Qu'est-ce qui rend les tournesols face au soleil?

Qu'est-ce qui rend les tournesols face au soleil?

Les biologistes végétaux ont découvert comment les tournesols utilisent leur horloge circadienne interne, agissant sur les hormones de croissance, pour suivre le soleil pendant la journée.

«C'est le premier exemple d'horloge d'une plante qui module la croissance dans un environnement naturel et qui a de réelles répercussions sur la plante», explique Stacey Harmer, professeur de biologie végétale à l'Université de Californie à Davis et auteur principal d'un article dans la revue. Science.

Harmer est un biologiste moléculaire qui étudie les horloges circadiennes, généralement dans les laboratoires. Arabidopsis, qui est nettement plus petit qu'un tournesol. Auparavant, le laboratoire de Harmer avait découvert des liens entre les gènes «clock» et l'hormone végétale auxine, qui régule la croissance. Mais les chercheurs avaient besoin d'un exemple pour travailler, et ils l'ont trouvé dans le tournesol.

Faire face au mauvais chemin

Tournesols en pleine croissance commencent la journée avec leurs têtes face à l'est, balancer vers l'ouest tout au long de la journée, et retourner vers l'est la nuit.

«L'usine anticipe le moment et la direction de l'aube, et pour moi cela ressemble à une raison d'avoir un lien entre l'horloge et le sentier de croissance», dit Harmer. Les scientifiques aussi loin que 1898 avaient décrit ce comportement des tournesols, mais personne n'avait pensé auparavant à l'associer aux rythmes circadiens.

Hagop Atamian, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Harmer, en collaboration avec le laboratoire de Benjamin Blackman à l'Université de Virginie (maintenant UC Berkeley), a réalisé une série d'expériences sur des tournesols en plein air et dans des chambres de croissance intérieures. .

En posant des plantes pour qu'elles ne puissent pas bouger, ou en retournant des plantes en pot chaque jour pour qu'elles soient tournées dans le mauvais sens, Atamian a montré qu'il pouvait perturber leur capacité à suivre le soleil. Après le soleil fournit un coup de pouce de croissance aux plantes. Tournesols jalonnés de sorte qu'ils ne peuvent pas bouger ont diminué la biomasse et moins de surface foliaire que ceux qui le font, les chercheurs ont constaté.

Lorsque les plantes ont été déplacées dans une chambre de croissance intérieure avec une lumière suspendue immobile, elles ont continué à se balancer d'avant en arrière pendant quelques jours. C'est le genre de comportement que vous attendez d'un mécanisme piloté par une horloge interne, dit Harmer.

Finalement, les plantes d'intérieur ont commencé à repérer le «soleil» lorsque la source apparente d'éclairage a été déplacée à travers la chambre de croissance en allumant et en éteignant les lumières adjacentes pendant la journée. Les plantes pouvaient suivre le mouvement de façon fiable et revenir la nuit lorsque le jour artificiel était proche d'un cycle 24-heure, mais pas quand il était plus proche des heures 30.

Est et ouest

Alors, comment les plantes déplacent leurs tiges pendant la journée? Atamian a mis des points d'encre sur les tiges et les a filmés avec une caméra vidéo. Sur une vidéo time-lapse, il pouvait mesurer la distance de changement entre les points.

Lorsque les plantes suivaient le soleil, le côté est de la tige s'est développé plus rapidement que le côté ouest, a-t-il découvert. La nuit, le côté ouest a augmenté plus vite que la tige a basculé dans l'autre sens. L'équipe a identifié un certain nombre de gènes qui ont été exprimés à des niveaux plus élevés du côté ensoleillé de la plante pendant la journée, ou de l'autre côté la nuit.

Harmer dit qu'il semble y avoir deux mécanismes de croissance à l'œuvre dans la tige de tournesol. Le premier établit un taux de croissance de base pour l'usine, basé sur la lumière disponible. La seconde, contrôlée par l'horloge circadienne et influencée par la direction de la lumière, fait que la tige pousse plus d'un côté que de l'autre, et se balance donc d'est en ouest pendant la journée.

Au fur et à mesure que le tournesol mûrit et que la fleur s'ouvre, la croissance globale ralentit et les plantes s'arrêtent de bouger pendant la journée pour s'installer à l'est. Cela semble dû au fait que, lorsque la croissance globale ralentit, l'horloge circadienne veille à ce que la plante réagisse plus fortement à la lumière tôt le matin qu'à l'après-midi ou le soir, et qu'elle s'éloigne progressivement vers l'ouest pendant la journée.

"Les abeilles aiment les fleurs chaudes"

Pourquoi les tournesols matures font-ils face à l'est, de toute façon? Les chercheurs ont cultivé des tournesols dans des pots sur le terrain et en ont fait pivoter certains vers l'ouest. En mesurant les fleurs à l'aide d'une caméra infrarouge, ils ont constaté que les tournesols tournés vers l'est se réchauffaient plus rapidement le matin et attiraient aussi cinq fois plus d'insectes pollinisateurs. Chauffer des fleurs orientées vers l'ouest avec un appareil de chauffage portatif a ramené plus de pollinisateurs aux fleurs.

"Les abeilles aiment les fleurs chaudes", dit Harmer.

«Tout comme les gens, les plantes dépendent des rythmes quotidiens du jour et de la nuit pour fonctionner», explique la directrice du programme, Anne Sylvester. "Les tournesols, comme les panneaux solaires, suivent le soleil d'est en ouest. Ces chercheurs exploitent l'information contenue dans le génome du tournesol pour comprendre comment et pourquoi les tournesols suivent le soleil. "

Les co-auteurs supplémentaires de l'article sont Nicky Creux à UC Davis, et Evan Brown et Austin Garner à l'Université de Virginie. Le programme de recherche sur le génome des plantes de la National Science Foundation a soutenu le travail.

La source: UC Davis

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