Timelapse de la croissance des germes de luzerne (y compris les racines et les feuilles) pour représenter une croissance rapide des plantes.
La molécule est à l’origine d’un processus de croissance élaboré.
Une équipe de chercheurs dirigée par UC Riverside a démontré pour la première fois une façon dont une petite molécule transforme une seule cellule en quelque chose d’aussi gros qu’un arbre.
Depuis un demi-siècle, les scientifiques savent que toutes les plantes dépendent de cette molécule, l’auxine, pour se développer. Jusqu’à présent, ils ne comprenaient pas exactement comment l’auxine met en mouvement la croissance.
Le mot auxine est dérivé du mot grec « auxeine », qui signifie « grandir ». L’auxine utilise deux voies principales pour orchestrer la croissance des plantes, et l’une d’entre elles est maintenant décrite dans un nouveau La nature article de revue.
Les cellules végétales sont enfermées dans des parois cellulaires en forme de coquille, dont la couche primaire a trois composants principaux : la cellulose, l’hémicellulose et la pectine.
« La cellulose fonctionne comme une barre d’armature dans une grande hauteur, offrant une large base de résistance. Il est renforcé par des chaînes d’hémicellulose et scellé par de la pectine », a déclaré Zhenbiao Yang, professeur de botanique à l’UCR et chef d’équipe de recherche.
Le professeur et biologiste cellulaire Zhenbiao Yang avec des plantes d’Arabidopsis utilisées dans ses recherches. Crédit : Zhenbiao Yang/UCR
Ces composants définissent la forme des cellules végétales, ce qui donne des formations parfois surprenantes comme les cellules de l’épiderme des feuilles en forme de pièce de puzzle que Yang étudie depuis deux décennies. Ces formes aident à coller étroitement les cellules ensemble et fournissent une résistance physique aux plantes contre des éléments tels que le vent. Avec tout ce qui est si étroitement verrouillé par les parois cellulaires, comment le mouvement et la croissance sont-ils possibles ?
Une théorie postule que lorsque les plantes sont prêtes à pousser, l’auxine rend leurs cellules acides, desserrant les liens entre les composants et permettant aux parois de se ramollir et de se dilater. Cette théorie a été proposée il y a un demi-siècle, mais comment l’auxine active l’acidification est restée un mystère jusqu’à présent.
L’équipe de Yang a découvert que l’auxine crée cette acidité en déclenchant le pompage de protons dans les parois cellulaires, abaissant leurs niveaux de pH. Le pH plus bas active une protéine, l’expansine, nommée de manière appropriée car elle rompt les liens entre la cellulose et l’hémicellulose, permettant aux cellules de se développer.
Le pompage de protons dans la paroi cellulaire entraîne également l’absorption d’eau dans la cellule, créant ainsi une pression interne. Si la paroi cellulaire est suffisamment lâche et qu’il y a suffisamment de pression à l’intérieur de la cellule, elle se dilatera.
Illustration des composants des cellules végétales. Crédit : Caroline Dahl
“Comme un ballon, l’expansion dépend de l’épaisseur de l’extérieur par rapport à la quantité d’air que vous insufflez”, a expliqué Yang. “L’abaissement du pH dans une paroi cellulaire peut permettre à l’eau à l’extérieur d’une cellule de pénétrer, alimentant la pression de turgescence et l’expansion.”
Il existe deux mécanismes connus par lesquels l’auxine régule la croissance. L’un est l’abaissement du pH décrit par l’équipe de Yang. Un autre est la capacité de l’auxine à activer l’expression des gènes dans le noyau des cellules des plantes, ce qui à son tour augmente la quantité d’expansion et d’autres facteurs de régulation de la croissance dans la cellule.
Ce dernier mécanisme abaisse également le pH de la cellule et facilite la croissance. Mark Estelle, professeur de biologie cellulaire à l’UC San Diego, est une autorité de premier plan dans ce domaine. Il a découvert et fait des recherches sur cet autre mécanisme.
“Dr. Les travaux récents de Yang représentent une avancée significative dans notre compréhension de la façon dont l’auxine régule l’expansion cellulaire. On sait que l’acidification de l’espace extracellulaire favorise l’expansion cellulaire, mais on ne savait pas comment cela se produit », a déclaré Estelle. “C’est excitant de voir un vieux problème être résolu.”
C’est un euphémisme de dire que l’auxine “contribue” simplement à la croissance des plantes. Il est essentiel à presque tous les aspects de la croissance et du développement d’une plante, y compris les aspects importants pour l’agriculture tels que le développement des fruits, des graines et des racines, la ramification des pousses et la formation des feuilles. Même les réponses correctes de la plante à la gravité et à la lumière dépendent de l’auxine pour garantir que les racines se dirigent vers le bas tandis que les pousses poussent vers la lumière.
Une compréhension plus approfondie de l’auxine pourrait non seulement profiter à l’agriculture et à la production d’énergie renouvelable, mais elle pourrait également un jour influencer la médecine. « Comprendre le fonctionnement de la biologie fondamentale peut éventuellement avoir un impact sur la santé humaine », a déclaré Yang. “Au fur et à mesure que nos connaissances se développent, nous pouvons apprendre que les processus chez l’homme sont analogues.”
Référence : « La signalisation auxine de surface cellulaire basée sur TMK active l’acidification de la paroi cellulaire » par Wenwei Lin, Xiang Zhou, Wenxin Tang, Koji Takahashi, Xue Pan, Jiawei Dai, Hong Ren, Xiaoyue Zhu, Songqin Pan, Haiyan Zheng, William M Gray, Tongda Xu, Toshinori Kinoshita et Zhenbiao Yang, 27 octobre 2021, La nature.
DOI : 10.1038 / s41586-021-03976-4
