Hydrotropisme - Hydrotropism
L'hydrotropisme (hydro- « eau » ; tropisme « orientation involontaire par un organisme, qui consiste à tourner ou à se courber en réponse positive ou négative à un stimulus ») est la réponse de croissance d'une plante dans laquelle la direction de la croissance est déterminée par un stimulus ou un gradient en concentration d'eau. Un exemple courant est une racine de plante poussant dans l'air humide se pliant vers un niveau d'humidité relative plus élevé.
Ceci est d'une importance biologique car il contribue à augmenter l'efficacité de la plante dans son écosystème.
Le processus d'hydrotropisme est déclenché par la cape racinaire qui détecte l'eau et envoie un signal à la partie allongée de la racine. L'hydrotropisme est difficile à observer dans les racines souterraines, car les racines ne sont pas facilement observables et le gravitropisme racinaire est généralement plus influent que l'hydrotropisme racinaire. L'eau se déplace facilement dans le sol et la teneur en eau du sol change constamment, de sorte que les gradients d'humidité du sol ne sont pas stables.
La recherche sur l'hydrotropisme racinaire a principalement été un phénomène de laboratoire pour les racines cultivées dans l'air humide plutôt que dans le sol. Son importance écologique dans les racines cultivées dans le sol n'est pas claire car si peu de recherches sur l'hydrotropisme ont examiné les racines cultivées dans le sol. L'identification récente d'une plante mutante dépourvue de réponse hydrotrope peut aider à élucider son rôle dans la nature. L'hydrotropisme peut avoir de l'importance pour les plantes cultivées dans l'espace, où il peut permettre aux racines de s'orienter dans un environnement de microgravité.
On pense que ce comportement a été développé il y a des millions d'années lorsque les plantes ont commencé leur voyage sur la terre ferme. Alors que cette migration a conduit à une consommation beaucoup plus facile de CO 2 , elle a considérablement réduit la quantité d'eau facilement disponible pour les plantes. Ainsi, une forte pression évolutive a été exercée sur la capacité de trouver plus d'eau.
Mécanisme
Les plantes reconnaissent l'eau dans leur environnement afin de l'absorber à des fins métaboliques. Les molécules universellement utilisées doivent être détectées et absorbées afin d'être utilisées par ces organismes. Chez les plantes, l'eau peut être détectée et est principalement absorbée par les racines, principalement par les jeunes racines fines par rapport aux racines mères ou aux racines fines plus anciennes, comme le montre le maïs dans les recherches de Varney et Canny. La direction et le taux de croissance de ces racines vers l'eau sont intéressants car ils affectent l'efficacité de l'acquisition de l'eau.
Les scientifiques savent que les récepteurs des racines pour la plupart des stimuli sont logés dans les cellules de la coiffe racinaire depuis la publication de Darwin en 1880 sur « Le pouvoir du mouvement des plantes » dans laquelle il décrivait ses expériences de gravitropisme. Les expériences de Darwin ont étudié les semis de Vicia faba . Les plantules ont été fixées en place avec des épingles, les coiffes racinaires ont été cautérisées et leur croissance a été observée. Darwin a noté que les coiffes radiculaires cautérisées ne se sont développées vers aucun stimulus.
Cependant, jusqu'à très récemment, seulement au cours de la dernière décennie, les scientifiques ont trouvé un récepteur probable dans les coiffes des racines pour les signaux de gradients de potentiel hydrique. Les kinases de type récepteur (RLK) semblent être responsables de cette détection des gradients de potentiel hydrique en raison de leur emplacement approprié dans les membranes cellulaires des coiffes racinaires ainsi que de leurs interactions et de leurs effets sur un type de canal d'eau aquaporine connu sous le nom de protéine intrinsèque de la membrane plasmique. (PÉPIN). Les PIP sont également présents dans la membrane cellulaire et semblent impliqués dans la conductivité hydraulique des racines. Dietrich émet l'hypothèse qu'un signal de potentiel hydrique inférieur affecte probablement l'interaction entre les PIP et les RLK, entraînant un allongement et une croissance différentiels des cellules en raison des flux d' acide abscissique (ABA) et de ses voies suivantes. L'ABA est une phytohormone biosynthétisée qui est connue pour être active dans de nombreuses voies physiologiques de développement des cellules végétales. La prise en charge des voies ABA entraînant des réponses hydrotropes provient de souches mutantes d' Arabidopsis thaliana qui ne pouvaient pas biosynthétiser/produire de l'ABA. Les mutants se sont avérés avoir des réponses hydrotropes réduites de sorte que leur croissance racinaire vers des potentiels hydriques plus élevés n'était pas significative. Après l'application d'ABA, cependant, des réponses accrues de la croissance des racines vers des potentiels hydriques plus élevés ont été observées.
