# Les plantes sont-elles sensibles ? Paris, 2020

Catherine Lenne

► To cite this version:

Catherine Lenne. Les plantes sont-elles sensibles ? Paris, 2020. Conférence - Cycle L'intelligence des plantes, Bibliothèque Publique d'Informations - Centre Pompidou, Sep 2020, Paris, France. hal-04855155

HAL Id: hal-04855155

https://uca.hal.science/hal-04855155v1

Submitted on 24 Dec 2024

HAL is a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of sci-
entific research documents, whether they are pub-
lished or not. The documents may come from
teaching and research institutions in France or
abroad, or from public or private research centers.

L'archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
destinée au dépôt et à la diffusion de documents
scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,
émanant des établissements d'enseignement et de
recherche français ou étrangers, des laboratoires
publics ou privés.

<figure><img src="image_1.png" /></figure>

Distributed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License
# Les plantes sont-elles sensibles ?

## Catherine LENNE

Enseignante-chercheuse - Université Clermont Auvergne

Laboratoire de Physique et Physiologie Intégratives de l'Arbre en environnement Fluctuant

Directrice de la Maison pour la science en Auvergne

INRAE

Auvergne
Rhône-Alpes

U.M.R. PIAF

<figure><img src="image_2.png" /></figure>

UNIVERSITÉ
Clermont
Auvergne

Maison pour la
science

La main à la pâte

en
AUVERGNE
# La SENSIBILITÉ en Biologie ?

« La capacité des êtres vivants à <u>percevoir</u> des stimuli à travers les sens »

Ex : chez l'homme, la vue ou l'ouïe

<figure><img src="image_3.png" /></figure>

Qui dit « SENSIBILITÉ » dit « SENS »

« SENS » = <u>organes de la perception</u>

chez l'animal, qui le renseignent sur

le monde = <u>VIE DE RELATION</u>

## Chez les plantes ?
# Les plantes sont-elles sensibles au toucher ?

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>*Mimosa pudica*, la sensitive</figcaption></figure>

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>La dionée</figcaption></figure>

## SENSIBILITÉ

PERCEPTION

RÉPONSE

*Le toucher de la foliole*

*Le toucher de poils sensibles*

*Un mouvement*

*par variation rapide de pressions*
# Les plantes sont-elles sensibles au toucher ?

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Le chèvrefeuille</figcaption></figure>

<table><thead><tr><th>SENSIBILITÉ</th></tr></thead><tbody><tr><td>PERCEPTION</td><td>RÉPONSE</td></tr></tbody></table>

Le toucher d'un support

Un mouvement par croissance différentielle
# TOUTES les plantes sont-elles sensibles au toucher ?

<figure><img src="image_7.png" /></figure>

Arabidopsis thaliana
l'arabette des dames

touchées 2x / j

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Bruno Moulia</figcaption></figure>

<figure><img src="image_9.png" /></figure>

Medicago sativa
la luzerne

grillage

VENT

## Réponse au toucher/vent
# THIGMOMORPHOGENÈSE

Croissance en **hauteur**

<figure><img src="image_10.png" /></figure>

Ancrage **racinaire**

<figure><img src="image_11.png" /></figure>

Croissance en **épaisseur**

<figure><img src="image_12.png" /></figure>

<figure><img src="image_13.png" /></figure>

Juglans sp.
le noyer

tubex

VENT

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Roignant et al, 2018, Annals of Botany</figcaption></figure>

<figure><img src="image_15.png" /></figure>

<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Jeanne
Roignant</figcaption></figure>
TOUTES les plantes sont sensibles au toucher !

<figure><img src="image_17.png" /></figure>

<figure><img src="image_18.png" /></figure>

<figure><img src="image_19.png" /></figure>

Modification de la croissance
**THIGMOMORPHOGENÈSE**

Croissance en **hauteur**

<figure><img src="image_20.png" /></figure>

Ancrage **racinaire**

<figure><img src="image_21.png" /></figure>

Croissance en **épaisseur**

<figure><img src="image_22.png" /></figure>

SENSIBILITÉ

PERCEPTION

RÉPONSE

La flexion du vent
Le toucher

La thigmomorphogenèse
# La mécanoperception ou le sens mécanique chez les arbres

<figure><img src="image_23.png" /></figure>

INRAO

Auvergne
Rhône-Alpes

U.M.R. PIAF

<figure><img src="image_24.png" /></figure>

UNIVERSITÉ
Clermont
Auvergne

équipe MECA du PIAF
# Quelles contraintes mécaniques pour un arbre debout ?

## 1/ LE VENT

<figure><img src="image_25.png" /></figure>

<figure><img src="image_26.png" /></figure>

Le chêne et le roseau
Jean de la Fontaine, 1668

<figure><img src="image_27.png" /><figcaption>Le chêne</figcaption></figure>

<figure><img src="image_28.png" /></figure>

Tronc =
bras de levier

Risque de
rupture
= **RÉSISTANCE**

<figure><img src="image_29.png" /></figure>

Faible force appliquée,
mouvement de grande
amplitude.

