Plantes: le périlleux équilibre entre protection et échange

Comme tout organisme, les plantes doivent négocier entre des besoins contradictoires: d’une part, un souci de protection, et d’autre part, un besoin d’échange avec l’environnement. Au niveau des racines, ce problème est particulièrement prononcé, puisque ce sont elles qui vont extraire de grandes quantités d’eau et de minéraux de la terre. Un environnement très complexe, rempli de substances potentiellement nocives ainsi que d’une panoplie de microorganismes, que la racine va soit intégrer (symbiose), soit tolérer (ni bon, ni mauvais), soit exclure (pathogènes).

Pour mener à bien cette tâche, les plantes ont développé diverses barrières cellulaires, dont l’endoderme représente la plus ancienne et la plus conservée parmi les végétaux. L’endoderme, qui entoure la nervure centrale de la racine, se développe en deux étapes. Tout d’abord, il forme un treillis étanche appelé «Cadres de Caspary». Cette structure permet aux cellules de l’endoderme d’accumuler de manière active l’eau et les nutriments, mais elle ne protège que partiellement contre des stress tels qu’un excès de sel, la sècheresse ou des microorganismes pathogènes. L’endoderme s’entoure par la suite d’une couche cireuse constituée de subérine. Cette substance, trouvée dans le liège, bien que très protectrice, rend également l’endoderme insensible aux signaux extérieurs et par conséquent incapable d’accumuler des nutriments.

Un mécanisme de communication hormonale
En utilisant la plante modèle Arabidopsis thaliana, l’Arabette des Dames - l’équivalent de la souris pour la recherche sur les végétaux -, les biologistes lausannois ont fait une observation intéressante: ils ont pu visualiser dans la plante vivante comment les racines maintiennent quelques cellules «ouvertes» non-subérisées et ont pu, par là même, confirmer ce phénomène. «Bien que ces cellules aient été observées depuis plus d’un siècle sur des coupes anatomiques, leur mécanisme de développement et leur fonction demeuraient jusqu’alors obscurs», contextualise Niko Geldner, professeur au Département de biologie moléculaire végétale de la Faculté de biologie et de médecine de l’UNIL et directeur de l’étude publiée dans Nature. «Lors de nos travaux, nous avons démontré que ces cellules sont positionnées et se développent par un mécanisme de communication hormonale avec le tissu vasculaire avoisinant. De plus, nous avons constaté qu’elles expriment de nombreux gènes, par exemple des transporteurs de phosphate».

Des applications potentielles dans le domaine de l’agriculture
Ces cellules non-subérisées ont donc véritablement une fonction de «cellules de passage», permettant un flux continu de nutriments et de signaux venant de l’extérieur, à travers une barrière par ailleurs imperméable. «Finalement, nous avons observé une grande flexibilité du développement de ces cellules de passage: lors d’un manque de phosphate par exemple, la racine peut en développer un plus grand nombre, probablement pour augmenter sa capacité à extraire ce nutriment vital d’une façon plus efficace», détaille Tonni Grube Andersen, post-doctorant dans le groupe du Prof. Geldner et premier auteur de l’étude. «Ce sont ces derniers aspects de nos recherches qui revêtent un intérêt potentiel pour l’agriculture, notamment en ce qui concerne la problématique de l’utilisation d'engrais. Notre étude démontre une capacité des racines à s’adapter au manque de nutriments qui n’avait jusqu’alors pas été évaluée. Cette capacité pourrait aider à générer des plantes qui utilisent d’une façon plus efficace et complète les engrais répandus dans les champs», conclut le chercheur.