Les cellules végétales peuvent sentir le toucher

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Même sans nerfs, les plantes peuvent sentir quand quelque chose les touche et quand ça lâche, selon une étude menée par l'Université de l'État de Washington.

Dans une série d'expériences, des cellules végétales individuelles ont répondu au toucher d'une tige de verre très fine en envoyant des ondes lentes de signaux de calcium à d'autres cellules végétales, et lorsque cette pression a été relâchée, elles ont envoyé des ondes beaucoup plus rapides. Alors que les scientifiques savaient que les plantes peuvent réagir au toucher, cette étude montre que les cellules végétales envoient des signaux différents lorsque le toucher est initié et terminé.

"Il est assez surprenant de voir à quel point les cellules végétales sont finement sensibles - qu'elles peuvent discriminer quand quelque chose les touche. Elles ressentent la pression, et lorsqu'elle est relâchée, elles ressentent la chute de pression", a déclaré Michael Knoblauch, professeur de sciences biologiques à la WSU et auteur principal de l'étude dans la revue Nature Plants. "Il est surprenant que les plantes puissent le faire d'une manière très différente des animaux, sans cellules nerveuses et à un niveau très fin."

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Knoblauch et ses collègues ont mené une série de 84 expériences sur 12 plantes en utilisant du cresson de Thale et des plants de tabac qui avaient été spécialement sélectionnés pour inclure des capteurs de calcium, une technologie relativement nouvelle. Après avoir placé des morceaux de ces plantes sous un microscope, ils ont appliqué une légère touche sur des cellules végétales individuelles avec un micro-porte-à-faux, essentiellement une minuscule tige de verre de la taille d'un cheveu humain. Ils ont vu de nombreuses réponses complexes en fonction de la force et de la durée du toucher, mais la différence entre le toucher et son retrait était claire.

Dans les 30 secondes suivant le toucher appliqué à une cellule, les chercheurs ont vu des ondes lentes d'ions calcium, appelées calcium cytosolique, voyager de cette cellule à travers les cellules végétales adjacentes, durant environ trois à cinq minutes. La suppression du toucher a montré un ensemble presque instantané d'ondes plus rapides qui se sont dissipées en une minute.

Les auteurs pensent que ces ondes sont probablement dues au changement de pression à l'intérieur de la cellule. Contrairement aux cellules animales à membranes perméables, les cellules végétales ont également des parois cellulaires solides qui ne peuvent pas être facilement percées, de sorte qu'un simple toucher léger augmentera temporairement la pression dans une cellule végétale.

Les chercheurs ont testé mécaniquement la théorie de la pression en insérant une minuscule sonde de pression capillaire en verre dans une cellule végétale. L'augmentation et la diminution de la pression à l'intérieur de la cellule ont entraîné des ondes de calcium similaires provoquées par le début et l'arrêt d'un toucher.

"Les humains et les animaux ressentent le toucher à travers les cellules sensorielles. Le mécanisme chez les plantes semble être via cette augmentation ou diminution de la pression cellulaire interne", a déclaré Knoblauch. "Et peu importe de quelle cellule il s'agit. Nous, les humains, pouvons avoir besoin de cellules nerveuses, mais chez les plantes, n'importe quelle cellule à la surface peut le faire."

Des recherches antérieures ont montré que lorsqu'un ravageur comme une chenille mord une feuille de plante, il peut initier les réponses défensives de la plante telles que la libération de produits chimiques qui rendent les feuilles moins savoureuses ou même toxiques pour le ravageur. Une étude antérieure a également révélé que le brossage d'une plante déclenche des ondes de calcium qui activent différents gènes.

L'étude actuelle a pu différencier les ondes de calcium entre le toucher et le lâcher-prise, mais il reste à voir exactement comment les gènes de la plante répondent à ces signaux. Avec de nouvelles technologies comme les capteurs de calcium utilisés dans cette étude, les scientifiques peuvent commencer à démêler ce mystère, a déclaré Knoblauch.

"Dans les études futures, nous devons déclencher le signal d'une manière différente de ce qui a été fait auparavant pour savoir quel signal, s'il est touché ou relâché, déclenche des événements en aval", a-t-il déclaré.

Référence : Howell AH, Völkner C, McGreevy P, et al. Les cellules de la chaussée distinguent le toucher du lâcher-prise. Plantes Nat. 2023. doi : 10.1038/s41477-023-01418-9

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