Les plantes des zones humides ont une tolérance élevée aux inondations en raison de la formation d ‘«aérenchymes lysigènes», des canaux d’air qui aident à transférer les gaz vers les racines submergées. Ces canaux aident également la plante à résister à la sécheresse et aux carences en nutriments. Aujourd’hui, des scientifiques japonais étudient le mécanisme sous-jacent de la formation de l’aérenchyme pour mieux comprendre le phénomène, ouvrant ainsi la voie au développement de cultures résistantes aux changements climatiques extrêmes.
Les inondations et les sécheresses sont les principales catastrophes environnementales responsables de la plupart des mauvaises récoltes. La development d’aérenchymes peut aider les cultures à faire deal with à ces stress environnementaux. Cependant, il n’est pas couramment observé chez les espèces non humides comme le blé et le maïs, qui sont des cultures vivrières de foundation dans certaines régions du monde. Les chercheurs Takaki Yamauchi et Mikio Nakazono de l’Université de Nagoya, au Japon, ont passé en revue la littérature sur le sujet pour obtenir un aperçu concret des différents facteurs impliqués dans la formation de l’aérenchyme. « Si nous pouvons contrôler génétiquement le second et la quantité de formation d’aérenchyme lysogène dans les racines de toutes les cultures agronomiquement importantes, telles que le maïs, le blé et le soja, la perte de production agricole mondiale pourrait être considérablement réduite », déclare le Dr Nakazono.
Le Dr Yamauchi et le Dr Nakazono suggèrent d’imaginer l’aérenchyme lysogène à un tuba utilisé pour respirer sous l’eau. Pendant l’inondation, les racines sont coupées de l’oxygène et d’autres gaz vitaux nécessaires à la survie. En réponse, la plante crée des voies d’air reliant les régions submergées de la plante aux functions au-dessus de l’eau. Semblables à un tuba, ces voies aident la plante à “respirer” en transportant les gaz vers les racines submergées. De additionally, les canaux d’air réduisent les besoins énergétiques pour le processus de respiration et peuvent aider la plante à conserver l’énergie dans des problems extrêmes de sécheresse ou de déficit en nutriments.
Les chercheurs ont découvert qu’une phytohormone appelée “auxine” est nécessaire à la formation d’aérenchyme pendant la croissance normale des racines et ont identifié deux facteurs conduisant à l’induction de la development d’aérenchyme en réponse à une inondation. Le phénomène start lorsque les racines sont submergées sous l’eau dans des ailments aérobies. Les limits aux échanges gazeux provoquent l’accumulation d’éthylène dans les racines, ce qui inspire la creation d’homologue de l’oxydase respiratoire (RBOH) – une enzyme responsable de la production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS). Il s’avère que les ROS libérés déclenchent la mort cellulaire dans les tissus, formant des cavités pour le passage des gaz.
Le RBOH peut également être activé par la présence d’ions calcium (Ca2+) qui sont transportés depuis l’apoplaste (voies de l’eau). Certaines plantes ont des protéines kinases dépendantes du calcium qui utilisent Ca2+ pour ajouter des phosphates au RBOH, le stimulant à produire des ROS. Cet effet se produit à des stades ultérieurs lorsque les plantes connaissent progressivement des ailments de manque d’oxygène après une submersion sous-marine prolongée.
Alors que l’aérenchyme est principalement associé aux plantes qui se sont adaptées aux sols à forte teneur en eau, il peut également se développer dans les plantes des hautes terres en cas de sécheresse et de carence en nutriments. De faibles concentrations d’azote et de phosphore, nutriments essentiels nécessaires à la croissance des plantes, se sont avérées augmenter la sensibilité à l’éthylène, stimulant la development d’aérenchyme. De additionally, l’éthylène était également un facteur commun dans le déclenchement de l’aérenchyme chez le maïs, offrant un moyen d’améliorer la résilience de la lifestyle. “L’augmentation de la sensibilité à l’éthylène pourrait être une stratégie efficace pour stimuler la formation d’aérenchymes en l’absence de diffusion de gaz restreinte”, spécule le Dr Yamauchi.
Alors que le mécanisme derrière la development de l’aérenchyme reste incertain, suggérant la nécessité de recherches supplémentaires, les résultats de cette étude ouvrent la possibilité d’améliorer la résilience des cultures et d’ouvrir la voie à une meilleure sécurité alimentaire dans le sillage du changement climatique.
Le nouveau document est basé sur les deux files suivants :
“Contrôle fin de l’aérenchyme et du développement des racines latérales grâce à la signalisation auxine dépendante de l’AUX/IAA et de l’ARF.” Actes de l’Académie nationale des sciences des États-Unis d’Amérique, 116, 2019, DOI : 10.1073/pnas.1907181116
“Une NADPH oxydase RBOH fonctionne dans les racines de riz lors de la formation d’aérenchyme lysogène dans des circumstances déficientes en oxygène.” La cellule végétale, 29, 2017, DOI : 10.1105/tpc.16.00976
Informations sur le financement :
Cette étude a été soutenue par la Japan Science and Engineering Company PRESTO accorde JPMJPR17Q8 à T.Y. et Grant-in-Aid for Transformative Exploration Places (A) (MEXT KAKENHI grant JP20H05912) à M.N.