Les plantes ont des pores microscopiques à la surface de leurs feuilles, les stomates. Avec leur aide, ils régulent l’afflux de dioxyde de carbone pour la photosynthèse. Ils utilisent également les stomates pour éviter la perte de trop d’eau et le dépérissement pendant la sécheresse.
Les pores stomatiques sont entourés de deux cellules de garde. Si la pression interne de ces cellules baisse, elles se relâchent et ferment le pore. Si la pression augmente, les cellules se séparent et le pore s’élargit.
Les mouvements stomatiques sont ainsi régulés par les cellules de garde. Les voies de signalisation dans ces cellules sont si complexes qu’il est difficile pour l’homme d’intervenir directement auprès d’elles. Cependant, des chercheurs de la Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Bavière, en Allemagne, ont néanmoins trouvé un moyen de contrôler les mouvements des stomates à distance – en utilisant des impulsions lumineuses.
Protéines photosensibles d’algues utilisées
Les chercheurs ont réussi à le faire en introduisant un interrupteur sensible à la lumière dans les cellules de garde des plants de tabac. Cette technologie est issue de l’optogénétique. Il a été exploité avec succès dans les cellules animales, mais son application dans les cellules végétales en est encore à ses balbutiements.
L’équipe dirigée par le biophysicien JMU et expert en cellules de garde, le professeur Rainer Hedrich, décrit leur approche dans la revue scientifique Avancées scientifiques. Les chercheurs de JMU Shouguang Huang (premier auteur), Kai Konrad et Rob Roelfsema ont été significativement impliqués.
Le groupe a utilisé une protéine sensible à la lumière de l’algue Guillardia theta comme interrupteur de lumière, à savoir le canal anionique ACR1 du groupe des rhodopsines. En réponse aux impulsions lumineuses, le commutateur garantit que le chlorure s’écoule des cellules de garde et que le potassium suit. Les cellules de garde perdent leur pression interne, se relâchent et le pore se referme en 15 minutes. « L’impulsion lumineuse est comme une télécommande pour le mouvement des stomates », explique Hedrich.
Hypothèse du canal anionique confirmée
« En exposant ACR1 à la lumière, nous avons ponté la propre chaîne de signalisation de la cellule, prouvant ainsi l’hypothèse que l’ouverture des canaux anioniques est essentielle et suffisante pour la fermeture des stomates », résume Hedrich les résultats de l’étude. L’exposition à la lumière avait presque complètement empêché la transpiration des plantes.
Avec cette connaissance, il est maintenant possible de cultiver des plantes avec un nombre accru de canaux anioniques dans les cellules de garde. Les plantes ainsi équipées devraient fermer leurs stomates plus rapidement face à l’approche des vagues de chaleur et ainsi mieux faire face aux périodes de sécheresse.
« Les canaux anioniques des plantes sont activés pendant le stress ; ce processus dépend du calcium. Dans un projet d’optogénétique de suivi, nous voulons utiliser des channelrhodopsines conductrices de calcium pour permettre spécifiquement au calcium de s’écouler dans la cellule de garde par exposition à la lumière et de comprendre le mécanisme d’activation du canal anionique en détail », Hedrich décrit les objectifs à venir de sa recherche.
La recherche scientifique fondamentale peut également bénéficier des résultats de Würzburg : « Notre nouvel outil optogénétique a un potentiel énorme pour la recherche », déclare le professeur JMU. « Avec cela, nous pouvons acquérir de nouvelles connaissances sur la façon dont les plantes régulent leur consommation d’eau et comment la fixation du dioxyde de carbone et les mouvements stomatiques sont couplés. »
Source de l’histoire :
Matériaux fourni par Université de Wurtzbourg. Original écrit par Robert Emmerich. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
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