Il suffit d’une dizaine de passages avec un pinceau doux. En moins d’une minute, à l’intérieur d’une petite plante d’Arabidopsis thaliana, s’allume une chaîne de protéines. Si le contact est répété au fil du temps, cette réponse peut même modifier la croissance de la plante.
Un groupe international dirigé par l’Université de Lund a reconstitué l’un des principaux mécanismes par lesquels les plantes réagissent au contact physique. L’étude publiée dans Nature Communications a identifié une chaîne de protéines appelées MAP kinases qui entrent en action environ soixante secondes après le toucher et contribuent à modifier l’activité de nombreux gènes.
Que le vent, la pluie, des blessures ou un animal qui effleure une feuille puissent provoquer une réponse chez les plantes était déjà connu. Depuis plus de 25 ans, on savait aussi que le contact active certaines MAP kinases, des protéines qui transmettent des signaux à l’intérieur des cellules. Manquait toutefois une étape importante : mieux comprendre comment ce premier stimulus est relié aux changements qui surviennent juste après.
Dix passages au pinceau et la plante commence à répondre
L’expérience est très simple. Les chercheurs ont utilisé des plantules d’Arabidopsis thaliana de 12 jours et les ont frôlées environ dix fois avec un pinceau doux. Pour la plante, toutefois, ces passes ne sont pas sans importance. Environ une minute plus tard, MPK3 et MPK6, deux des protéines impliquées dans la chaîne découverte par les chercheurs, s’activent. Dans le même temps, de nombreuses autres protéines présentes dans les cellules commencent également à changer.
Après à peine une minute, les scientifiques ont identifié 160 points des protéines qui avaient déjà subi une modification chimique. Après trois minutes, ils étaient 321 et après dix minutes 380. En considérant l’ensemble de la période observée, les changements ont touché 488 points. Deux protéines, appelées MKK4 et MKK5, semblent jouer un rôle particulièrement important. Lorsque les chercheurs en ont altéré le fonctionnement, une partie conséquente de la réponse normale au toucher s’est réduite.
Après vingt-deux minutes, l’activité de plus de deux mille gènes
La réponse se poursuit aussi au niveau des gènes. Vingt-deux minutes après le passage du pinceau, chez les plantes normales, 2 032 gènes avaient changé d’activité. En comparant ces résultats avec des expériences précédentes, le groupe a ensuite identifié 1 168 gènes qui semblent faire partie de la réponse la plus immédiate des plantes au contact.
Beaucoup dépendent précisément des protéines MKK4 et MKK5. Lorsque celles-ci ne fonctionnaient pas normalement, 905 gènes répondaient différemment par rapport aux autres plantes. Pour 779 d’entre eux, l’activation était plus faible. Une quantité notable de mouvement pour quelque chose qui, vu du dehors du pot, ne ressemble vraiment qu’à une simple touche. Le mécanisme identifié, toutefois, n’explique pas chaque réponse. Il reste au moins 215 gènes qui semblent réagir par d’autres voies encore à identifier.
Si le toucher persiste, la croissance change aussi
Les chercheurs ont ensuite voulu comprendre si cette réponse extrêmement rapide avait des conséquences visibles au fil du temps. Pour ce faire, ils ont effleuré certaines plantes cultivées en terre deux fois par jour pendant 14 jours. Après deux semaines, chez les plantes normales, la surface occupée par les feuilles avait diminué d’environ 38 % par rapport à celles qui n’avaient pas été touchées.
Chez les plantes où la première partie de la chaîne de signalisation avait été altérée, la réduction s’est arrêtée autour de 20 %. Chez celles présentant des problèmes des protéines MKK4 et MKK5, elle était d’environ 28 %. Le contact répété a aussi eu des effets sur la floraison. Les plantes normales touchées chaque jour ont commencé à fleurir environ trois jours plus tard. Dans certaines plantes modifiées, le retard semblait moindre, mais la différence n’était pas suffisamment nette pour exclure qu’elle soit due au hasard.
La capacité des plantes à modifier leur développement en réponse à des stimuli physiques est appelée tigmomorphogenèse. Dans la nature, les coups de pinceau sont remplacés par quelque chose de bien plus courant : le vent, la pluie, les animaux, les insectes et tout autre contact capable de plier ou d’endommager les tissus.
Le premier capteur du toucher manque encore
Ainsi l’étude reconstitue une partie importante du mécanisme, mais le début de l’histoire manque encore. Quelque chose doit percevoir en premier la pression sur la feuille et donner le départ à la chaîne de signaux. Les chercheurs émettent l’hypothèse que des protéines présentes sur la membrane des cellules ou d’autres capteurs capables de réagir aux sollicitations physiques pourraient être impliqués. Mais on ne sait pas encore exactement quel est ce premier capteur.
L’étude a aussi analysé l’acide jasmonique, une hormone végétale impliquée dans les réponses aux blessures et à d’autres formes de stress. Dans les dix premières minutes suivant le toucher, les plantes incapables de le produire ont montré une réponse protéique très similaire à celle des plantes normales. Cela signifie que bon nombre des signaux les plus précoces observés suivent au moins partiellement un chemin différent.
L’Université de Lund, en présentant les résultats, rappelle aussi que nous sommes encore dans le domaine de la recherche fondamentale. Les expériences ont été réalisées principalement sur Arabidopsis et dans des conditions contrôlées. Pour comprendre si ces connaissances peuvent aussi être utilisées en agriculture, il faudra des études spécifiques sur les cultures et directement sur le terrain. Pour l’instant, nous savons quelque chose de plus sur ce qui se passe quand on effleure une feuille. Nous, nous n’en avons presque pas conscience. La plante, après une minute, a déjà mis en marche des centaines de signaux.
