Cellules végétales produisant de la cellulose

Dans une étude pionnière sur la synthèse de la cellulose, un composant clé des parois cellulaires des plantes, des chercheurs de l’université Rutgers-New Brunswick ont enregistré des images continues de cellules végétales vivantes construisant des parois cellulaires pendant 24 heures. Leurs résultats offrent des informations précieuses qui pourraient aider à développer des plantes plus solides pour une meilleure production alimentaire et des biocarburants plus abordables.

Publiée dans Science Advances, cette découverte révèle un processus dynamique auparavant inconnu, avec des applications potentielles dans des produits à base de plantes tels que des textiles améliorés, des biocarburants, des plastiques biodégradables et des matériaux médicaux innovants.

Selon les chercheurs, l’étude fait progresser non seulement les connaissances fondamentales mais offre également de nouvelles perspectives sur la formation des parois cellulaires.

Un effort collaboratif entre disciplines.

Cette percée est le fruit de plus de six ans de collaboration entre trois laboratoires de l’université Rutgers, provenant de domaines distincts mais complémentaires : la Faculté des arts et des sciences, la Faculté d’ingénierie et la Faculté des sciences environnementales et biologiques.

« Cette étude fournit la première visualisation directe de la synthèse de la cellulose et de son auto-assemblage en un réseau de fibrilles à la surface des cellules végétales depuis l’observation des parois cellulaires par Robert Hooke en 1667 », a déclaré Sang-Hyuk Lee, professeur associé à l’université Rutgers et co-auteur de l’étude.

La recherche révèle comment des processus physiques fondamentaux tels que la diffusion et l’auto-organisation conduisent à la formation du réseau de cellulose. Les images vidéo montrent des protoplastes d’Arabidopsis — des cellules sans parois — générant spontanément des fibres de cellulose, qui s’auto-organisent en un réseau structuré.

« J’ai été surpris de voir des structures ordonnées émerger du mouvement chaotique des molécules », a déclaré Lee, également membre de l’Institute for Quantitative Biomedicine. « Je m’attendais à un processus plus structuré, comme montré dans les manuels. »

La cellulose, le biopolymère le plus abondant sur Terre, est essentielle pour les parois cellulaires des plantes et est largement utilisée dans le papier, les textiles, la filtration et l’épaississement des aliments.

« Cette découverte ouvre la voie à l’étude des gènes impliqués dans la biosynthèse de la cellulose », a déclaré Eric Lam, professeur distingué de biologie végétale. « Les recherches futures pourraient aider à développer des plantes plus fortes, résistantes aux stress, et améliorer la production de biocarburants. »

Pour Shishir Chundawat, professeur d’ingénierie à Rutgers et co-auteur de l’étude, cette recherche réalise un rêve de longue date.

« J’ai toujours été fasciné par la manière dont les plantes convertissent la lumière du soleil en cellulose pour les parois cellulaires », a déclaré Chundawat, qui cherche à développer des biocarburants et des produits chimiques durables à partir de plantes et d’algues.

Une curiosité d’enfance devenue une poursuite scientifique.

Sa curiosité a commencé avec un projet au collège consistant à collecter des feuilles variées. « Cette expérience m’a inspiré à étudier la production de biomasse et ses applications durables. »

Chaque équipe de recherche a apporté une expertise unique. Lorsque les microscopes standards se sont avérés insuffisants, l’équipe a recours à la microscopie de fluorescence par réflexion totale interne pour des images plus nettes.

La technique, capturant des images par le dessous des cellules, a permis un enregistrement vidéo de 24 heures sans dommage ni décoloration.

Lee, un biophysicien, a conçu un microscope sur mesure et dirigé les efforts d’imagerie. L’équipe de Chundawat a développé une méthode de marquage fluorescent utilisant une sonde enzymatique bactérienne pour mettre en évidence les fibres de cellulose.

L’équipe de Lam a retiré les parois cellulaires d’Arabidopsis, créant ainsi une « toile vierge » pour la formation de nouvelle cellulose. « Cela a éliminé les interférences de fond, permettant de suivre clairement la cellulose nouvellement synthétisée », a déclaré Lam.

D’autres chercheurs de Rutgers incluent les scientifiques postdoctoraux Hyun Huh et Mohammad Irfan, l’étudiant en doctorat Dharanidaran Jayachandran, et le technicien de laboratoire Junhong Sun.

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Lire l’article original sur :  Phys Org

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