Découverte fortuite : transformer des semis en plantes supérieures avec une exposition chimique inhabituelle

par Amir Hussein
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Ethylene Priming in Plants

L'exposition des graines à des produits chimiques spécifiques pendant leur stade de graine, un processus connu sous le nom d'« amorçage », peut influencer considérablement leur croissance ultérieure.

Une nouvelle découverte réalisée par des chercheurs révèle que le traitement des graines au gaz éthylène améliore leur croissance et leur résistance au stress. Cette découverte, mettant en évidence l’amélioration de la photosynthèse et de la génération de glucides dans les plantes, représente un pas en avant potentiel dans l’amélioration de la productivité agricole et de la résilience aux défis environnementaux.

Les plantes, comme tous les organismes, sont sensibles au stress, généralement dû à la chaleur ou à la sécheresse, ce qui peut retarder leur croissance ou réduire leur rendement. Cela pose des défis pour l’agriculture, ce qui incite à déployer des efforts pour concevoir génétiquement des plantes plus robustes.

Cependant, les plantes conçues pour des rendements plus élevés présentent souvent une tolérance réduite au stress en raison de leur allocation d'énergie vers la croissance plutôt que vers la défense contre le stress. À l’inverse, l’amélioration de la résilience au stress peut entraîner une diminution de la croissance. Ce dilemme complique les efforts visant à accroître la production agricole.

Mes recherches ont été centrées sur la manière dont l'hormone végétale éthylène influence la croissance des plantes et leur réponse au stress. Dans une étude publiée en juillet 2023, mon laboratoire a fait un constat surprenant et prometteur. Nous avons découvert que les graines qui germent dans l'obscurité, un phénomène souterrain courant, réagissent positivement à l'exposition à l'éthylène, démontrant une croissance et une tolérance au stress accrues.

L'éthylène : une hormone végétale clé

Les plantes, immobilisées par la nature, ne peuvent échapper aux conditions environnementales stressantes comme la chaleur et la sécheresse. Ils perçoivent divers signaux environnementaux, notamment la lumière et la température, qui influencent leur croissance, leur développement et leur gestion du stress. L'éthylène, une hormone essentielle dans ce réseau de régulation, aide les plantes à s'adapter à leur environnement.

Identifié pour la première fois il y a plus d’un siècle comme hormone végétale gazeuse, l’éthylène est produit par toutes les plantes terrestres étudiées à ce jour. Il joue des rôles au-delà de la croissance et de la réponse au stress, notamment les changements de couleur des feuilles en automne et la maturation des fruits.

Utiliser l'éthylène pour « amorcer » les plantes

Notre laboratoire est spécialisé dans la compréhension de la manière dont les plantes et les bactéries détectent l'éthylène et son interaction avec d'autres voies hormonales dans le développement des plantes. Au cours de nos recherches, nous sommes tombés sur une découverte inattendue.

Dans une expérience impliquant la germination des graines dans l’obscurité, nous avons exposé les graines au gaz éthylène pendant plusieurs jours avant de les retirer. Habituellement, nos expériences se terminent à ce stade. Cependant, après avoir collecté les données, nous avons déplacé les plants vers un chariot léger, dans le but de faire pousser des plantes adultes pour une future récolte de graines.

Quelques jours plus tard, nous avons observé que les plants brièvement exposés à l’éthylène étaient considérablement plus gros, avec des feuilles plus expansives et un système racinaire plus complexe, par rapport aux plantes non exposées. Cette croissance accélérée a persisté tout au long de leur vie.

L'image compare une usine non amorcée à l'éthylène (à gauche) avec une usine amorcée à l'éthylène (à droite), toutes deux du même âge, du laboratoire Binder de l'Université du Tennessee à Knoxville.

Nous avons étudié si diverses espèces végétales réagissaient de la même manière à l'exposition à l'éthylène pendant la germination des graines. Nos tests portaient sur des graines de tomates, de concombres, de blé et de roquette, qui présentaient toutes une croissance améliorée.

Remarquablement, la brève exposition à l’éthylène a également accru leur tolérance aux facteurs de stress tels que le sel, les températures élevées et le faible taux d’oxygène.

Les effets d’amorçage font référence à des améliorations à long terme de la croissance et de la tolérance au stress après une brève exposition à un stimulus. Ce concept, semblable à l’amorçage d’une pompe pour une activation plus facile et plus rapide, a été exploré à différents stades de croissance des plantes. L’amorçage des semences avec des produits chimiques et des stress est largement étudié pour sa simplicité et son applicabilité potentielle en agriculture.