De plus, nous avons compris que les cytokinines jouent également un rôle crucial. Ceci est intéressant car la cytokinine agit de manière antagoniste avec l'auxine, qui est une partie importante de la voie de réponse gravitropique. Les cytokinines provoquent la dégradation des protéines de transport de l'auxine PIN1, ce qui empêche l'auxine de s'accumuler dans les zones souhaitées pour la flexion gravitropique. Cela nous amène à croire que la réponse hydrotrope peut contrecarrer le désir gravitropique de se déplacer vers le centre de la Terre et permet aux systèmes racinaires de se propager vers des potentiels hydriques plus élevés.
Ce mécanisme est fortement corroboré par l'observation des schémas de croissance des mutants d'acide abscissique d' Arabidopsis ( aba 1-1 et abi 2-1 ) et aucun mutant de réponse hydrotrope ( nhr1 ) . Les mutants de l'acide abscissique étaient incapables de produire de l'acide abscissique et, au hasard, étaient incapables de montrer une réponse significative aux gradients de pression de l'eau. Ce n'est que lorsque l'ABA a été artificiellement ajouté au mutant qu'il a pu afficher une réponse hydrotrope. Tout aussi intéressant, le mutant nhr1 montre des taux de croissance accrus des racines en réponse à la gravité, et aucune réponse aux signaux hydrotropes. Cela peut être dû au fait que le système racinaire est capable de répondre librement à la gravité, sans la réponse hydrotrope antagoniste. Les plantes nhr1 commenceraient à montrer une réponse hydrotrope uniquement en présence de kinétine, qui est un type de cytokinine. Cela soutient clairement l'idée que les cytokinines jouent un rôle important dans la réponse hydrotrope. Malgré le grand soutien apporté par ce mutant, les gènes responsables de ces mutants sont inconnus.
Le signal pour la croissance des racines, dans ce cas, est le potentiel hydrique variable dans l'environnement du sol d'une plante; la réponse est une croissance différentielle vers des potentiels hydriques plus élevés. Les plantes détectent les gradients de potentiel hydrique dans leur coiffe racinaire et se plient au milieu de la racine vers ce signal. De cette façon, les plantes peuvent identifier où aller pour obtenir de l'eau. D'autres stimuli tels que la gravité , la pression et les vibrations aident également les plantes à chorégraphier la croissance des racines vers l'acquisition d'eau pour s'adapter à différentes quantités d'eau dans l'environnement du sol d'une plante pour une utilisation dans le métabolisme. Jusqu'à présent, ces interactions entre signaux n'ont pas été étudiées en profondeur, laissant un potentiel pour de futures recherches.
Idées fausses
- La croissance plus importante des racines dans les zones de sol humide que dans les zones de sol sec n'est généralement pas le résultat de l'hydrotropisme. L'hydrotropisme nécessite qu'une racine se plie d'une zone de sol plus sèche à une zone de sol plus humide. Les racines ont besoin d'eau pour pousser, de sorte que les racines qui se trouvent dans un sol humide pousseront et se ramifieront beaucoup plus que celles qui se trouvent dans un sol sec.
- Les racines ne peuvent pas détecter l'eau à l'intérieur des tuyaux intacts via l'hydrotropisme et casser les tuyaux pour obtenir l'eau.
- Les racines ne peuvent pas détecter l'eau à plusieurs mètres via l'hydrotropisme et se développer vers elle. Au mieux, l'hydrotropisme opère probablement sur des distances de quelques millimètres″
Les références
- Eapen D, Barroso ML, Ponce G, Campos ME, Cassab GI (janvier 2005). « Hydrotropisme : réponses de croissance des racines à l'eau ». Tendances Plant Sci . 10 (1) : 44-50. doi : 10.1016/j.tplants.2004.11.004 . PMID 15642523 .