Les stimuli mécaniques initient la propagation concentrique des ondes calciques intercellulaires à partir des trichomes. Crédit : Yasuomi Tada
Si la pluie est essentielle à la survie des plantes, elle contient également des bactéries et d’autres agents pathogènes qui peuvent leur nuire. Alors comment les plantes se protègent-elles de cette menace ?
Une étude récente menée par des chercheurs de l’université de Nagoya et leurs collègues a révélé que lorsque les plantes sont exposées à la pluie, des structures ressemblant à des poils à la surface des feuilles, appelées trichomes, reconnaissent cette pluie comme un facteur de risque de maladie et activent leur système immunitaire pour prévenir les infections. Ces résultats, publiés dans la revue Nature Communicationspourraient contribuer au développement de méthodes visant à protéger les plantes des maladies infectieuses causées par la pluie.
Les plantes ont leur propre système immunitaire, tout comme les humains et les autres organismes multicellulaires. Lorsque les plantes détectent des agents pathogènes, elles expriment des gènes liés au système immunitaire pour éviter d’être infectées. Les gouttes de pluie contiennent des agents pathogènes, tels que des bactéries, des champignons filamenteux et des virus, et peuvent donc provoquer des maladies chez les plantes. Dans cette optique, les chercheurs ont émis l’hypothèse que les plantes pourraient reconnaître la pluie comme un facteur de risque de maladie et réagir pour se protéger de ce risque d’une certaine manière.
Pour découvrir comment les plantes réagissent à la pluie, une équipe de recherche dirigée par le professeur Yasuomi Tada et le professeur adjoint Mika Nomoto de l’Université de Nagoya a mené une étude en utilisant les éléments suivants . Arabidopsis thaliana semis. L’équipe a commencé par mener RNA sequencing analyses to examine which genes are expressed in the leaves when they are exposed to rain. They found that several major immune-related genes are expressed in response to rain, and that these genes are regulated by immunosuppressive genes called CAMTAs (calmodulin-binding transcription activators).
Since CAMTAs are controlled by calcium ions (Ca2+), the team hypothesized that rain serves to increase Ca2+ concentrations in cells. Thus, they investigated how Ca2+ levels in Arabidopsis leaves change in response to rain by introducing GCaMP3 — a gene that fluoresces green when bound to Ca2+ — into the leaves. They found that when the leaves were exposed to rain, Ca2+ levels around trichomes on leaf surfaces increased.
The result suggested that trichomes sense rain as a risk factor and induce calcium waves (transmission of localized increases in Ca2+ to the surrounding areas) across the leaf to inactivate the immunosuppressor CAMTA and thereby activate immune-related genes. To confirm this, they next conducted experiments in the same way using mutants of Arabidopsis which lacked trichomes, and the results showed that the propagation of calcium waves was compromised in the mutants.
“From these results, we confirmed that trichomes play a role in sensing rain as a risk factor and activating immune responses,” says Professor Tada. “Our findings suggest that we may be able to artificially improve plants’ defensive capabilities against diseases at any time and for any length of time. Using this technology, we could make it possible to activate crops’ immune responses when environmental conditions are harsh enough to possibly cause disease in plants, which could result in stable crop yields.”
Reference: “Mechanosensory trichome cells evoke a mechanical stimuli–induced immune response in Arabidopsis thaliana” by Mamoru Matsumura, Mika Nomoto, Tomotaka Itaya, Yuri Aratani, Mizuki Iwamoto, Takakazu Matsuura, Yuki Hayashi, Tsuyoshi Mori, Michael J. Skelly, Yoshiharu Y. Yamamoto, Toshinori Kinoshita, Izumi C. Mori, Takamasa Suzuki, Shigeyuki Betsuyaku, Steven H. Spoel, Masatsugu Toyota and Yasuomi Tada, 8 March 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-28813-8
