J'ai le temps? Sameer mishra / Shutterstock
Toute personne ayant traversé plusieurs fuseaux horaires et ayant souffert le décalage horaire va comprendre à quel point notre puissant les horloges biologiques sont. En fait, chaque cellule du corps humain a sa propre horloge moléculaire, capable de générer chaque jour une augmentation et une diminution du nombre de protéines que le corps produit au cours d'un cycle d'une heure 24. Le cerveau contient une horloge principale qui synchronise le reste du corps en utilisant signaux lumineux des yeux pour rester en phase avec l'environnement.
Les plantes ont des rythmes circadiens similaires qui les aident à indiquer l'heure de la journée, préparant les plantes à la photosynthèse avant l'aube, activer les mécanismes de protection thermique avant la période la plus chaude de la journée et en produisant du nectar lorsque les pollinisateurs ont le plus de chances de se rendre. Et comme chez l’homme, chaque cellule de la plante semble avoir sa propre horloge.
Nos yeux et notre cerveau dépendent de la lumière du soleil pour coordonner l'activité dans le corps en fonction de l'heure. Yomogi1 / Shutterstock
Mais contrairement aux humains, les plantes n’ont pas le cerveau pour synchroniser leurs horloges. Alors, comment les plantes coordonnent leurs rythmes cellulaires? Notre nouvelle recherche montre que toutes les cellules de la plante se coordonnent en partie via une organisation autonome. Ce sont effectivement les cellules végétales communiquant leur synchronisation avec les cellules voisines, de la même manière que bancs de poissons et troupeaux d'oiseaux coordonner leurs mouvements en interagissant avec leurs voisins.
Recherche précédente constaté que l'heure de l'horloge est différente dans différentes parties d'une plante. Ces différences peuvent être détectées en mesurant la chronologie des pics quotidiens de la production de protéines d’horloge dans les différents organes. Ces protéines d'horloge génèrent les oscillations heure 24 dans les processus biologiques.
Par exemple, les protéines de l'horloge activent la production d'autres protéines responsables de la photosynthèse dans les feuilles juste avant l'aube. Nous avons décidé d'examiner l'horloge de tous les principaux organes de la plante pour nous aider à comprendre comment les plantes coordonnent leur minutage pour maintenir le tic-tac de la plante entière en harmonie.
Qu'est-ce qui motive les plantes?
Nous avons constaté que dans thale cress (Arabidopsis thaliana) plantules, le nombre de protéines d’horloge atteint des sommets à des moments différents dans chaque organe. Les organes, tels que les feuilles, les racines et les tiges, reçoivent différents signaux de leur micro-environnement local, tels que la lumière et la température, et utilisent ces informations pour définir indépendamment leur propre rythme.
Si les rythmes des différents organes ne sont pas synchronisés, les plantes souffrent-elles d'une sorte de décalage horaire interne? Bien que les horloges individuelles dans différents organes atteignent leur maximum à des moments différents, cela ne conduit pas au chaos complet. De manière surprenante, les cellules ont commencé à former des modèles d'ondes spatiales, où les cellules voisines sont légèrement en retard dans le temps. C'est un peu comme un stade ou une vague «mexicaine» d'amateurs de sport qui se tiennent derrière leurs voisins pour créer un mouvement en forme de vague à travers la foule.
Les cellules végétales communiquent entre leurs voisins pour coordonner l'heure. James Locke, auteur fourni
Nos travaux montrent que ces ondes résultent des différences entre les organes lorsque les cellules commencent à communiquer. Lorsque le nombre de protéines d'horloge dans une cellule augmente, la cellule le communique à ses voisins plus lents, qui suivent le fil de la première cellule et produisent également plus de protéines d'horloge. Ces cellules font ensuite la même chose à leurs voisins, et ainsi de suite. De tels modèles peuvent être observés ailleurs dans la nature. Certaines espèces de lucioles forment des modèles de vagues spatiales synchroniser leurs flashes avec leurs voisins.
La prise de décision locale par les cellules, combinée à la signalisation entre elles, pourrait être la façon dont les plantes prennent des décisions sans cerveau. Il permet aux cellules de différentes parties de la plante de prendre différentes décisions quant à la croissance. Les cellules des pousses et des racines peuvent optimiser séparément la croissance en fonction des conditions locales. La pousse peut se plier vers l'endroit où la lumière n'est pas obstruée et les racines peuvent pousser vers l'eau ou vers un sol plus riche en nutriments. Cela pourrait aussi permettre aux plantes de survivre à la perte d'organes par les dégâts ou être mangé par un herbivore.
Cela pourrait expliquer comment les plantes sont en mesure d'adapter en permanence leur croissance et leur développement pour faire face aux changements de leur environnement, ce que les scientifiques appellent «plasticité». Comprendre comment les plantes prennent des décisions n’est pas seulement intéressant, cela aidera les scientifiques à créer de nouvelles variétés de plantes capables de répondre à leur environnement de plus en plus changeant face au changement climatique.
À propos des auteurs
Mark Greenwood, PhD chercheur en biologie cellulaire, l'Université de Cambridge et James Locke, chef de groupe de recherche en biologie des systèmes, l'Université de Cambridge
Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.
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