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Cellules souches « dépourvues d’élasticité »
L’aspect et la forme du corps des animaux sont en grande partie déjà définis au niveau de l’embryon. Au contraire, les plantes sont capables, tout au long de leur vie, de former de nouveaux organes. Elles contrôlent leur croissance et leur organogenèse à la pointe de leurs pousses. Les aspects génétiques propres à ce processus sont déjà bien connus. Au contraire, l’influence des propriétés mécaniques des cellules sur la formation de formes complexes, telles les feuilles, est un sujet d’étude actuel.
Afin de mesurer ces propriétés mécaniques, les scientifiques ont plongé des pousses dans des solutions plus ou moins concentrées en sucre et en sel. Ces conditions ont provoqué le gonflement ou le rétrécissement des cellules des pousses, tel un ballon qu’on gonfle ou qu’on vide de son air. Les changements au niveau de la taille de cellules individuelles ont été enregistrés par un software spécialement développé dans ce but. Les résultats obtenus ont permis de fournir des données détaillées sur l’élasticité et le taux de croissance des diverses régions constituant les pousses. Les chercheurs ont pu observer que les cellules réagissent différemment au changement de pression selon la région dans laquelle elles se trouvent. Les cellules souches se situant à la pointe de la pousse ne s’élargissent presque pas en réponse à une augmentation de la pression cellulaire, alors que les cellules situées en périphérie présentent une élasticité accrue. Ce phénomène pourrait être la raison pour laquelle les cellules souches situées à la pointe de la pousse ne peuvent se différencier, les feuilles naissant donc toujours à une certaine distance de la pointe. La naissance d’une nouvelle feuille nécessite donc que les cellules concernées croissent plus vite que leur environnement direct afin de produire un renflement du reste de la pousse. Ceci n’est possible que si leur paroi cellulaire présente une certaine capacité à se déformer.
Ce projet est un exemple type de la biologie des systèmes car divers domaines scientifiques – biologie, mathématiques, informatique et physique – ont travaillé ensemble pour réaliser ce projet.
Prof. Dr. Richard Smith possède un Bachelor en mathématiques et en informatique (Regina, Canada) ainsi qu’un titre de Docteur en informatique (Calgary, Canada). Son groupe de recherche se compose de mathématiciens, d’informaticiens et de physiciens travaillant à l’Institute of Plant Sciences de l’Université de Berne, en étroite collaboration avec des biologistes. Le début de ce travail a été financé par SystemX.ch. Les recherches informatiques sur la croissance des plantes se poursuivent.