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Un groupe de recherche de l'Université de Berne étudie la manière dont les plantes "respirent". Ils ont désormais pu acquérir de nouvelles connaissances sur la manière dont les graminées développent des "pores respiratoires" efficaces sur leurs feuilles. Si des composants importants manquent dans ce processus de développement, l'échange de gaz entre la plante et l'atmosphère est entravé. Ces connaissances sont également importantes dans la perspective du changement climatique.
Les graminées disposent de "pores respiratoires" (appelés stomates) qui s'ouvrent et se ferment pour réguler d'une part l'absorption de dioxyde de carbone pour la photosynthèse et d'autre part la perte d'eau par transpiration. Contrairement aux stomates des autres plantes, ces stomates des graminées forment des "cellules auxiliaires" latérales. Grâce à ces cellules, les stomates des graminées peuvent s'ouvrir et se fermer plus rapidement, ce qui optimise l'efficacité de l'utilisation de l'eau et permet donc de l'économiser.
Pour l'étude actuelle, le professeur Michael Raissig, le docteur Heike Lindner et la co-auteure Roxane Spiegelhalder de l'Institut des sciences végétales (IPS) de l'Université de Berne ont étudié le développement des cellules auxiliaires chez l'herbe Brachypodium distachyon . Ils ont ainsi découvert deux protéines qui s'accumulent sur les côtés opposés d'une cellule et qui, comme une boussole, assurent le développement correct des cellules auxiliaires chez les graminées. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue spécialisée eLife.
Les cellules auxiliaires sont formées par une division cellulaire inégale et asymétrique. Une cellule se divise alors en une petite cellule, la cellule auxiliaire, et une cellule voisine plus grande. Pour que cette division se fasse dans la bonne proportion et dans la bonne orientation, la cellule a besoin de points d'orientation. Ces points de repère sont donnés par des protéines dites de polarité, qui s'accumulent sur les côtés opposés de la cellule et peuvent ainsi définir par exemple la gauche et la droite ou le haut et le bas. Dans cette étude, les chercheurs bernois ont découvert deux protéines de polarité qui s'accumulent sur deux côtés opposés. "Ces deux protéines agissent en quelque sorte comme une boussole cellulaire et contrôlent l'orientation de la division cellulaire et le développement des cellules auxiliaires. Nous avons constaté que les cellules auxiliaires ne se forment pas correctement si l'une de ces protéines fait défaut. Cela a une influence négative sur l'échange de gaz efficace et économe en eau", explique Michael Raissig, chef de projet.
"Je suis toujours fasciné par le fait que l'absence de boussole cellulaire dans un seul type de cellule peut influencer la dynamique et l'efficacité des échanges gazeux de toute la plante", explique Michael Raissig. Selon lui, cela est particulièrement pertinent dans le contexte du changement climatique, qui implique davantage de sécheresse et de chaleur. Les graminées jouent un rôle central dans la sécurité alimentaire de l'humanité, car les céréales comme le maïs, le riz et le blé sont toutes des graminées et fournissent ensemble plus de la moitié des calories consommées par les humains. "Il est donc de la plus haute importance de comprendre comment les plantes respirent et comment et pourquoi les graminées forment des pores respiratoires plus efficaces", ajoute Raissig.
Alors que cette étude se concentre principalement sur les bases de la biologie du développement, ces connaissances pourraient néanmoins être pertinentes pour l'amélioration des plantes agricoles. "Les stomates sont les portiers cellulaires entre la feuille et l'environnement et sont les premiers à réagir aux changements climatiques", explique Roxane Spiegelhalder, doctorante et co-auteure. C'est pourquoi il est indispensable de comprendre comment et pourquoi les graminées forment les "portiers" les plus efficaces afin de "respirer" de manière plus économe en eau. La question de savoir si et comment ces connaissances peuvent être transposées à d'autres plantes utiles nécessite toutefois des recherches supplémentaires, comme le constate Spiegelhalder en guise de conclusion.
Indications de publication :
Zhang D, Spiegelhalder RP, Abrash EB, Nunes TDG, Prados IH, Ximena Anleu Gil M, Jesenofsky B, Lindner H, Bergmann DC, Raissig MT. 2022. des programmes de polarité opposée régulent les divisions asymétriques des cellules subsidiaires dans les graminées. eLife, décembre 2022
DOI : 10.7554/eLife.79913
L'Institut des sciences végétales
L'Institut des sciences végétales de l'Université de Berne se consacre à la compréhension du fonctionnement, de la croissance et du développement des plantes. La recherche fondamentale menée à l'institut couvre de nombreux domaines, de la physiologie à l'écologie, en passant par les molécules, les cellules, les plantes entières et les végétations. Le département "Stomatal Biology / Plant Genetics & Development" de Michael Raissig étudie les aspects cellulaires, développementaux et physiologiques des stomates chez les graminées et autres plantes.
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20.12.2022