Grande force résultante,
mouvement de faible amplitude.
<figure><img src="image_30.png" /></figure>

# 1/ Les arbres face au vent : la RÉSISTANCE

INRAE
Auvergne
Rhône-Alpes
U.M.R. PIAF

UNIVERSITÉ
Clermont
Auvergne

* Modification de la croissance : la THIGMOMORPHOGENÈSE

<figure><img src="image_31.png" /></figure>

Juglans sp.
le noyer

Croissance en **hauteur**

<figure><img src="image_32.png" /></figure>

Ancrage **racinaire**

<figure><img src="image_33.png" /></figure>

Croissance en **épaisseur**

<figure><img src="image_34.png" /></figure>

<figure><img src="image_35.png" /></figure>

<figure><img src="image_36.png" /></figure>

Jeanne
Roignant

Roignant et al, 2018,
Annals of Botany

<figure><img src="image_37.png" /><figcaption>Jeanne
Roignant</figcaption></figure>

Plante plus trapue,
au bois adapté,
se stabilisant plus vite
= **plus résistante** au vent
<figure><img src="image_38.png" /></figure>

# La thimomorphogenèse en milieu naturel ?

<figure><img src="image_39.png" /></figure>

Bonnesesoeur *et al*, 2016
New Phytologist

<figure><img src="image_40.png" /></figure>

Croissance en diamètre (bois) plus forte quand l'arbre se mesure au vent

**C'est le vent qui fait le bois !**
<figure><img src="image_41.png" /></figure>

# Qu'est-ce qui est perçu ?

* Perception de la **déformation mécanique des cellules**

* Un mécanisme analogue au nôtre, hérité des **bactéries**

* Une **extrême sensibilité**

Peuplier :

2663 gènes régulés suite à
une flexion transitoire de
la tige

Pomies et al, 2017, BMC Genomics

Entre 30min et 72h après
la flexion

<figure><img src="image_42.png" /><figcaption>Ex du gène Pta-ZFP2</figcaption></figure>

<figure><img src="image_43.png" /></figure>

Martin et al, 2010, J. Exp. Bot

<figure><img src="image_44.png" /></figure>

B. Niez, 2019

<figure><img src="image_45.png" /></figure>
<figure><img src="image_46.png" /></figure>

# Qu'est-ce qui est perçu ?

<figure><img src="image_47.png" /></figure>

* Comportement face aux répétitions des flexions ?

Gène cible (Pta-ZFP2) :
**après deux flexions**
successives de la tige

Martin et al, 2010, J. Exp. Bot

PtaZFP2 relative
transcripts abundance

<figure><img src="image_48.png" /></figure>

10 jours

Mélanie
Decourteix

<figure><img src="image_49.png" /></figure>

<figure><img src="image_50.png" /></figure>

Nathalie
Leblanc-Fournier

## ACCOMMODATION sensorielle

= Modification de la sensibilité
à la déformation

<figure><img src="image_51.png" /></figure>

Spectre des vents

* **<u>Intérêt écologique</u> ?**

ne pas « sur-répondre » aux vents thermiques
journaliers de fréquence élevée = <u>FILTRE</u>
# Quelles contraintes mécaniques pour un arbre debout ?

<figure><img src="image_52.png" /></figure>

mélezes

<figure><img src="image_53.png" /></figure>

peuplier

## 2/ SE REDRESSER VERS LE HAUT

SE REDRESSER en
cas d'inclinaison

= **RÉSILIENCE**

<figure><img src="image_54.png" /></figure>

<figure><img src="image_55.png" /></figure>
<figure><img src="image_56.png" /></figure>

## 2/ Les arbres face à l'inclinaison : la RÉSILIENCE

<figure><img src="image_57.png" /></figure>

<figure><img src="image_58.png" /></figure>

Mouvement par
croissance différentielle

PERCEPTION

RÉPONSE

Inclinaison

Mouvement de
redressement vers le haut

SENSIBILITÉ

SENSORI-MOTRICITÉ
<figure><img src="image_59.png" /></figure>

## 2/ Les arbres face à l'inclinaison : la RÉSILIENCE

<figure><img src="image_60.png" /></figure>

Abies grandis
Le sapin
<figure><img src="image_61.png" /></figure>

### Angiospermes

Bois de tension

<figure><img src="image_62.png" /></figure>

### FEUILLUS

<figure><img src="image_63.png" /></figure>

BOIS =
MUSCLES !

