Comprendre la respiration des plantes
par Kylie Wolfe
Pour les fermiers, un rendement fructueux de récolte nécessite la bonne combinaison de soleil et de pluie. Plusieurs exploitent des systèmes de drainage et d’irrigation pour gérer les inondations et les sécheresses, mais il est parfois difficile de maintenir cet équilibre pour une récolte florissante et en santé.
Des scientifiques à l’« Institute for Sustainable Food » à l’université de Sheffield auraient trouvé une nouvelle façon d’atteindre cet objectif. Tout comme l’oxygène nous donne vie, le dioxyde de carbone remplit les « poumons » des plantes, et les scientifiques comprennent maintenant comment. Leurs résultats ont été publiés dans Nature Communications en juin.
La présence de stomates, ou de pores, à la surface d’une plante n’est pas une nouvelle pour les botanistes. Ces minuscules ouvertures dans l’épiderme sont le point d’entrée et de sortie pour les gaz à destination ou en provenance des espaces intracellulaires de la plante. Ils laissent entrer le dioxyde de carbone et sortir l’oxygène durant la photosynthèse, mais que se passe-t-il sous la surface?
Les ouvertures stomatiques sont connectées à un réseau complexe de canaux d’air. Les canaux sont comme des bronchioles, fournissant un moyen pour le dioxyde de carbone de suivre son parcours de l’atmosphère, à travers les pores à la surface de la plante, et jusqu’aux cellules de mésophylle à l’intérieur. Les stomates déterminent ultimement le flux d’air à travers ces canaux, assurant que chaque cellule est alimentée avec assez d’air pour son bon fonctionnement.
« Jusqu’à maintenant, la façon dont les plantes forment leurs structures complexes de canaux à air demeure étonnamment mystérieuse pour les scientifiques spécialisés en plantes, » a dit Andrew Fleming, professeur à l’université de Sheffield et membre de l’équipe de recherche.
Mais en collaboration avec l’université de Nottingham et l’université de Lancaster, ils ont été capables de faire la lumière sur le développement de ces voies.
En utilisant des analyses d’images de tomodensitométrie aux rayons X, ils ont examiné des espèces avec de différentes structures de feuilles et ont trouvé que le développement stomatique détermine la forme et l’ampleur des canaux d’air de la plante. Mais les stomates doivent effectuer des échanges gazeux afin d’élargir le réseau.
Ceci étant dit, plus il y a de stomates dans l’épiderme de la plante, plus grand est l’espace d’air qui se forme en dessous.
« Cette découverte majeure démontre que le mouvement de l’air à travers les feuilles forme leur fonctionnement interne — ce qui a des conséquences sur la manière dont on considère l’évolution des plantes, » a dit Fleming.
Bien que les scientifiques soient au courant de l’existence des stomates et de leur réseau complexe de canaux d’air, ils n’étaient pas certains de la manière par laquelle le réseau réussissait à fournir le dioxyde de carbone à chaque cellule. Ils ont alors créé un modèle 3D de la structure cellulaire de la plante afin de mieux visualiser ses réseaux internes et en comprendre davantage sur leur développement.
Les chercheurs ont aussi déterminé qu’en modifiant les structures internes des feuilles, ils pouvaient contrôler le volume d’eau dont la plante a besoin. D’autres scientifiques ont déjà élevé du blé suivant ce concept, créant de nouvelles versions avec moins de pores stomatiques. Le résultat est une plante avec une densité diminuée de stomates qui peut survivre avec moins d’eau.
Les stomates jouent un rôle important non seulement dans l’échange gazeux ; ils sont aussi le site de transpiration. Le plus grand nombre de stomates présent se solde par une plus grande perte d’eau à l’atmosphère. Donc, la modification des pores stomatiques minimise la perte d’eau et optimise l’absorption de dioxyde de carbone.
Par des études comme celle-ci, les chercheurs espèrent trouver de nouvelles façons de répondre aux défis de l’agriculture durable.
Au fur et à mesure que les scientifiques en apprennent davantage sur la relation entre les stomates, les canaux d’air, et l’utilisation d’eau, ils auront les outils pour concevoir des récoltes plus contrôlées qui seront plus efficaces et peuvent survivre aux changements climatiques.
L’objectif de l’Institut est d’adresser le futur de la sécurité alimentaire selon les préoccupations environnementales actuelles. Par des études comme celle-ci, les chercheurs espèrent trouver de nouvelles façons de répondre aux défis de l’agriculture durable. Leur travail pourrait aider à créer des récoltes économes en eau et résistantes à la sécheresse, incluant pour les récoltes de base comme le riz et le blé.
« Le fait que les humains ont déjà par inadvertance influencé la façon dont les plantes respirent en élevant du blé économe en eau suggère que nous pourrions viser ces réseaux de canaux d’air afin de développer des récoltes qui pourront résister aux sécheresses extrêmes que nous prévoyons avec le dérèglement climatique, » a dit Fleming.
