Ménager l’eau comme une plante succulente : une équipe de recherche dirigée par l’Université de Berne a décrypté un mécanisme grâce auquel une plante succulente discrète régule si finement l’absorption de dioxyde de carbone par la surface de ses feuilles qu’elle en reçoit suffisamment pour la photosynthèse sans perdre trop d’eau - et peut ainsi vivre en économisant l’eau. Ces connaissances pourraient être utilisées pour rendre les plantes utiles plus résistantes à la sécheresse et pour garantir les rendements en cas de chaleur et de sécheresse.
Les plantes pratiquent la photosynthèse pour produire, à partir de la lumière du soleil, de l’eau et du dioxyde de carbone (CO2), des substances riches en énergie comme le sucre, dont elles ont besoin pour leur croissance et leur métabolisme. Alors que la plante puise de l’eau dans ses racines, elle doit absorber du CO2 dans l’air. Pour ce faire, elle ouvre ses minuscules stomates à la surface des feuilles, qui laissent entrer le CO2, mais qui entraînent en même temps une perte d’eau vers l’extérieur - comme la transpiration chez l’homme. Les plantes doivent donc réguler leurs stomates de manière à recevoir suffisamment de CO2 pour la photosynthèse sans perdre trop d’eau - ce qui constitue un défi particulier en cas de chaleur et de sécheresse. Certains types de plantes, comme les plantes succulentes, ont développé des stratégies pour s’adapter à ces conditions environnementales sèches extrêmes : elles stockent de l’eau dans de grandes cellules de leurs feuilles épaisses et charnues, de leurs tiges ou de leurs racines et, contrairement à la plupart des plantes, ouvrent leurs stomates spécialisés pour l’échange de gaz principalement la nuit, lorsque la perte d’eau est minimale grâce aux températures plus fraîches.
Les astuces des plantes succulentes : Pourquoi Kalanchoë laxiflora sert de plante modèle
Une équipe de recherche internationale, dirigée par des chercheurs de l’Institut des sciences végétales et du Centre Oeschger de recherche climatique de l’Université de Berne, a montré, en collaboration avec l’Université de Liverpool, comment des stomates spécialisés se forment chez ces plantes économes en eau, la Kalanchoë laxiflora. Le groupe de recherche fournit ainsi une base permettant de transférer à l’avenir de tels mécanismes d’économie d’eau de manière ciblée sur des plantes cultivées.
par système modèle, on entend un exemple d’organisme particulièrement bien étudié - dans notre cas, une plante succulente - qui permet de décrypter des mécanismes fondamentaux pouvant être appliqués à d’autres plantes, comme les plantes agricoles’, explique Xin Cheng, co-auteur de l’étude Heike Lindner, co-auteur de l’étude à l’Institut des sciences végétales et au Centre Oeschger pour la recherche climatique de l’Université de Berne ajoute : un aspect important de Kalanchoë laxiflora est qu’elle forme des graines en un temps relativement court. En outre, nous avons décrypté son information génétique et développé des méthodes pour manipuler génétiquement la plante. Lindner a récemment reçu un SNSF Starting Grant pour ses recherches sur le développement de la succulence foliaire et l’établissement de la photosynthèse économe en eau dans le système modèle Kalanchoë laxiflora.
Un interrupteur génétique avec un rôle clé pour les plantes résilientes au climat
L’étude actuelle se concentre sur la protéine MUTE, une sorte de commutateur génétique qui contrôle la forme des cellules des stomates. Jusqu’à présent, la plante modèle classique utilisée dans la recherche était le lamier. chez elle, la protéine MUTE veille d’une part à ce que des cellules dites de fermeture se forment. D’autre part, MUTE limite chez l’arabette des champs d’autres divisions cellulaires qui pourraient donner naissance à des cellules auxiliaires spécialisées’, explique Lindner. dans notre modèle de succulente Kalanchoë laxiflora, la protéine MUTE stimule cependant des divisions cellulaires supplémentaires qui donnent naissance aux cellules auxiliaires caractéristiques’, explique Lindner. nos résultats indiquent que ces cellules auxiliaires participent au transport des ions et soutiennent ainsi le mouvement des cellules de fermeture et la régulation des échanges gazeux’, poursuit Lindner.
La fonction de MUTE chez Kalanchoë laxiflora est donc similaire à celle des graminées, où la protéine est également impliquée dans la formation de cellules auxiliaires spécialisées. Contrairement aux plantes succulentes, les graminées ne ferment pas leurs stomates pendant la journée, mais elles sont également bien adaptées au stress hydrique. nos résultats montrent que le même interrupteur génétique MUTE contribue à la formation de cellules auxiliaires qui aident les stomates à réguler les échanges gazeux d’une manière efficace en termes de consommation d’eau, aussi bien chez les plantes succulentes que chez les graminées, des plantes très éloignées sur le plan de l’évolution et qui ont des formes de photosynthèse différentes", explique Michael Raissig, dernier auteur de l’étude et à l’Institut des sciences végétales et au Centre Oeschger pour la recherche climatique de l’Université de Berne. Les chercheurs interprètent le fait que MUTE ait assumé cette nouvelle fonction chez les plantes succulentes et les graminées - contrairement à la scille des champs - comme un indice fort que ce commutateur génétique permet la diversité des formes de scilles et contribue ainsi à l’adaptation directe aux habitats et à la disponibilité en eau. Raissig ajoute : ’La fonction centrale et développée indépendamment de la protéine MUTE en fait un point de départ particulièrement prometteur pour modifier les stomates des plantes utiles afin qu’elles résistent nettement mieux à la sécheresse’.
De la succulente au champ : perspectives pour l’agriculture
les connaissances acquises sur Kalanchoë laxiflora ont un grand potentiel pour la pratique agricole, bien au-delà de la recherche fondamentale", explique Raissig. Si l’on sait quels gènes et quels types de cellules permettent une vie végétale succulente et donc économe en eau, la sélection et la biotechnologie pourraient travailler de manière ciblée à l’introduction ou au renforcement de propriétés similaires dans les plantes cultivées - par exemple dans les céréales, les légumes ou les plantes fourragères. si nous comprenons ces processus, des systèmes succulents pourraient être établis dans les cultures. A long terme, les leçons que nous tirons des plantes succulentes pourraient conduire à des variétés plus robustes et adaptées à la sécheresse, qui contribueraient de manière importante à la sécurité alimentaire mondiale en période de crise climatique et aideraient en même temps à préserver les ressources en eau’, conclut Lindner.
