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Chez les plantes, les canaux donnent le rythme

Tout au long de leur vie, les parties aériennes des plantes sont soumises aux sollicitations répétées du vent. Cela a pour effet de provoquer le mouvement des branches et des feuilles, bien visibles les jours venteux. Nous savons que les plantes répondent à ces mouvements mécaniques en modulant leur croissance, un élément essentiel pour se préparer aux tempêtes ! Cependant les acteurs moléculaires au sein des cellules restaient à élucider.

Les plantes, comme les animaux, possèdent dans leur membrane cellulaire des canaux ioniques mécanosensibles. Ceux-ci se comportent comme de véritables interrupteurs moléculaires pour la cellule, capables de convertir en quelques millisecondes un signal mécanique en un signal électrique. La réponse de ces canaux à des stimuli oscillatoires reste très mal connue et à ce jour et complètement inexplorée chez les plantes.
Dans une étude parue dans PNAS des chercheurs de l’I2BC Labex SPS (CNRS-Université Paris-Saclay) en collaboration avec des chercheurs du LadHyX et du LMS (CNRS-Ecole Polytechnique) et du PIAF (INRAE-Université Clermont Auvergne) ont mis en évidence que le canal mécanosensible MSL10 de la plante modèle Arabidopsis est un capteur capable de transformer une oscillation mécanique en un signal biologique.

Lorsque la membrane des cellule d’Arabidopsis est stimulée par une pression statique le canal MSL10 est peu actif (enregistrement de gauche), lorsque la membrane est soumise à une pression de fréquence correspondant à celles induites par le vent le canal présente une plus forte activité (oscillatoire : enregistrement de droite). Le canal mécano-sensible qui transforme les oscillations mécaniques en signaux électriques est représenté de façon schématique en bas à droite de la figure. © Jean-Marie Frachisse and Daniel Tran, I2BC



Le patch clamp : une technique d’électrophysiologie pour caractériser un capteur des stimuli mécaniques chez les plantes. Les scientifiques de l’I2BC ont appliqué la technique du patch-clamp, classiquement utilisée sur les cellules excitables des animaux, à des cellules de la plante modèle Arabidopsis thaliana. Ils ont eu la surprise d’observer que le canal MSL10 est toujours plus actif quand il est soumis à des stimuli oscillants que lors d’une stimulation statique. De plus, les fréquences inférieures à 5 Hz se sont révélées les plus efficaces. Ainsi le canal mécanosensible se comporte comme un capteur d’oscillations mécaniques favorisant la perception par les plantes des mouvements oscillatoires de l’ordre du Hertz.

Les fréquences vibratoires de la plante sont en accord avec une fonction d’ « oscillo-capteur » de MSL10. Une approche de biomécanique a été menée en parallèle afin de mesurer les fréquences d’oscillations passives d’une tige d’Arabidopsis soumise au vent. En filmant les mouvements de plantes exposées à un courant d’air contrôlé, il a été déterminé une fréquence moyenne d’oscillation proche de 3 Hz en accord avec les fréquences d’activité optimale du canal MSL10.

La modélisation de MSL10 pour comprendre ses propriétés d’« oscillo-capteur ». A partir des données expérimentales obtenues par les mesures de patch clamp, une modélisation du comportement de MSL10 soumis à différents régimes oscillatoires montre que le comportement d’amplification des fréquences naturelles est une fonction intrinsèque du canal, qui ne nécessite pas de propriété spécifiques différentes de la perception des sollicitations statiques.

Cette étude ouvre de nouvelles voies pour l’étude des mécanismes moléculaires impliqués dans la perception des mouvements oscillatoires des plantes qui permettent leur adaptation aux changements de leur environnement.


Pour en savoir plus :
Cellular transduction of mechanical oscillations in plants by the plasma-membrane mechanosensitive channel MSL10.
Daniel Tran, Tiffanie Girault, Marjorie Guichard, Sébastien Thomine, Nathalie Leblanc-Fournier, Bruno Moulia, Emmanuel de Langre, Jean-Marc Allain, Jean-Marie Frachisse.
PNAS (2021) 118 (1) : e1919402118
DOI : 10.1073/pnas.1919402118


Cette publication a également fait l’objet d’un communiqué de presse du CNRS (vidéos disponibles)


Contact chercheur I2BC :
Jean-Marie Frachisse

par Communication - publié le