France
September 19, 2012
INRA - CNRS - Université Montpellier 2 - Supagro Montpellier
Constamment, les racines des plantes croissent et se ramifient pour explorer le sol, à la recherche d’eau et de nutriments. Les mécanismes à la base de cette croissance sont encore mal connus mais une équipe du Laboratoire de biochimie et physiologie moléculaire des plantes de Montpellier (CNRS/INRA/Université Montpellier 2/Montpellier SupAgro), en collaboration avec des chercheurs anglais et allemands (1) vient de faire une avancée importante. Publiés le 16 septembre 2012 sur le site de Nature Cell Biology, leurs travaux décrivent un mécanisme qui, grâce à une hormone végétale et aux protéines régulant le passage de l’eau, permet l’émergence des racines secondaires. C’est la première fois que l’on observe un lien entre les processus d’absorption et de transport de l’eau et le mécanisme de ramification des racines. Outre leur importance fondamentale, ces résultats permettent d’envisager une optimisation de la croissance des racines de plantes.
À la base du mécanisme de ramification décrit par l’équipe du Laboratoire de biochimie et physiologie moléculaire des plantes de Montpellier (CNRS/INRA/Université Montpellier 2/ Montpellier SupAgro) et des chercheurs anglais et allemands, on trouve une famille de protéines membranaires appelées aquaporines, présentes chez les plantes et les animaux. Celles-ci forment des micro-pores permettant le passage d’eau à travers les membranes cellulaires. Chez la plante, elles déterminent la capacité de la racine à absorber l’eau du sol. Jusqu’à présent, leur rôle dans la croissance et la ramification des racines n’était pas connu. L’autre élément clé du processus mis en lumière par les scientifiques est une hormone, l’auxine, connue pour orchestrer les processus de croissance et de développement des racines. Ils ont montré qu’elle régule aussi l’activité des aquaporines.
Lorsqu’une ramification apparaît, la racine secondaire se forme à partir de couches cellulaires profondes de la racine primaire. Pour émerger, elle doit se frayer un passage au travers des cellules de cette dernière. Les chercheurs ont montré que, par l’intermédiaire de l’auxine et des aquaporines, la plante contrôle très précisément les flux d’eau à travers ces différents tissus. Ainsi, dans les zones de ramification, l’eau se concentre dans la racine secondaire en expansion, ce qui permet à ses cellules de gonfler et de repousser mécaniquement les cellules de la racine primaire qui les recouvrent. Cet apport d’eau se fait au détriment des couches superficielles de la racine primaire, dont la résistance mécanique se réduit. Ce mécanisme facilite l’émergence de la racine secondaire.
Pour arriver à ce résultat, les chercheurs ont procédé à diverses expériences sur une plante modèle, Arabidopsis thaliana. Ils ont notamment travaillé avec des mutants insensibles à l’auxine ou présentant des aquaporines non-fonctionnelles. Ils ont aussi identifié un facteur de transcription, une molécule permettant à l’auxine d’agir sur les aquaporines et étudié l’expression de ces dernières dans les racines primaires et secondaires. Enfin, à partir des résultats de ces expériences, ils ont construit un modèle mathématique représentant les flux d’eau et la perméabilité des divers tissus des racines.
Ces recherches pourraient avoir des retombées agronomiques importantes. En effet, jusqu’à présent, la sélection des plantes pour l’agriculture s’est faite essentiellement en fonction des caractéristiques des parties visibles et exploitées des plantes, feuilles ou fruits. Mais le changement climatique et la réduction de la disponibilité en eau pour l’agriculture pousse désormais les agronomes à sélectionner les plantes également en fonction des propriétés des racines. Par exemple, une plante capable d’aller chercher de l’eau et des nutriments dans les profondeurs du sol peut mieux résister à la sécheresse. Mieux comprendre les mécanismes à la base de la croissance des racines pourrait donc permettre d’améliorer les performances des plantes cultivées.
©D.-T Luu, BPMP, CNRS
Etapes précoces d’une ramification de racine. Ces études par microscopie indiquent, en vert, un massif de petites cellules donnant naissance à une racine secondaire et, en rose, le territoire d’expression d’une des aquaporines étudiées par les chercheurs. Ce territoire d’expression très précis peut être expliqué par la production d’auxine au niveau de la pointe de la racine secondaire.
(1) De l’Université de Nottingham et du Centre Helmholtz à Munich.
Référence
Auxin regulates aquaporin function to facilitate lateral root emergence - Benjamin Péret, Guowei Li, Jin Zhao, Leah R. Band, Ute Voß, Olivier Postaire, Doan-Trung Luu, Olivier Da Ines, Ilda Casimiro, Mikael Lucas, Darren M. Wells, Laure Lazzerini, Philippe Nacry, John R. King, Oliver E. Jensen, Anton R. Schäffner, Christophe Maurel and Malcolm J. Bennett
Nature Cell Biology, 16 septembre 2012.
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