositif basé sur une table tournante permet d’avoir une variation continue de l’accélération  sur un grand nombre de plantes en combinant inclinaison et centrifugation. 
Le dispositif permet d’obtenir la fonction réponse des plantes sur une large gamme d'angles d'inclinaison et d’intensité de gravité. Des résultats préliminaires importants ont été obtenus montrant que la réponse des plantes est indépendante de l'intensité de la pesanteur et semble ne dépendre que de l’inclinaison. Cette observation préliminaire d’un gravitropisme indépendant de la gravité doit être confirmée sur différentes espèces et doit être étudiée plus en détails en mesurant la réponse à des stimuli transitoires et l'influence de drogues agissant sur le cytosquelette.
La deuxième étape du projet se concentre sur le niveau cellulaire, en particulier sur le mouvement des statolithes lorsque la cellule est inclinée. Ce mouvement est loin d'être une simple sédimentation et implique une activité du cytosquelette. Notre but est d’analyser les mouvements  à l’aide  d’outils de la physique des suspensions granulaires et des gels actifs. La force de notre projet repose sur la possibilité d'observer le mouvement des statolithes sur les mêmes espèces et en utilisant les mêmes stimuli et les mêmes traitements que ceux étudiés à l'échelle macroscopique sur la gravitron. Notre observation récente que l'intensité de la pesanteur ne joue pas de rôle dans la réponse macroscopique suggère que la position des statolithes est le paramètre pertinent détecté au niveau cellulaire, plutôt que la pression qu'ils exercent sur la membrane, ou leur mouvement comme suggéré par certains auteurs. Notre objectif est de tester cette hypothèse en réalisant une étude précise et systématique  au niveau cellulaire.
La dernière étape est de relier le mouvement microscopique des statolithes à la réponse macroscopique des plantes dans un modèle théorique. Une approche simple sera d'abord développée sur la base de la description de la sédimentation des statolithes couplée à des modèles de poutres actives. Un modèle plus intégratif prenant en compte la structure de la plante entière et  la mécanique des tissus en croissance sera développé dans un second temps.
L'originalité de notre approche repose sur l'aspect interdisciplinaire du projet et sur l'apport de notre formation de physicien-mécanicien. L'utilisation de nombre sans dimension pour caractériser le gravitropisme, l'étude du mouvement des statolithes en termes de mouvement aléatoire d'un milieux granulaire dans un gel actif, le développement d'un modèle intégrant des éléments de rhéologie et de mécanique de croissance sont à notre connaissance des approches nouvelles dans le domaine.