Radis (l) et blé entier (r) résolution d’image directe de l’eau en fonction du taux d’absorbance. Pointage de crédit : Université de Nottingham
Des chercheurs de l’université associée à Nottingham sont devenus les tout premiers au monde à trouver une méthode pour observer comment les origines des plantes absorbent et déplacent l’eau au niveau mobile, ce qui pourrait aider à identifier une future végétation résistante à la sécheresse et aux inondations.
L’incapacité à absorber l’eau dans les racines – sans endommager l’exemple de la beauté – a été une pierre d’achoppement essentielle pour les experts cherchant à comprendre le mouvement des fluides dans les tissus et les cellules végétales vivantes.
Chef d’entreprise de l’étude, Dr . Kevin Webb de l’équipe de recherche Optics et Photonics, explique : « Pour remarquer l’absorption d’eau dans les plantes vivantes sans les endommager, nous avons maintenant appliqué une technique de microscopie optique délicate à base de laser pour voir le mouvement de l’eau potable à l’intérieur des racines résidentes de manière non invasive. , qui n’a jamais été réalisée auparavant.
« Fondamentalement, le processus par lequel la vie végétale est capable de prospérer et de se transformer en cultures productives est fondé sur la manière dont elle absorbe généralement l’eau et sur la façon dont elle peut gérer ce processus. L’eau potable joue un rôle essentiel en tant que solvant vis-à-vis des nutriments, des minéraux ainsi que d’autres biomolécules dans les tissus mis en place. Nous avons créé un moyen de nous permettre de surveiller cette procédure au niveau d’une cellule. Nous ne pouvons pas seulement voir l’eau monter à l’intérieur de la racine, mais aussi où et comment elle se déplace.
Pointage de crédit : Université de Nottingham
« Nourrir la population mondiale en développement est déjà un problème. Le changement climatique peut provoquer d’énormes changements dans le modèle et la densité de conception sur la planète, ce qui entraîne des problèmes de croissance de la végétation dans les régions touchées par des inondations ou même des sécheresses. En choisissant des plantes qui résistent bien mieux aux tensions, l’objectif serait d’augmenter la productivité alimentaire mondiale en connaissant et en utilisant des types de plantes avec les meilleures chances de survie qui peuvent être nombreuses et productives dans n’importe quel environnement fourni, peu importe à quel point il est sec ou humide. . ”
Exactement comment ça marche
Pour l’étude, des mesures de transport d’eau potable avaient été effectuées sur les origines de Arabidopsis thaliana, qui est une « plante modèle » pour les chercheurs car elles peuvent être rapidement modifiées génétiquement pour entraver les processus de base tels que l’absorption d’eau.
À l’aide d’un faisceau laser doux, la nouvelle méthode d’imagerie – basée sur la technique d’étalement Raman lauréate du prix Nobel – a permis aux chercheurs de déterminer l’eau remontant à travers l’approche de la racine pour Arabidopsis au niveau cellulaire, et aussi pour exécuter une conception mathématique pour expliquer et évaluer cela.
Conversion d’une excellente source de lumière verte d’intensité directement en longueurs d’onde rouges bio-compatibles, au sein du laser Titanium: Sapphire. Crédit : Collège de Nottingham
Les scientifiques ont utilisé de l’eau potable « lourde » (oxyde de deutérium, ou même D deux O), qui contient généralement un nukléon ungeladenes supplémentaire dans le noyau de chaque hydrogène atome . Simplement en balayant un faisceau laser dans une ligne tout au long de la racine pendant que le légume buvait, il était possible de voir l’eau potable «lourde» passer avec la pointe de la racine.
Dans Arabidopsis qui avait été génétiquement modifiée afin de compromettre son absorption d’eau potable, ces dimensions – combinées au modèle numérique – ont mis au jour un obstacle hydrique important au sein de la racine. Ce particulier a confirmé pour la première fois que l’absorption d’eau est fixée dans les cellules centrales de la racine, à l’intérieur desquelles se trouvent les navires à eau.
