Plantes : la réponse face à la montée des températures
De minuscules ouvertures à la surface des feuilles, appelées stomates, permettent aux plantes de “respirer” en régulant la perte d’eau par évaporation. Ces pores gèrent également l’absorption du dioxyde de carbone nécessaire à la photosynthèse et à la croissance.
Depuis le 19e siècle, les scientifiques savent que les plantes élargissent leurs stomates pour libérer la vapeur d’eau, ou “transpiration”, afin de se rafraîchir. Avec l’augmentation des températures mondiales et des vagues de chaleur, ce processus est perçu comme une défense cruciale contre les dommages causés par la chaleur.
Cependant, pendant plus d’un siècle, les biologistes végétaux n’ont pas entièrement compris les mécanismes génétiques et moléculaires qui stimulent cette activité stomatique accrue et la transpiration en réponse à des températures plus élevées.
Des chercheurs de l’UC San Diego découvrent deux voies clés dans la réponse des plantes à la hausse des températures.
Désormais, Nattiwong Pankasem, doctorant à l’UC San Diego, et le professeur Julian Schroeder ont cartographié ces mécanismes. Leur recherche, publiée dans New Phytologist, identifie deux voies utilisées par les plantes pour faire face à la hausse des températures.
« Avec l’augmentation des températures mondiales, l’agriculture est clairement menacée par les vagues de chaleur », a déclaré Schroeder. « Cette recherche révèle que la hausse des températures déclenche l’ouverture des stomates via une voie génétique. Cependant, lorsque la chaleur s’intensifie, un second mécanisme s’active pour augmenter davantage l’ouverture des stomates. »
Pendant des années, les scientifiques ont eu du mal à identifier les mécanismes à l’origine de l’ouverture stomatique induite par la température, en raison de la complexité des mesures nécessaires. Le défi résidait dans le maintien d’une humidité de l’air constante, ou d’une différence de pression de vapeur (DPV), à mesure que les températures augmentaient, rendant difficile la séparation des réponses à la température et à l’humidité.
Une technique innovante révèle les mécanismes génétiques derrière les réponses stomatiques à la chaleur.
Pankasem a résolu ce problème en développant une nouvelle technique permettant de maintenir des niveaux de DPV (différence de pression de vapeur) constants dans les feuilles malgré l’augmentation des températures. Cela lui a permis de démêler les mécanismes génétiques impliqués dans diverses réponses stomatiques, y compris celles influencées par les capteurs de lumière bleue, les hormones de sécheresse, les capteurs de dioxyde de carbone et les protéines sensibles à la température.
Un élément clé de cette recherche a été l’utilisation d’un analyseur d’échanges gazeux de nouvelle génération, offrant un meilleur contrôle du DPV. Cette technologie a permis aux chercheurs d’étudier les effets de la température sur l’ouverture des stomates sans détacher les feuilles des plantes vivantes.
Les résultats ont révélé que la réponse stomatique au réchauffement est contrôlée par un mécanisme présent dans diverses lignées végétales. Pankasem a examiné les mécanismes génétiques chez deux espèces végétales : Arabidopsis thaliana, une mauvaise herbe largement étudiée, et Brachypodium distachyon, une plante à fleurs apparentée à des cultures majeures comme le blé, le maïs et le riz, fournissant ainsi des informations précieuses pour ces espèces agricoles.
Les capteurs de dioxyde de carbone jouent un rôle central dans les réponses stomatiques à la température.
Les chercheurs ont identifié les capteurs de dioxyde de carbone comme essentiels aux réponses stomatiques au réchauffement et au refroidissement. Ces capteurs détectent le réchauffement rapide des feuilles, ce qui stimule la photosynthèse et réduit les niveaux de dioxyde de carbone, incitant les stomates à s’ouvrir et à augmenter l’absorption de dioxyde de carbone.
Fait intéressant, ils ont également découvert un second chemin de réponse à la chaleur. En cas de chaleur extrême, la photosynthèse subit un stress et diminue, entraînant une réponse stomatique qui contourne le système de capteurs de dioxyde de carbone et se déconnecte des processus typiquement entraînés par la photosynthèse. Au lieu de cela, les stomates activent une voie alternative, agissant comme un mécanisme de refroidissement par « porte dérobée » pour libérer de la vapeur d’eau.
Le second mécanisme de réponse à la chaleur réduit l’efficacité d’utilisation de l’eau dans les cultures.
« Le second mécanisme, où les stomates s’ouvrent sans bénéficier de la photosynthèse, diminue l’efficacité d’utilisation de l’eau dans les cultures », a expliqué Pankasem. « Notre étude suggère que les plantes pourraient nécessiter plus d’eau pour chaque unité de CO2 absorbée, ce qui a des implications pour la planification de l’irrigation et l’impact d’une transpiration accrue sur le cycle de l’eau sous le réchauffement climatique. »
« Cette recherche souligne la valeur de la science fondamentale, motivée par la curiosité, pour relever les défis sociétaux, renforcer la résilience agricole et faire progresser la bioéconomie », a déclaré Richard Cyr, directeur de programme à la National Science Foundation des États-Unis. « Comprendre les mécanismes moléculaires contrôlant la fonction stomatique à des températures plus élevées pourrait aider à développer des stratégies pour réduire l’utilisation de l’eau en agriculture à mesure que les températures mondiales augmentent. »
Pankasem et Schroeder explorent maintenant les mécanismes moléculaires et génétiques derrière ce chemin de réponse à la chaleur secondaire.
Les co-auteurs de l’étude incluent Nattiwong Pankasem, Po-Kai Hsu, Bryn Lopez, Peter Franks et Julian Schroeder.
Lisez l’article original sur : Phys Org
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