BOIS DE TENSION
= HAUBANS

### Conifères

<figure><img src="image_64.png" /></figure>

Bois de compression

<figure><img src="image_65.png" /></figure>

### CONIFÈRES

<figure><img src="image_66.png" /></figure>

BOIS DE
COMPRESSION
= VERRIN

2016
<figure><img src="image_67.png" /></figure>

<figure><img src="image_68.png" /></figure>

<figure><img src="image_69.png" /></figure>

<figure><img src="image_70.png" /></figure>

L'arbre incliné se **contorsionne !**
Il se **courbe** et se **décourbe**

### RECTIFICATION

### REDRESSEMENT

Courbure

<figure><img src="image_71.png" /></figure>

## SENSIBILITÉ

PERCEPTION

RÉPONSE

Perte de verticalité

Mouvement de redressement
<figure><img src="image_72.png" /></figure>

Que perçoit l'arbre incliné ?

*La lumière du soleil (haut) ?*

1. En lumière « isotrope »

<figure><img src="image_73.png" /></figure>

<figure><img src="image_74.png" /></figure>

<figure><img src="image_75.png" /></figure>
<figure><img src="image_76.png" /></figure>

### Que perçoit l'arbre incliné ?

#### Et nous ?

**Vestibule :**

- Des « petits cailloux » (**otolithes**), endolymphe

- Des cellules ciliées sensibles

- Des influx nerveux vers le cerveau

### La gravité terrestre (haut)

### GRAVIPERCEPTION

<figure><img src="image_77.png" /></figure>

<figure><img src="image_78.png" /></figure>
<figure><img src="image_79.png" /></figure>

### Que perçoit l'arbre incliné ?

### 2. La gravité terrestre (haut) ?

<figure><img src="image_80.png" /></figure>

<figure><img src="image_81.png" /></figure>

statolithes

<figure><img src="image_82.png" /></figure>

<figure><img src="image_83.png" /></figure>

Chauvet et al, 2016, Nature

Des STATOCYTES contenant des STATOLITHES
<figure><img src="image_84.png" /></figure>

# Que perçoit l'arbre incliné ?

## Test du facteur « gravité » : expériences de clinostat

<figure><img src="image_85.png" /></figure>

<figure><img src="image_86.png" /></figure>

## En microgravité : pas de redressement

Des STATOCYTES contenant des **STATOLITHES**
= des « mini-niveaux à bulles » ...

### GRAVIPERCEPTION

Mesure précise de l'angle d'inclinaison A

<figure><img src="image_87.png" /></figure>
<figure><img src="image_88.png" /></figure>

# Modélisation 1 : redressement par GRAVIPERCEPTION

## Passer par un modèle mathématique

$$ \frac{\partial C(s, t)}{\partial t} = -\beta A(s, t) $$

<figure><img src="image_89.png" /></figure>

<figure><img src="image_90.png" /></figure>

Bastien et al, 2013, PNAS

<figure><img src="image_91.png" /></figure>

<figure><img src="image_92.png" /></figure>

Graviperception seule
INSUFFISANTE !
<figure><img src="image_93.png" /></figure>

Que manque-t-il ?

<figure><img src="image_94.png" /></figure>

<figure><img src="image_95.png" /></figure>

Et nous ?

GRAVIPERCEPTION

+

PROPRIOCEPTION

- Des récepteurs mécaniques

- Des voies et centres nerveux impliqués
dans la somesthésie

= perception de soi-même,
de sa forme propre
<figure><img src="image_96.png" /></figure>

<figure><img src="image_97.png" /></figure>

## Modélisation 2 :
**GRAVIPERCEPTION + PERCEPTION DES DÉFORMATIONS**

$$ \frac{\partial C(s, t)}{\partial t} = -\beta A(s, t) - \gamma C(s, t) $$

<figure><img src="image_98.png" /><figcaption>Bastien et al, 2013, PNAS</figcaption></figure>

<figure><img src="image_99.png" /></figure>

La plante perçoit :

- Son inclinaison = **REDRESSEMENT**

- Ses courbures (déformations) = **RECTIFICATION**

GRAVIPERCEPTION
+
PROPRIOCEPTION

<figure><img src="image_100.png" /></figure>
<figure><img src="image_101.png" /></figure>

# Preuve expérimentale de la PROPRIOCEPTION ?

Le gravitron

pour « enlever »
la graviperception
.et la lumière)

<figure><img src="image_102.png" /></figure>

Chauvet et al, 2016, Nature

<figure><img src="image_103.png" /></figure>

En absence de graviperception (et de lumière) :

La plante se rectifie :
elle « s'aligne » sur elle-même

A bientôt pour en savoir plus ...

La plante se « perçoit-elle » elle-même ?
# La mécanoperception ou le sens mécanique chez les arbres

<figure><img src="image_104.png" /></figure>

INRAO

Auvergne
Rhône-Alpes

U.M.R. PIAF

<figure><img src="image_105.png" /></figure>

UNIVERSITÉ
Clermont
Auvergne

## équipe MECA du PIAF