Explorer les mécanismes

Après l'expérience, notre laboratoire a déchiffré les mécanismes permettant à ces plantes exposées à l'éthylène de présenter une plus grande croissance et une plus grande tolérance au stress. Une hypothèse est que l’amorçage par l’éthylène stimule la photosynthèse, où les plantes convertissent la lumière en sucres.

Nos résultats indiquent une augmentation significative de la fixation du carbone, impliquant une augmentation de l'absorption de CO₂ provenant de l'atmosphère.

L’augmentation de la photosynthèse correspond à une augmentation des niveaux de glucides dans les plantes. Cela comprend l'amidon (une molécule de stockage d'énergie végétale) et les sucres comme le saccharose et le glucose, essentiels pour l'énergie immédiate. Ces concentrations plus élevées de molécules sont liées à une croissance amplifiée et à une meilleure endurance au stress.

Nos recherches suggèrent que les conditions environnementales pendant la germination peuvent affecter profondément et durablement les plantes, améliorant potentiellement leur taille et leur résilience au stress. Comprendre ces mécanismes est de plus en plus vital, avec des implications pour l’amélioration des rendements agricoles mondiaux.

Rédigé par Brad Binder, professeur de biochimie et de biologie cellulaire et moléculaire, Université du Tennessee.

Cet article est adapté d’une publication originale dans The Conversation.

Foire aux questions (FAQ) sur l’amorçage à l’éthylène dans les plantes

Quelle est la principale conclusion de la recherche sur la croissance des plantes ?

La recherche a découvert que le traitement des graines avec de l'éthylène gazeux peut améliorer considérablement leur croissance et leur tolérance au stress. Cette avancée pourrait conduire à une amélioration des rendements agricoles et à une meilleure résilience face aux facteurs de stress environnementaux.

Comment l’éthylène affecte-t-il la croissance des plantes et la tolérance au stress ?

Il a été démontré que l'éthylène, une hormone végétale, augmente à la fois le taux de croissance et la tolérance au stress des plantes lorsque les graines y sont exposées pendant la germination. Cela inclut une photosynthèse améliorée et une production de glucides dans les plantes.

À quels types de stress les plantes traitées à l’éthylène peuvent-elles résister ?

Les plantes exposées à l’éthylène pendant la germination des graines ont montré une tolérance accrue à divers stress environnementaux, notamment le stress salin, les températures élevées et les conditions de faible teneur en oxygène.

Le traitement à l’éthylène peut-il être appliqué à différentes espèces végétales ?

Oui, la recherche a révélé que les effets positifs du traitement à l’éthylène sur la croissance et la tolérance au stress ont été observés chez diverses espèces végétales, notamment les tomates, les concombres, le blé et la roquette.

Quels sont les effets à long terme de l’exposition à l’éthylène sur les plantes ?

Les effets à long terme comprennent une croissance améliorée et soutenue tout au long de la vie de la plante, caractérisée par des feuilles plus grandes, des systèmes racinaires plus complexes et des niveaux accrus de glucides, qui contribuent à améliorer l'endurance au stress.

En savoir plus sur l’amorçage à l’éthylène dans les plantes

  • Recherche sur l'éthylène et la croissance des plantes
  • Améliorer la résilience des cultures grâce à l'éthylène
  • L'éthylène dans l'innovation agricole
  • Le rôle de l'éthylène dans la photosynthèse et la tolérance au stress
  • Progrès dans le traitement à l’éthylène pour les semis
  • Effets de l'amorçage de l'éthylène sur différentes espèces végétales

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6 commentaires

Tom Wilson décembre 26, 2023 - 1:12 am

Je ne sais pas à quel point cela est pratique pour les agriculteurs ordinaires, mais il semble que cela nécessite un équipement et des trucs spéciaux.

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Alice Vert décembre 26, 2023 - 1:40 am

excellent article mais certains termes scientifiques me sont passés par la tête, peut-être simplifier un peu la prochaine fois ?

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Marc Johnson décembre 26, 2023 - 11:22 am

Je pense que la partie concernant la tolérance au stress est vraiment importante, surtout avec le changement climatique et tout le reste.

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Bob Miller décembre 26, 2023 - 9:15 pm

bon travail de recherche, mais l'éthylène n'est-il pas également nocif à certains égards ? juste curieux.

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Karen Davis décembre 27, 2023 - 12:31 am

J'ai adoré lire ceci, c'est incroyable tout ce qu'il nous reste à apprendre sur les plantes et leur croissance.

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Jenny Smith décembre 27, 2023 - 12:53 am

wow c'est super intéressant, je n'avais jamais pensé à l'éthylène de cette façon auparavant !

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