À chaque instant, les plantes effectuent des mouvements imperceptibles qui leur permettent de se maintenir debout. Elles sont soumises en effet au double défi de la gravité et du vent, et elles ne peuvent rester droites que par un contrôle actif. Pour la première fois, des chercheurs de l’INRA et du CNRS ont montré que le port dressé ne résulte pas de la seule perception de la gravité : les plantes doivent aussi percevoir leur propre courbure, et la rectifier. Ce travail permet par exemple de mieux comprendre comment les arbres forestiers peuvent rester droits au fil des ans. Le résultat de ces recherches, publié dans la revue des PNAS la semaine du 3 décembre 2012, fournit de nouvelles pistes pour l’amélioration génétique de la forme des troncs ou de la résilience à la verse des cultures(1).
Pourquoi les arbres et les blés sont droits ?
Pour conserver leur port érigé, les plantes terrestres doivent en permanence réagir activement aux perturbations liées à l’augmentation de leur masse ou à des variations d’inclinaison de leur ancrage (verse, terrains en pente). Ce contrôle postural est rendu possible par des mouvements actifs, sous l’effet moteur de la croissance différentielle ou de bois de réaction(2). Sa réussite est très importante pour la plante, mais aussi pour ses usages agronomiques (récupération des verses des céréales) ou forestiers (défauts de forme des troncs et de qualité du bois). Etudiés depuis Darwin et connus sous le nom de gravitropisme, les mécanismes de contrôle de ce mouvement actif étaient encore mal connus.
Les plantes perçoivent leur propre forme et la rectifient
Les chercheurs ont montré que les plantes ne peuvent pas maintenir leur port érigé à l’aide de la seule perception de leur inclinaison par rapport à la gravité. Il faut lui adjoindre une perception continue de la propre courbure de leurs tiges et une tendance à la rectification de celle-ci. Il s’agit ainsi d’un phénomène de proprioception, comparable à ce que l’on rencontre chez les animaux et les humains et qui permet aux organismes d’avoir le sens de leur forme et de leur mouvement. Grâce à cette découverte, les chercheurs ont proposé et validé un modèle mathématique universel reproduisant le contrôle complet des mouvements de redressement sur 11 espèces de plantes à fleurs terrestres, et sur des organes allant de la minuscule germination du blé à des troncs de peupliers. Ce modèle montre que le caractère contrôlant la dynamique du mouvement et la forme finale de la plante est un ratio entre sa sensibilité à la gravité et sa sensibilité proprioceptive, et que ce ratio doit être ajusté à la taille de la plante. De plus, une méthode de caractérisation rapide et sans contact avec la plante (par analyse d’images) de ce ratio a été développée.
Ces résultats modifient l’image que nous avions de la sensibilité des végétaux, en montrant l’importance de la proprioception, à l’instar de ce qui a cours chez les animaux et les humains. Par ailleurs, ils fournissent de nouveaux concepts et outils pour l’amélioration génétique de la capacité des cultures à être plus résilientes à la verse, et des arbres à produire des fûts rectilignes et des bois de bonne qualité. Ils aideront enfin les modélisateurs à mieux prédire les conséquences des changements climatiques, qui risquent de se traduire aussi par une modification du régime des vents.
Formes successives d’une inflorescence de l’arabette des dames (Arabidopsis thaliana) au cours de son redressement après une inclinaison à l’horizontale. On voit nettement que l’ensemble de la tige commence par se courber vers le haut, mais ensuite la partie haute se rectifie progressivement et la courbure se concentre à la base (taille de la hampe = 10 cm, durée totale 20h)
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