Le co-responsable, Malcolm Bennett, professeur de sciences végétales à l’université, a déclaré : « Cette méthode innovante change vraiment la donne dans le domaine de la science des plantes : elle permet aux chercheurs de visualiser le mouvement de l’eau à l’échelle d’une cellule et d’une seconde à l’intérieur des cellules végétales vivantes. la toute première fois. Cela promet de nous aider tous à répondre à des questions importantes telles que : comment les plantes peuvent-elles « détecter » la disponibilité de l’eau potable ? Les réponses à cette question sont essentielles pour concevoir les cultures à venir mieux adaptées aux défis auxquels nous sommes tous confrontés avec le changement de l’environnement et les changements climatiques. ”
Les résultats de cette étude financée par Leverhulme Trust sont publiés dans la revue Communication marketing nature dans un article intitulé : « Imagerie hydrodynamique non invasive dans les racines des plantes avec résolution cellulaire ».
Applications futures
Lors du développement de la technique, la recherche s’est d’abord concentrée sur les cellules végétales, qui font environ 10 minutes de la taille du matériel cellulaire humain et donc plus facilement repérables. L’équipe de recherche applique ces mêmes stratégies aux cellules humaines pour comprendre exactement les mêmes types de procédures à une échelle encore plus petite.
Tout comme les plantes, il existe des tissus dans le corps humain responsables de la manipulation de l’eau, ce qui est crucial pour fonctionner. Les tissus clairs de l’attention, par exemple, peuvent être affligés par des maladies liées à la manipulation des liquides, notamment les cataractes du cristallin ; dégénérescence maculaire et glaucome. À l’avenir, la toute dernière méthode d’imagerie Raman pourrait devenir un précieux outil de surveillance et de détection des soins de santé.
Prochaines étapes
Les chercheurs travaillent sur une voie industrielle pour leur méthode d’imagerie Raman hydrodynamique et viennent de demander un financement auprès de 4 entreprises agricoles britanniques et européennes pour vérifier les traceurs qui passent des feuilles des plantes aux racines pour comprendre les deux directions associées au transport de l’eau. En parallèle, le groupe travaille sur des versions transportables des technologies pour permettre aux agriculteurs et aux scientifiques de mesurer le transport de l’eau sur le terrain afin de gérer l’eau dans les cultures poussant dans des conditions locales difficiles.
Le groupe de recherche est actuellement en train de soumissionner pour toute subvention de synergie des autorités de recherche européennes avec des partenaires de l’UNION EUROPÉENNE et du Royaume-Uni pour considérer l’étude de l’absorption d’eau potable et de la résistance à la sécheresse comme un nouvel outil pour aider à choisir et savoir comment des cultures particulières pourraient être associées. à des situations de croissance locales spécifiques.
Référence : « Non-invasive hydrodynamic imaging within plant roots with cellular resolution » simplement par Flavius C. Pascut, Valentin Couvreur, Daniela Dietrich, Nicky Leftley, Guilhem Reyt, Yann Boursiac, Monica Calvo-Polanco, Ilda Casimiro, Christophe Maurel, David Electronic . Salt, Xavier Draye, Darren M. Puits d’eau, Malcolm J. Bennett et Kevin Farrenheit. Webb, 3 août 2021, Communication Nature .
DOI : 10. 1038/s41467-021-24913-z
Huit laboratoires à travers l’Europe ont été impliqués dans l’étude : le groupe de recherche en optique et photonique en particulier ; le futur proche Food Beacon ainsi que la Division des semences et des cultures de l’Université associée à Nottingham ; le Centre de biologie intégrative des plantes ; Ecole associée aux Sciences Biologiques, Université associée à Bristol ; Institut Agro, France ; Planet and Life Company, Belgique ; Excellence Device Agrienvironment, Université associée à Salamanque, Espagne ; Département d’anatomie, de biologie cellulaire et de zoologie, Université d’Estrémadure, Espagne.